[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

说明书

本发明公开了一种低能量损耗机器人全覆盖路径规划方法及系统，系统包括机器人、测距传感器、编码器及IMU，方法通过即时定位与地图构建算法建立环境栅格地图；对栅格地图进行预处理，调整栅格地图分辨率大小及可达清扫区域；定义移动清洁机器人全覆盖路径的能量损耗代价函数，并用有限启发式搜索算法计算较优的栅格地图分割方向；利用上述分割方向通过栅格地图中每个顶点对栅格地图进行区域分割；对相邻分割区域进行匹配检测，匹配程度较高的分割区域合并成一个分割区域；根据地图分割方向确定遍历方向，依次遍历每一个分割区域从而规划出全覆盖路径。本发明将凹多边形分割成凸多边形便于规划弓形全覆盖路径，大大提高了清扫效率。

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及一种清洁机器人全覆盖路径规划方法及系统。

背景技术

20世纪60年代机器人由于工业发展而诞生，并随着社会的发展和科技的进步，机器人的功能变得多样化，目前以服务机器人越来越受到人们的欢迎。室内清洁机器人是家用服务机器人的一种，可代替人工减轻劳动负担，已成为智能机器人研究的热点，其中路径规划技术是智能机器人领域中的核心问题之一。

机器人路径规划技术主要研究内容包括点到点的路径规划和全覆盖路径规划。其中，全覆盖路径规划指在满足某种性能指标最优或准优的前提下，寻找一条在设定区域内经过所有可达点的连续路径。

目前，扫地机器人全覆盖路径生成方法主要有随机清扫、弓形路径与随机清扫结合、基于区域分割全覆盖路径规划。其中随机清扫以及弓形路径与随机清扫结合两种方式具有较强的随机性，覆盖率与清扫时间相关，效率较低、时间较长；目前应用于室内清洁机器人区域分割技术主要有模板匹配法与凹点分割法，模板匹配法所生成的区域不能与实际环境地图完全匹配，导致清洁效率低，得到的清扫地图不够美观；而凹点分割法没有考虑区域分割的方向，分割出的区域会造成机器人旋转次数增加、总清扫路径较长，降低了清洁机器人的清扫效率。

发明内容

本发明提供一种低能量损耗机器人全覆盖路径规划方法及系统，旨在解决现有扫地机器人全覆盖清扫效率低下的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种低能量损耗机器人全覆盖路径规划方法，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；

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。

进一步的，所述的步骤S1包括：

S11:以清洁机器人充电桩为起点，初始化栅格地图，占用栅格地图将空间分割为有限多个栅格单元：

m＝m_i

其中，m_i表示第i个栅格单元，每个m_i与一个三值占用变量相对应，该变量指示出该单元是否被占用；如果该栅格被占用为“1”，未被占用为“0”，未知区域(或未扫描区域)为“-1”；p(m_i＝1)或p(m_i)表示了该栅格被占用的可能性，初始化栅格地图中每一个p(m_i)的初始值为0.5；