清洁机器人及其动态环境下全覆盖路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种清洁机器人及其动态环境下全覆盖路径规划方法，该方法包括：S1、创建表示全局环境的栅格地图；S2、如果整个栅格地图都被覆盖，则清洁机器人停止工作；如果没有，则执行S3；S3、更新当前规划窗口内的环境信息；S4、使用波前算法生成当前规划窗口内的波阵图；S5、调用距离变换算法生成一条局部覆盖路径；S6、清洁机器人沿着规划好的路径移动一格，如果当前规划窗口侧边一列的栅格都被覆盖过，则规划窗口前进一格；如果没有，则规划窗口保持不动；S7、返回S2，直至整个栅格地图都被覆盖。本发明专利技术通过激光雷达传感器实时探测局部区域的环境，并以探测到的数据为基础规划局部区域的覆盖路径，具备在动态环境中自主覆盖的能力。

【技术实现步骤摘要】
清洁机器人及其动态环境下全覆盖路径规划方法
本专利技术涉及移动机器人及路径规划
，特别是涉及一种清洁机器人及其动态环境下全覆盖路径规划方法。
技术介绍
回顾国内外清洁机器人技术这十多年的发展历程，发展趋势已经由最初的实现清洁功能转变为如今追求更高智能性。目前主要创新主要是针对机器人的自主导航技术，比如实时路径规划技术。清洁机器人进行全覆盖路径规划的前提是具有环境地图创建以及自我定位的能力。在环境地图创建方面，可以通过采用沿边学习等方式，利用机器人上安装的传感器获取环境的信息并以此为基础建立描述环境特征的栅格地图。在地图建立之后，机器人可以采用简单往返运动的方式对环境进行覆盖，在静态环境下这基本可以完成指定区域的覆盖任务。但现实中的大多数场景(家庭室内、商场、车站等)充满许多不确定因素，比如行走的人。传统的路径规划方法难以处理这种含有动态物体的不确定环境。因此，针对目前在动态环境下清洁机器人覆盖技术存在的问题，有必要提供一种清洁机器人及其动态环境下全覆盖路径规划方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种清洁机器人及其动态环境下全覆盖路径规划方法，以解决动态环境下机器人的覆盖问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下：一种清洁机器人，所述清洁机器人上安装有激光雷达传感器，激光雷达传感器扫描以获取滚动窗口内的环境信息，所述滚动窗口包括激光雷达传感器扫描形成的扫描窗口及位于扫描窗口内的规划窗口，清洁机器人在所述规划窗口内基于距离变换算法规划覆盖路径。作为本专利技术的进一步改进，所述激光雷达传感器进行360°转动，所述扫描窗口为一圆形区域。作为本专利技术的进一步改进，所述规划窗口为一矩形区域。本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：一种清洁机器人动态环境下全覆盖路径规划方法，所述方法包括：S1、创建表示全局环境的栅格地图；S2、如果整个栅格地图都被覆盖，则清洁机器人停止工作；如果没有，则执行S3；S3、更新当前规划窗口内的环境信息；S4、使用波前算法生成当前规划窗口内的波阵图；S5、调用距离变换算法生成一条局部覆盖路径；S6、清洁机器人沿着规划好的路径移动一格，如果当前规划窗口侧边一列的栅格都被覆盖过，则规划窗口前进一格；如果没有，则规划窗口保持不动；S7、返回S2，直至整个栅格地图都被覆盖。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中的距离变换算法具体为：在栅格地图，通过对每个自由栅格赋权值，代表与目标栅格的距离。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5具体为：在生成好的波阵图上，从目标点开始选择周围权值最高的栅格，以上一时刻选择的栅格为新的起点，再次寻找该栅格周围权值最大的栅格，不断重复以上步骤，直至生成一条连接所有空闲栅格的路径。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中，寻找该栅格周围权值最大的栅格时若有两个及以上权值相同且未被访问的栅格，则随机选取一个。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S6中，若规划窗口的侧边移动至与栅格地图的边界重合时，在规划窗口内的区域覆盖完之前，规划窗口的位置保持不变。作为本专利技术的进一步改进，所述方法还包括：对栅格地图进行全局搜索，找出由于动态障碍物而导致没有被覆盖的栅格，再进行第二次覆盖。