一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法技术

本发明专利技术公开了无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法，包括：步骤S1，将环形区域的内环和外环分别用多边形表示；步骤S2，当环形区域的内环和外环是等距多边形时，判断其为规则环形区域并执行步骤S3，获得整个区域的全覆盖折线路径，否则判断为不规则环形区域，执行步骤S4；步骤S3，执行规则环形区域全覆盖规划操作；步骤S4，获得不规则环形区所拆分的规则环形区域和管道区域的全覆盖折线路径；步骤S5，执行管道区域全覆盖规划操作；步骤S6，将规则环形区域及管道区域的全覆盖折线路径拼接，获得整个环形区域的全覆盖折线路径。本发明专利技术利用规则环形区域和管道区域的几何特征来描述全覆盖路径的走势，保证了区域的全覆盖。

【技术实现步骤摘要】
一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法
本专利技术涉及自动驾驶
，特别是涉及一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法。
技术介绍
近年来，随着科技的发展，无人驾驶技术越来越多地出现在人们的生活当中。其中在一些清扫场景下，无人驾驶技术能够极大地减轻环卫工人的负担。在公园、校园等场景下，无人驾驶需要具备的一个重要功能是：全覆盖清扫路径规划，即在一个特定的封闭区域内，尽可能多地清扫整片区域。因此对于一辆无人清扫车而言，需要设计一条行驶路径，该路径既要满足车辆地运动学约束，同时也要使其包络面积尽量覆盖整个清扫区域。但是，目前现有的全覆盖路径规划技术，多应用于室内的扫地机器人上。常见的全覆盖路径规划算法主要是基于栅格地图的路径规划。基于栅格地图的路径规划算法主要是将待清扫区域分为一个个格点，整片区域(即待清扫区域)转换成栅格地图，利用栅格之间的连通性进行规划。对于现有的全覆盖路径规划技术，其存在以下的缺点：一是基于栅格地图的路径规划算法，一般用于家用扫地机器人，允许出现折线情况，这对无人清扫车有很大约束，无法满足车辆行驶的曲率要求。二是基于栅格地图的路径规划对区域的栅格地图依赖较大，如果区域过大，会大量消耗计算资源，导致算法效率下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法。为此，本专利技术提供了一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法，包括以下步骤：步骤S1，对于内含物体的环形区域，将其内环和外环分别用多边形表示；步骤S2，当环形区域的内环多边形和外环多边形是等距多边形时，判断该环形区域为规则环形区域，并执行步骤S3，通过步骤S3所获得的规则环形区域的全覆盖折线路径即为整个环形区域的全覆盖折线路径，否则，判断该环形区域为不规则环形区域，执行步骤S4；步骤S3，执行规则环形区域全覆盖规划操作，获得规则环形区域的全覆盖折线路径；步骤S4，执行不规则环形区域的拆分操作，将不规则环形区域拆分为规则环形区域和管道区域两部分，该规则环形区域和管道区域具有一个交点，然后，对规则环形区域执行所述步骤S3的规则环形区域全覆盖规划操作，获得规则环形区域的全覆盖折线路径，以及对管道区域接着执行步骤S5，获得管道区域的全覆盖折线路径；步骤S5，执行管道区域全覆盖规划操作，获得管道区域的全覆盖折线路径；步骤S6，将步骤S4获得的规则环形区域的全覆盖折线路径，以及步骤S5获得的管道区域的全覆盖折线路径，通过规则环形区域和管道区域的交点，将规则环形区域中连接该交点的一条折线段和管道区域中连接该交点的一条折线段拼接在一起，获得作为不规则环形区域的整个环形区域的全覆盖折线路径。其中，在步骤S2中，当环形区域的内环多边形的全部边，分别和环形区域的外环多边形的全部边，一一对应平行且间距相等时，环形区域的内环多边形和外环多边形是等距多边形。其中，在步骤S4中，不规则环形区域A包括内环多边形A1和外环多边形A2；规则环形区域B包括内环多边形B1和外环多边形B2；管道区域C包括内环多边形C1和外环多边形C2；其中，不规则环形区域A的外环多边形A2，作为规则环形区域B的外环多边形B2，即是相同的多边形；规则环形区域B的内环多边形B1，与规则环形区域B的外环多边形B2是等距多边形。其中，在步骤S4中，规则环形区域B的内环多边形B1，即是管道区域C的外环多边形C2；管道区域C的外环多边形C2，与管道区域C的内环多边形C1相交，两者之间存在至少一个相交的分界点，分界点即交点。