一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法制造技术

技术编号：40010275 阅读：8 留言：0更新日期：2024-01-16 15:10

本发明专利技术公开了一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，首先通过车载GPS和IMU传感器采集工作区域边界顶点的精确的位置坐标信息，进而确定多边形工作区域的边界顶点及其确定的边界直线方程；再根据自动捡球机器人有效覆盖宽度及其最小转弯半径，进而计算得在工作区域内往返遍历的直线路径及其在边界处的转弯路径。机器人行进过程中，通过IMU、GPS传感器实时采集机器人姿态信息，再经过扩展卡尔曼滤波器融合输出机器人的实时坐标信息，从而计算出机器人的实时行进方向矢量及当前位置与正前方边界的距离。本发明专利技术采用GPS和IMU传感器的数据来融合获取边界坐标以确定更加精确的多边形工作区域；并且采用直线行进策略，降低了路径规划的复杂度，转弯过程中充分考虑捡球装置的覆盖宽度和最小转弯半径，有利于实现区域内充分覆盖；同时在行进过程中，可利用多传感器融合输出的坐标实现精确的自我定位，并通过设定的方向矢量自我调整前进方向，有利于保持机器人直线行进。

全部详细技术资料下载

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动机器人全覆盖路径规划领域，具体涉及一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法。

技术介绍

1、在一个典型的高尔夫练习场，收集高尔夫球需要花费一定的人力和时间收集高尔夫球，所需的人工成本高昂，使用自动捡球机器人将成为趋势。自动捡球机器人属于一种覆盖式移动机器人，目前多数覆盖式移动机器人(如扫地机器人、割草机器人)普遍都是采用随机路径规划算法，这类算法容易造成工作区域内覆盖率分布不均，且容易造成路径重合，这可能导致捡球机器人无法完全收集场地内的所有球，同时也会增加机器人的能耗。

2、因此，为满足捡球机器人完全覆盖工作范围的需求，且有效避免路径重合，本专利技术提出了一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是为解决现有的覆盖式移动机器人采用随机路径规划算法存在的在工作区域内覆盖率分布不均，且容易造成路径重合等问题，提出了一种用于实现自动捡球机器人的精确定位、区域完全覆盖、路径不重合的基于多传感器融合定位的自动捡球机器人全覆盖路径规划算法。

2、本专利技术的技术方案如下：一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，具体包括以下步骤：

3、s1.获取边界顶点坐标：自动捡球机器人上安装有车载gps和imu传感器，工作前先让机器人绕边界行走一圈，从而获取边界处的gps和imu数据，进一步融合得到边界顶点在本地坐标系下的坐标(xi,yi)。

4、s2.确定工作范围：根据边界顶点依次相连形成多边形工作范围；</p>

5、s3.获取当前点坐标并计算距离和偏航角：根据实时的gps和imu数据，通过ekf融合获取机器人当前实时坐标(xt,yt)；计算得当前方向矢量it，及其与边界线的交点(xk,yk)；进而计算得当前点距边界的距离d，以及当前方向与预设方向的偏航角α,计算公式如下：

6、当前方向矢量it：

7、it＝(xt-xt-1,yt-yt-1)#(1)

8、it与边界线的交点(xk,yk)：

9、

10、上式中a1,b1,c1,a2,b2,c2为中间变量，即：

11、(a1,b1,c1)＝(yt-yt-1,xt-1-xt,xt*yt-1-xt-1*yt)#(3)

12、(a2,b2,c2)＝(yi-yi-1,xi-1-xi,xi*yi-1-xi-1*yi)#(4)

13、当前点距边界的距离d：

14、

15、当前方向与预设方向的偏航角α：

16、

17、s4.规划前进路径并自动调整位姿：机器人控制系统控制机器人从预设位置以直线的形式沿预设方向行进,并实时调整自身位姿；

18、s5.规划边界转弯路径：当机器人行进到边界附近时，当d小于等于最小距离dmin时，控制系统会控制机器人以设定的转弯曲线离开边界。

19、进一步，自动捡球机器人由四轮小车和前方的捡球装置组成，小车最小转弯半径为r,捡球装置覆盖宽度为w。

20、进一步，步骤s1中的边界顶点坐标是由机器人自身搭载的gps和imu传感器获取的，要求将机器人沿边界移动一周，形成闭合工作范围。

21、进一步，步骤s3中机器人当前点坐标的获取采用gps+imu的松耦合方案，将gps和imu的位置和速度信息的差值作为观测量，经由扩展卡尔曼滤波器输出融合位姿，该方案结构并不复杂，工作流程相对简洁，易于操作。

22、进一步，所述机器人在步骤s4中按直线方式行进时，控制系统可根据机器人自身偏离预设方向的角度进行实时校正机器人的前进方向。

23、进一步，在步骤s5所述的边界转弯方式中，当机器人到达距边界的最小距离dmin时，所述捡球机器人会提前转向，并按设定转弯路线离开边界。

24、进一步，所述捡球机器人按设定转弯路线转向后，规划直线与前一直线应相距为2w，可根据所述捡球机器人的最小转弯半径r和捡球装置的覆盖宽度w来调整转弯路线。

25、本专利技术的有益效果：

26、(1)本专利技术采用gps+imu融合输出机器人的位姿坐标，可得到机器人实时精确的位置坐标。

27、(2)本专利技术采用直线路径规划行进，可有效降低算法复杂度，同时减低机器人的控制难度。

28、(3)本专利技术在设计转弯路径时充分考虑了机器人自身的尺寸及最小转弯半径，可使机器人转弯后按照完全覆盖且不重合的路径行进。

29、(4)本专利技术有效增加了自动捡球机器人在预设工作区域内覆盖率，有效避免路径重合等问题。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，自动捡球机器人由四轮小车和前方的捡球装置组成，小车最小转弯半径为R,捡球装置横向覆盖宽度为W。

3.根据权利要求2所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，步骤S1中的边界顶点坐标是由机器人自身搭载的GPS和IMU传感器获取的，要求将机器人沿边界移动一周，形成闭合工作范围。

4.根据权利要求3所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，步骤S1中的边界顶点坐标和步骤S3中机器人当前点坐标的获取采用了GPS+IMU的松耦合方案，将GPS和IMU的位置和速度信息的差值作为观测量，经由扩展卡尔曼滤波器输出融合位姿，该方案结构并不复杂，工作流程相对简洁，易于操作。

5.根据权利要求4所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，所述机器人在步骤S4中按直线方式行进时，控制系统可根据机器人自身偏离预设方向的角度进行实时校正机器人的前进方向。

7.根据权利要求6所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，所述捡球机器人按设定转弯路线转向后，规划直线路径与前一直线路径相距为W，可根据所述捡球机器人的最小转弯半径R和捡球装置的覆盖宽度W来调整转弯路线。

...

【技术特征摘要】

1.一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，自动捡球机器人由四轮小车和前方的捡球装置组成，小车最小转弯半径为r,捡球装置横向覆盖宽度为w。

3.根据权利要求2所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，步骤s1中的边界顶点坐标是由机器人自身搭载的gps和imu传感器获取的，要求将机器人沿边界移动一周，形成闭合工作范围。

4.根据权利要求3所述的一种自动捡球机器人的全覆盖路径规划算法，其特征在于，步骤s1中的边界顶点坐标和步骤s3中机器人当前点坐标的获取采用了gps+imu的松耦合方案，将gps和imu的位置和速度信息的差值作为观测量，经由扩展卡尔曼滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏龙，江明亮，孙园喜，陈晓红，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人