[发明专利]一种基于探点的多机器人协同覆盖路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于探点的多机器人协同覆盖路径规划方法，具体步骤如下：S1：构建系统模型；S2：探点扩散：采用探点扩散算法将所有探点指派给机器人；S3：探点侵占：当一个正在扩散的探点的所有相邻探点已被分配给其他机器人，若还存在未分配的探点时，则启动探点侵占机制；S4：探点覆盖：采用基于虚拟引力的探点覆盖算法，规划各机器人在自己所属的探点区域的移动路径。本发明采用探点扩散算法可以通过较小的计算复杂度，将存在障碍物的覆盖区域划分给各机器人；采用探点覆盖算法可以通过探点的虚拟引力，便捷地指引机器人的行进路径。

技术领域

本发明涉及一种基于探点的多机器人协同覆盖路径规划方法，属于机器人协同控制技术领域。

背景技术

协同覆盖路径规划技术被广泛利用于自动化巡检、协同目标搜索、海底资源勘察等现代应用。常规的协同覆盖路径规划方法一般基于栅格地图，将机器人每次迭代行进的区域设置为一个栅格，利用图论法、启发式算法、群体智能等技术手段使多个机器人协同遍历覆盖区域。

目前协同覆盖路径规划技术存在以下问题：

1.覆盖区域应公平地划分给机器人，但如存在机器人无法行进的障碍物区域，则无法利用常规的图形等分规则公平地划分覆盖区域。现有技术一般利用启发式神经网络、聚类算法等，具有较高的计算复杂度。

2.等分覆盖区域不适用于由移动速度不一致的机器人组成的机器人群，移动速度较高的机器人将提早完成覆盖任务。因此，需按机器人的覆盖能力等比划分覆盖区域。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种基于探点的多机器人协同覆盖路径规划方法，通过探点扩散算法和基于虚拟引力的探点覆盖算法，将所有探点指派给机器，并规划机器人在指派区域的移动路径。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种基于探点的多机器人协同覆盖路径规划方法，具体步骤如下：

S1：构建系统模型：根据机器人每次行进的覆盖区域，将覆盖区域分割成指定密度的栅格，并在每个栅格中心布置一个虚拟探点，机器人在移动时每覆盖一个虚拟探点，即代表覆盖了该探点所在的栅格区域，覆盖区域中，存在一部分机器人无法到达的障碍物区域，该类区域的虚拟探点将被自动删除；

S2：探点扩散：采用探点扩散算法将所有探点指派给机器人，通过中央控制设备将各机器人布放在覆盖区域的外围边界，以各机器人的起始位置为该机器人所属探点的中心，以未分配探点为扩散目标，向外迭代扩散该机器人所属的探点，形成各机器人所属的探点区域；

S3：探点侵占：当一个正在扩散的探点的所有相邻探点已被分配给其他机器人，若还存在未分配的探点时，则启动探点侵占机制，该正在扩散的探点将侵占相邻且属于其他机器人的探点，而被侵占的机器人则额外进行一次扩散；

S4：探点覆盖：采用基于虚拟引力的探点覆盖算法，规划各机器人在自己所属的探点区域的移动路径，首先以机器人所在的边界线为x轴，设定相对坐标系；之后，在机器人的相邻探点设置虚拟引力场，虚拟引力的大小按相对坐标的北、东、西、南排序；各机器人向虚拟引力最大的探点移动，覆盖该探点后继续迭代移动，最终形成路径覆盖。

优选地，所述S2中，探点扩散的速度与机器人的移动速度形成正比，使得覆盖区域公平分配给移动速度不一致的机器人群。

优选地，在所述S4中的探点覆盖过程中，若机器人移动至死区，即4个方向均无虚拟引力，则通过如下方法逃离死区：

首先，反转机器人的相对坐标系的y轴，使虚拟引力大小的排序改变为南、东、西、北；之后，将已覆盖过的探点设置为移动目标，向虚拟引力最大的移动目标继续前进；此时，机器人将移动方向扩展为东、西、南、北、东北、东南、西北、西南8个方向，若8个方向中的任意一个方向存在未覆盖的探点，则向该探点移动，逃离死区；逃离后，恢复原有坐标系，继续进行路径覆盖。