[发明专利]一种几何折叠式机器人全覆盖路径及其生成方法

说明书

本发明公开了一种几何折叠式的机器人全覆盖路径及其生成方法。传统的全覆盖路径规划算法主要基于锯齿形和螺旋形图案或其组合，遍历顺序受限于其线性或从内到外的方式缺少变化。本发明通过使用几何折叠操作，生成了一种新型机器人全覆盖路径图案，称为几何折叠式路径图案，该类覆盖路径具有更灵活的遍历顺序。本发明建模了几何折叠图案的表示方法，之后介绍了一个随机生成几何折叠式全覆盖路径的方法、以及给定按顺序通过指定点约束下的几何折叠路径搜索方法，从而为覆盖路径规划问题提供了更多灵活可控的选择。

技术领域

本发明属于信息技术在机器人路径规划领域的应用，特别是涉及到一种几何折叠式机器人全覆盖路径及其生成方法。

背景技术

全覆盖路径生成是机器人路径规划中的重要话题之一。通过生成一个给定区域的全覆盖路径，机器人可以不偏不漏不重复地通过区域内的每个位置，生成全覆盖路径是诸如无人机巡查、农业机器人耕种、工业机器人喷涂、扫地机器人运动等任务中关键的技术。

传统的机器人全覆盖路径图案一般沿着往复直线运动或螺旋型运动，此类路径变化较少，不能满足特定的路径顺序等要求，而一般的自由空间覆盖曲线由于其指数级别的复杂度难以实现。

发明内容

为了解决上述存在问题。本发明提供一种几何折叠式机器人全覆盖路径的生成方法，该方法为介于这两类图案之间的一种新型机器人全覆盖路径图案，称为几何折叠式全覆盖图案，此类图案相比往复直线运动或螺旋型运动拥有更多的变化，相比自由空间覆盖曲线搜索空间大幅减少，可通过适量的计算进行有效的搜索。

本发明提供一种几何折叠式机器人全覆盖路径，所述几何折叠式机器人全覆盖路径通过建模生成，将全覆盖路径建模为沿着接缝折叠一序列邮票后从侧面看折叠后邮票序列的几何形态，由于邮票折叠会有产生很多不同的顺序，从而对应于不同的几何形态，称这类几何形态的全覆盖路径图案为几何折叠式全覆盖路径；

几何折叠式全覆盖路径主要沿着一个方向行进，行进至此方向的两端转弯，在此方向的行进的中间不发生转弯；

由于每一条几何折叠式全覆盖路径对应于一个邮票折叠顺序，定义几何折叠式全覆盖路径的存储方式为一个排列a＝{a1,a2,...,an}，其中ai为折叠前第i个邮票在折叠后所在的层数，由于任意排列下所对应的邮票折叠可能会出现邮票序列自相交的情况，虽然每个几何折叠式全覆盖路径对应于一个排列，然而并非所有的排列a均可对应于一个几何折叠式全覆盖路径，几何折叠式机器人全覆盖路径表示为对应于无邮票折叠自交状态的排列，将进一步提出随机生成几何折叠式全覆盖路径的算法、带顺序约束下生成几何折叠式全覆盖路径的算法，以生成出不会产生自相交的排列a，从而进一步获得几何折叠式全覆盖路径；

本发明提供一种几何折叠式机器人全覆盖路径的生成方法，所述几何折叠式机器人全覆盖路径通过带顺序约束下生成几何折叠式全覆盖路径的算法生成，所述带顺序约束下生成几何折叠式全覆盖路径的算法，步骤如下：

(1)用户在m x n的格子中，按顺序指定需要通过的格点，假设全覆盖路径需要按顺序通过的行数为L＝{l₁,l₂,…,l_k}；

(2)枚举所有长度m的序列中选择k个元素的可能，对于每个选择，按顺序填入l₁,l₂,…,l_k元素，其余元素填0，获得一个集合的数组，假设所生成的所有数组形成的集合为A，A是几何折叠式全覆盖路径的初始化集合；

(3)从L在{1,2,…,m}中的补集L’＝{1,2,…,m}-L中随机选择一个元素l‘，从A中随机选择一个数组a，随机选择一个a中填0的位置替换为l’，获得一个新的数组a’；