一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法及系统，包括：根据传感器反馈的信息建立环境模型地图；基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模；基于建立好的栅格地图模型采用内层包围窗口遍历法进行遍历；当机器人陷入死角时，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来寻找逃脱栅格；判断是否所有可遍历栅格均已被遍历，当所述栅格地图模型中的可遍历栅格均已被遍历时，完成遍历过程。本发明专利技术不仅能实现对工作区域100％的完全覆盖和0％的遍历重复率，而且减少了路径总长度，改善了性能指标，提高了水下爬壁清洁机器人的规划效率。人的规划效率。人的规划效率。

【技术实现步骤摘要】
一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法及系统


[0001]本专利技术属于特种机器人
，具体涉及一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]水下爬壁清洁机器人是由机器人搭载着清洁设备运动在船体、坝体和闸门等水下部分上实现清洁作业的功能，路径规划是实现其自主作业的必要保证，对水下爬壁清洁机器人而言，其路径规划主要是全遍历路径规划。
[0004]现有的全遍历路径规划方法没有考虑到水下爬壁清洁机器人工作环境的特殊性，直接应用到水下爬壁清洁机器人进行路径规划会造成重复清洁和路径总长度过大的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法及系统，本专利技术不仅能实现对工作区域100％的完全覆盖和0％的遍历重复率，而且减少了路径总长度，改善了性能指标，提高了水下爬壁清洁机器人的规划效率。
[0006]根据一些实施例，本专利技术的第一方案提供了一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，采用如下技术方案：
[0007]一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，包括：
[0008]根据传感器反馈的信息建立环境模型地图；
[0009]基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模；
[0010]基于建立好的栅格地图模型采用内层包围窗口遍历法进行遍历；
[0011]当机器人陷入死角时，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来寻找逃脱栅格；
[0012]判断是否所有可遍历栅格均已被遍历，当所述栅格地图模型中的可遍历栅格均已被遍历时，完成遍历过程。
[0013]根据一些实施例，本专利技术的第二方案提供了一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划系统，采用如下技术方案：
[0014]一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划系统，包括：
[0015]环境模型地图建立模块，被配置为根据传感器反馈的信息建立环境模型地图；
[0016]栅格地图模型建立模块，被配置为基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模；
[0017]栅格遍历模块，被配置为基于建立好的栅格地图模型采用内层包围窗口遍历法进行遍历；
[0018]栅格逃脱模块，被配置为当机器人陷入死角时，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来寻找逃脱栅格；
[0019]遍历完成模块，被配置为判断是否所有可遍历栅格均已被遍历，当所述栅格地图模型中的可遍历栅格均已被遍历时，完成遍历过程。
[0020]根据一些实施例，本专利技术的第三方案提供了一种计算机可读存储介质。
[0021]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法中的步骤。
[0022]根据一些实施例，本专利技术的第四方案提供了一种计算机设备。
[0023]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法中的步骤。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]本专利技术使遍历重复率为0且有效降低机器人全遍历的路径长度，这反映到水下爬壁清洁机器人本身就是使已清洁过的区域不再被重复清洁且降低了机器人的功率消耗和工作时间，提高了水下爬壁清洁机器人的工作效率。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1为本专利技术实施例一中所述的一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法流程图；
[0028]图2(a)为本专利技术实施例一中对于横向距离大于纵向距离的区域内层包围窗口遍历的优先级顺序示意图；
[0029]图2(b)为本专利技术实施例一中对于纵向距离大于横向距离的区域内层包围窗口遍历的优先级顺序示意图；
[0030]图3为本专利技术实施例一中水波纹可扩散式包围窗口示意图；
[0031]图4为本专利技术实施例一中水波纹可扩散式包围窗口搜索优先级示意图；
[0032]图5为本专利技术实施例一中水波纹可扩散式包围窗口搜索方法具体应用场景示意图；