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过将激光雷达传感器安装在清洁机器人上来实时探测局部区域的环境，并以探测到的数据为基础规划局部区域的覆盖路径，使清洁机器人具备在动态环境中自主覆盖的能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一具体实施方式中滚动窗口的示意图；图2为本专利技术一具体实施方式中清洁机器人动态环境下全覆盖路径规划方法的流程图；图3a～3b为本专利技术一具体实施方式中规划窗口内的波阵图及覆盖路径的生成图；图4a～4h为本专利技术一具体实施方式中清洁机器人覆盖整个栅格地图的步骤示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术一实施方式中公开了一种清洁机器人，该清洁机器人上安装有激光雷达传感器，激光雷达传感器可以进行360°转动扫描以获取滚动窗口内的环境信息，以确保清洁机器人周围的区域都能被实时探测到。参图1所示，本实施方式中的滚动窗口包括扫描窗口及位于扫描窗口内的规划窗口，清洁机器人在所述规划窗口内基于距离变换算法规划覆盖路径。扫描窗口是一个圆形的区域，区域的大小由清洁机器人上激光雷达传感器的探测范围决定。规划窗口是位于扫描窗口内的一块局部矩形区域，该区域的大小可以根据实际需要来进行调整。另外，滚动窗口的尺寸也可被适当的放大，以获得较大范围内的局部信息。参图2所示，本专利技术另一实施方式中清洁机器人动态环境下全覆盖路径规划方法，其在滚动窗口内调用距离变换算法生成局部区域内的覆盖路径，该方法具体包括：S1、创建表示全局环境的栅格地图；机器人采用沿边学习等方式，用安装在清洁机器人上的激光雷达传感器预先探测环境，建立能表示环境特征的栅格地图，地图上的栅格分为两类：空闲的和被占据的，机器人以创建的栅格地图为基础，对区域进行覆盖。S2、如果整个栅格地图都被覆盖，则清洁机器人停止工作；如果没有，则执行S3；S3、更新当前规划窗口内的环境信息；S4、使用波前算法生成当前规划窗口内的波阵图；S5、调用距离变换算法生成一条局部覆盖路径；在栅格地图，通过对每个自由栅格赋权值，代表与目标栅格的距离。在生成好的波阵图上，从目标点开始选择周围权值最高的栅格，以上一时刻选择的栅格为新的起点，再次寻找该栅格周围权值最大的栅格，不断重复以上步骤，直至生成一条连接所有空闲栅格的路径。若有两个及以上权值相同且未被访问的栅格，则随机选取一个。S6、清洁机器人沿着规划好的路径移动一格，如果当前规划窗口侧边(最左侧或最右侧)一列的栅格都被覆盖过，则规划窗口前进一格；如果没有，则规划窗口保持不动；若规划窗口的侧边(右侧或左侧)移动至与栅格地图的边界重合时，在规划窗口内的区域覆盖完之前，规划窗口的位置保持不变。S7、返回S2，直至整个栅格地图都被覆盖。参图3所示，本实施方式中所提到的使用距离变换算法是在栅格地图的基础上提出来的，栅格地图将环境分解成一系列网格单元，栅格有空闲和被占据两种形式。通过对每个自由栅格赋距离值，代表与目标栅格的距离。具体做法如下：在栅格地图上设定一个开始单元(startcell)和目标单元(goalcell)，将目标单元的权值设为0，0周边空闲单元的权值设为1，l周边空闲单元的权值设为2，依此类推，直到开始单元也被赋上权值才停止，图3a所示是一张生成好的波阵图。当波阵图生成后，便可以开始栅格(startcell)为起点规划覆盖路径，首先选择开始栅格(startcell)周围权值最高的栅格，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种清洁机器人，其特征在于，所述清洁机器人上安装有激光雷达传感器，激光雷达传感器扫描以获取滚动窗口内的环境信息，所述滚动窗口包括激光雷达传感器扫描形成的扫描窗口及位于扫描窗口内的规划窗口，清洁机器人在所述规划窗口内基于距离变换算法规划覆盖路径。

【技术特征摘要】
1.一种清洁机器人，其特征在于，所述清洁机器人上安装有激光雷达传感器，激光雷达传感器扫描以获取滚动窗口内的环境信息，所述滚动窗口包括激光雷达传感器扫描形成的扫描窗口及位于扫描窗口内的规划窗口，清洁机器人在所述规划窗口内基于距离变换算法规划覆盖路径。2.根据权利要求1所述的清洁机器人，其特征在于，所述激光雷达传感器进行360°转动，所述扫描窗口为一圆形区域。3.根据权利要求2所述的清洁机器人，其特征在于，所述规划窗口为一矩形区域。4.一种清洁机器人动态环境下全覆盖路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：S1、创建表示全局环境的栅格地图；S2、如果整个栅格地图都被覆盖，则清洁机器人停止工作；如果没有，则执行S3；S3、更新当前规划窗口内的环境信息；S4、使用波前算法生成当前规划窗口内的波阵图；S5、调用距离变换算法生成一条局部覆盖路径；S6、清洁机器人沿着规划好的路径移动一格，如果当前规划窗口侧边一列的栅格都被覆盖过，则规划窗口前进一格；如果没有，则规划窗口保持不动；S7、返回S2，直至整个栅格地图都被覆盖。5.根据权利要求4所述的清洁机器人动...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙荣川，周永正，郁树梅，陈国栋，任子武，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32