[发明专利]一种基于栅格法的扫地机器人全遍历路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于栅格法的扫地机器人全遍历路径规划方法，以智能扫地机器人为切入点，将智能机器人对清洁区域的清扫分为了栅格地图的建立、矩形区域的划分、矩形区域内的遍历、矩形区域的遍历顺序和栅格地图的遍历五个步骤进行。得到的全遍历路径覆盖率高，规划方法执行过程简单，使用难度低，灵活性强，能广泛的适用于各种扫地机器人的工作场景中。

技术领域

本发明属于路径规划技术领域，具体涉及一种基于栅格法的扫地机器人全遍历路径规划方法。

背景技术

扫地机器人作为服务机器人的一种，是目前使用最多的服务机器人，能够进行室内外地面的清洁。扫地机器人将机器人技术联合清扫吸尘技术，集机械、传感器、智能控制、人机交互、计算机等多个学科，应用传感器技术、定位技术、全遍历清扫路径规划技术、自主回充和电源技术实现特定功能。环境清扫属于耗时，重复性高的工作，扫地机器人的出现解决了这个问题，将人们从单挑枯燥的清扫工作中解救出来，很大程度地降低了劳动成本、提高了工作效率，具有很重要的研究意义。

扫地机器人的路径规划是扫地机器人基本的问题，机器人感知周围环境后，按照某种规划方法规划出一条与环境障碍无碰撞并实现全区域覆盖的路径。因此扫地机器人要解决几个问题：对清洁区域进行全遍历的清扫；要避开障碍物；寻求最优路径。

路径规划的目标是在封闭区域内实现机器人的移动路径对工作区域的最大覆盖率和最小重复率。覆盖率和重复率是扫地机器人路径规划最主要的两个评估标准。清洁机器人的全区域覆盖路径规划可以分为未知环境全区域覆盖、已知环境全区域覆盖。

现有的路径规划方法有往返式路径规划和内螺旋式路径规划。往返式路径规划就是扫地机器人沿着某一个方向前进，遇到障碍物后移一个车身转弯掉头继续行进，如此来回运动以达到遍历整个环境；内螺旋路径规划即让扫地机器人沿着墙壁的边界移动，遇到障碍物就进行延边移动，不断形成一个“回”字型的路径，最后到达清洁区域的中心点。这种遍历清洁方法可能会受到环境的限制而被困在某种特定的区域内或者产生扫地机器人无法到达的情况。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于栅格法的扫地机器人全遍历路径规划方法解决了现有的扫地机器人遍历清洁时收到区域限制的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于栅格法的扫地机器人全遍历路径规划方法，包括以下步骤：

S1、根据扫地机器人的工作环境，建立栅格地图并将其划分为若干个矩形分区；

S2、依次规划每个矩形分区的无重复遍历路径；

S3、确定栅格地图中各个矩形分区的遍历顺序及跨越各个矩形分区时的路线，在每个矩形分区内按照规划的无重复遍历路径进行清扫，完成扫地机器人的全遍历路径规划。

进一步地，所述步骤S1中建立栅格地图的方法具体为：

A1、根据扫地机器人的清洁直径确认栅格的大小；

A2、用若干个栅格覆盖扫地机器人的工作环境，并确定每个栅格的属性；

其中，在工作环境扫地机器人不可达区域对应的栅格属性为黑色，其属性值为-1，可达区域对应的栅格属性为白色，其属性值为0；

A3、将每个栅格用二维数组表示其所在位置，完成栅格地图的构建；

其中，二维数组A(i,j)表示栅格地图中第i行第j列的栅格。

进一步地，所述步骤S1中进行划分矩形分区的方法具体为：

B1、通过贪心算法对栅格地图进行矩形分区的划分，得到若干种矩形分区划分方案；

B2、依次计算每种矩形分区划分方案方差；

B3、将方差最小的矩形分区划分方案作为栅格地图的矩形分区；