[0033]图6为本专利技术实施例一中利用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法逃离死角示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0035]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0036]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0037]在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]实施例一
[0039]本专利技术采用一款兼具浮游与爬壁功能的水下爬壁清洁机器人，水下环境不同于陆地平面，属于三维区间，结合机器人的浮游系统，当机器人遇到不可爬行通过的障碍物时可以直接上浮然后越过障碍物。
[0040]如图1所示，本实施例提供了一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，本实施例以该方法应用于服务器进行举例说明，可以理解的是，本实施例中，该方法包括以下步骤：
[0041]步骤S1：根据传感器反馈的信息建立环境模型地图；
[0042]步骤S2：基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模；
[0043]步骤S3：基于建立好的栅格地图模型采用内层包围窗口遍历法进行遍历；
[0044]步骤S4：当机器人陷入死角时，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来寻找逃脱栅格；
[0045]步骤S5：判断是否所有可遍历栅格均已被遍历，当所述栅格地图模型中的可遍历栅格均已被遍历时，完成遍历过程。
[0046]具体地，在步骤S1中，根据传感器反馈的信息建立环境模型地图，具体为：
[0047]由于水下工作环境复杂多变，机器人必须对工作环境提前了解，即通过自身携带的传感器对位置及环境进行探测，根据传感器反馈的信息建立环境模型地图。为了安全起见，把障碍物作一定的膨化处理。
[0048]具体地，在步骤S2中，基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模，包括：
[0049]采用栅格地图法进行环境建模，将机器人的工作面环境地图划分成若干个大小相同的栅格，并根据每个栅格有无障碍物占据和是否遍历的情本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，其特征在于，包括：根据传感器反馈的信息建立环境模型地图；基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模；基于建立好的栅格地图模型采用内层包围窗口遍历法进行遍历；当机器人陷入死角时，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来寻找逃脱栅格；判断是否所有可遍历栅格均已被遍历，当所述栅格地图模型中的可遍历栅格均已被遍历时，完成遍历过程。2.如权利要求1一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，其特征在于，所述基于所述的环境模型地图采用栅格地图法进行环境建模，包括：采用栅格地图法进行环境建模；将机器人的工作面环境模型地图划分成若干个大小相同的栅格；根据每个栅格有无障碍物占据和是否遍历的情况来确定栅格的属性值。3.如权利要求1一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，其特征在于，所述基于建立好的栅格地图模型采用内层包围窗口遍历法进行遍历，包括：在栅格地图模型中以机器人所在栅格为中心定义内层包围窗口；根据工作区域的不同来规定内层包围窗口的遍历优先级顺序；按照规定好的内层包围窗口的遍历优先级顺序对所述栅格地图模型进行遍历；其中，所述在栅格地图模型中以机器人所在栅格为中心定义内层包围窗口：以机器人所在栅格中心点为中心，边长为两个栅格作一个正方形，与该正方形相交的全部栅格称为该栅格的内层包围窗口。4.如权利要求3一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，其特征在于，所述根据工作区域的不同来规定内层包围窗口的遍历优先级顺序：对于横向距离大于纵向距离的区域，内层包围窗口遍历优先级为：上、左、右、下、左上、右上、左下、右下。对于纵向距离大于横向距离的区域，内层包围窗口遍历优先级为：上、左、下、右、左上、左下、右上、右下。5.如权利要求1一种水下爬壁清洁机器人全遍历路径规划方法，其特征在于，所述当机器人陷入死角时，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来寻找逃脱栅格，包括：在栅格地图模型中以死角栅格为中心定义水波纹可扩散式包围窗口；确定水波纹可扩散式包围窗口搜索方法的优先级顺序；根据确定的水波纹可扩散式包围窗口搜索方法的优先级顺序，采用水波纹可扩散式包围窗口搜索方法来搜索逃脱栅格；其中，所述水波纹可扩散式包围窗口搜索方法的优先级顺序为：先搜索水平和垂直方向上的栅格，具体为上、左、右、下；然后在按逆时针方向搜索第二区间栅格、按顺时针方向搜索第一区间栅格、按逆时针方向搜索第三区间栅格...

【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，王鹏，赵永国，高涵，张磊，
申请(专利权)人：山东省科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：