其中，所述步骤S3：执行规则环形区域全覆盖规划操作，获得整个规则环形区域的全覆盖折线路径，具体包括以下子步骤：步骤S31，以规则环形区域B的外环多边形B2为基准，以固定宽度为单位，向规则环形区域B的内环多边形B1的方向进行等宽平移，获得一簇等距的多边形，直到最后到达最内层的内环多边形B1时停止等宽平移；步骤S32，在规则环形区域B的外环多边形B2、步骤S31获得的一簇等距多边形和内环多边形B1上，分别选择一个位置点，然后依次进行直线连接，最终获得整个规则环形区域的全覆盖折线路径。其中，对于步骤S32，具体操包括以下步骤：对于从外到里分布的多个多边形，首先，选择将最初多边形的尾点和首点相连作为第一段折线，然后从最初多边形的首点开始，依次将最初多边形的其他顶点相连，直到连接到尾点；然后，对于位于最初多边形和最后一个多边形之间的其他多个多边形，按照从里到外的顺序，对于每个多边形，将其上的首点均选择与上一个多边形的尾点相连，然后从其首点开始，依次连接到其尾点，并将其尾点和下一个多边形的首点直线相连；然后，对于最后一个多边形，将其首点与上一个多边形的尾点相连，然后从最后一个多边形的首点开始，依次连接到尾点，直到最后将其尾点和首点相连作为最后一段折线，最终获得整个规则环形区域的全覆盖折线路径；其中，最初多边形，即是规则环形区域B的外环多边形B2；最后一个多边形，即是规则环形区域B的内环多边形B1。其中，所述步骤S5：执行管道区域全覆盖规划操作，获得整个管道区域的全覆盖折线路径，具体包括以下子步骤：步骤S51，骨架提取：对整个管道区域C进行三角剖分，将管道区域C拆分成多个邻接的三角形，然后将各个三角形的跨接边的中点顺次连接起来，再将管道区域的分界点连接相邻的三角形的跨接边的中点，得到管道区域的中心骨架线L1；步骤S52，骨架扩展：以管道区域的中心骨架线L1为基线，向管道区域的内外两侧分别进行等宽平移，直到分别平移到管道区域C的外环多边形C2为止，从而得到位于中心骨架线L1内外两侧且与中心骨架线平行的内外两簇折线段L2，然后再将内外两簇折线段L2从内到外拼接起来，最终得到整个管道区域C的全覆盖折线段路径。其中，在步骤S6之后，还包括以下步骤：步骤S7，执行路径平滑优化操作，将规则环形区域和管道区域中每两条折线段的拼接处进行平滑优化处理，使得整个环形区域的全覆盖折线路径满足车辆行驶的曲率要求，即满足车辆运动学的约束。其中，所述步骤S7：执行路径平滑优化操作，将规则环形区域和管道区域中每两条折线段的拼接处进行平滑优化处理，具体为：步骤S71，在整个不规则环形区域的全覆盖折线段路径中，在每两条折线段的拼接处的左右两侧，分别用圆弧线M作为路径进行平滑处理，而不再用圆弧线两端之间的折线作为路径；步骤S72，对经过平滑处理后的整个不规则环形区域的全覆盖折线段路径，进行纯跟踪算法操作，对整条路径进行进一步的优化，实现车辆的路径跟踪控制，使整条路径满足车辆运动学约束，最后得到经过进一步优化的整个不规则环形区域的全覆盖路径。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法，其利用规则环形区域和管道区域的几何特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，对于内含物体的环形区域，将其内环和外环分别用多边形表示；/n步骤S2，当环形区域的内环多边形和外环多边形是等距多边形时，判断该环形区域为规则环形区域，并执行步骤S3，通过步骤S3所获得的规则环形区域的全覆盖折线路径即为整个环形区域的全覆盖折线路径，否则，判断该环形区域为不规则环形区域，执行步骤S4；/n步骤S3，执行规则环形区域全覆盖规划操作，获得规则环形区域的全覆盖折线路径；/n步骤S4，执行不规则环形区域的拆分操作，将不规则环形区域拆分为规则环形区域和管道区域两部分，该规则环形区域和管道区域具有一个交点，然后，对规则环形区域执行所述步骤S3的规则环形区域全覆盖规划操作，获得规则环形区域的全覆盖折线路径，以及对管道区域接着执行步骤S5，获得管道区域的全覆盖折线路径；/n步骤S5，执行管道区域全覆盖规划操作，获得管道区域的全覆盖折线路径；/n步骤S6，将步骤S4获得的规则环形区域的全覆盖折线路径，以及步骤S5获得的管道区域的全覆盖折线路径，通过规则环形区域和管道区域的交点，将规则环形区域中连接该交点的一条折线段和管道区域中连接该交点的一条折线段拼接在一起，获得作为不规则环形区域的整个环形区域的全覆盖折线路径。/n...

