[发明专利]一种低能量损耗机器人全覆盖路径规划方法及系统有效

专利信息
申请号: 201910642960.0 申请日: 2019-07-16
公开(公告)号: CN110398964B 公开(公告)日: 2022-02-01
发明(设计)人: 王进;徐志楠;陆国栋;郑涛;喻志勇 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: G05D1/02 分类号: G05D1/02
代理公司: 杭州浙科专利事务所(普通合伙) 33213 代理人: 吴秉中
地址: 315400 浙江省宁波市余*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 能量 损耗 机器人 覆盖 路径 规划 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种低能量损耗机器人全覆盖路径规划方法,其特征在于包括以下步骤:

S1:融合机器人编码器、IMU及测距仪信息,利用即时定位与地图构建算法建立环境栅格地图;

S2:对栅格地图进行预处理,调整栅格地图分辨率大小,并确定机器人可达清扫区域;

S3:定义移动机器人全覆盖路径能量损耗代价函数,利用有限启发式搜索算法,计算使代价函数取值较低的区域分割方向;

S31:定义代价函数,所述的代价函数Ctotal(θ)由清洁效率Cefficiency(θ)、未清扫面积Cremain(θ)及重复清扫面积Crepet(θ)三部分组成:

Ctotal(θ)=0.65*Cefficiency(θ)+0.20*Cremain(θ)+0.15*Crepet(θ)

其中,Cefficiency(θ)定义为遍历面积Scover与遍历时长Ttotal的比值:

Cremain(θ)定义为空间可覆盖区域Stotal与遍历面积Scover的差值:

Cremain(θ)=Stotal-Scover

Crepet(θ)定义为重复遍历栅格面积之和:

Crepet(θ)=∑Si

S32:用0、30、60、90、120、150度作为候选角度值,分别向区域分割方向赋值,此时度数步长D=30;

S33:根据候选角度值,调用S4与S5两个步骤对栅格地图进行区域分割,同时记录遍历面积Scover、遍历时长Ttotal、及重复遍历栅格次数,分别计算以上候选角度的代价函数值,并选出其中代价函数值最低的3个角度θ1、θ2、θ3

S34:将度数步长减半,并按照以下公式插入新的角度值:

θ1′=θ1+D;θ1″=θ1-D;

θ2′=θ2+D;θ2″=θ2-D;

θ3′=θ3+D;θ3″=θ3-D;

将新的角度值θ1′、θ1″、θ2′、θ2″、θ3′、θ3″中重复的项去除,得到新的候选角度值;

S35:重复执行S33、S34步骤五次,求得使代价函数值最低的角度,以此角度作为栅格地图区域分割方向角;

S4:根据得到的区域分割方向,对栅格地图进行区域分割,并对相邻分割区域进行匹配检测,匹配度较高的合并为一个分割区域;

S5:根据得到的分割区域,在每个区域内进行弓形全覆盖路径规划,直到全部区域遍历完毕为止。

2.根据权利要求1所述的一种低能量损耗机器人全覆盖路径规划方法,其特征在于所述步骤S2中对栅格地图进行栅格重新划分,划分后地图单个栅格边长的长度等于清洁机器人直径,并通过广度优先搜索算法确定各个未被占用栅格点到起点的连通性,以此确定最终可清扫区域。

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