【技术特征摘要】
1.一种无人清扫车多连通区域全覆盖清扫路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，对于内含物体的环形区域，将其内环和外环分别用多边形表示；
步骤S2，当环形区域的内环多边形和外环多边形是等距多边形时，判断该环形区域为规则环形区域，并执行步骤S3，通过步骤S3所获得的规则环形区域的全覆盖折线路径即为整个环形区域的全覆盖折线路径，否则，判断该环形区域为不规则环形区域，执行步骤S4；
步骤S3，执行规则环形区域全覆盖规划操作，获得规则环形区域的全覆盖折线路径；
步骤S4，执行不规则环形区域的拆分操作，将不规则环形区域拆分为规则环形区域和管道区域两部分，该规则环形区域和管道区域具有一个交点，然后，对规则环形区域执行所述步骤S3的规则环形区域全覆盖规划操作，获得规则环形区域的全覆盖折线路径，以及对管道区域接着执行步骤S5，获得管道区域的全覆盖折线路径；
步骤S5，执行管道区域全覆盖规划操作，获得管道区域的全覆盖折线路径；
步骤S6，将步骤S4获得的规则环形区域的全覆盖折线路径，以及步骤S5获得的管道区域的全覆盖折线路径，通过规则环形区域和管道区域的交点，将规则环形区域中连接该交点的一条折线段和管道区域中连接该交点的一条折线段拼接在一起，获得作为不规则环形区域的整个环形区域的全覆盖折线路径。


2.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，在步骤S2中，当环形区域的内环多边形的全部边，分别和环形区域的外环多边形的全部边，一一对应平行且间距相等时，环形区域的内环多边形和外环多边形是等距多边形。


3.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，在步骤S4中，不规则环形区域A包括内环多边形A1和外环多边形A2；
规则环形区域B包括内环多边形B1和外环多边形B2；
管道区域C包括内环多边形C1和外环多边形C2；
其中，不规则环形区域A的外环多边形A2，作为规则环形区域B的外环多边形B2，即是相同的多边形；
规则环形区域B的内环多边形B1，与规则环形区域B的外环多边形B2是等距多边形。


4.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，在步骤S4中，规则环形区域B的内环多边形B1，即是管道区域C的外环多边形C2；
管道区域C的外环多边形C2，与管道区域C的内环多边形C1相交，两者之间存在至少一个相交的分界点，分界点即交点。


5.如权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3：执行规则环形区域全覆盖规划操作，获得整个规则环形区域的全覆盖折线路径，具体包括以下子步骤：
步骤S31，以规则环形区域B的外环多边形B2为基准，以固定宽度为单位，向规则环形区域B的内环多边形B1的方向进行等宽平移，获得一簇等距的多边形，直到最后到达最内层的内环多边形B1时停止等宽平移；
步骤S32，在规则环形区域B的外环多边形B2、步骤S31获...

【专利技术属性】
技术研发人员：张富强，颜波，徐成，张放，李晓飞，张德兆，王肖，霍舒豪，
申请(专利权)人：重庆智行者信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50