基于高效模板法與動態(tài)窗口法的服務(wù)機器人全覆蓋路徑規(guī)劃方法①

陳超勇 熊禾根 陶 永* 鄒 遇 任 帆 江 山

(*武漢科技大學(xué)冶金裝備及其控制教育部重點實驗室 武漢 430081)(**武漢科技大學(xué)機械傳動與制造工程湖北省重點實驗室 武漢 430081)(***北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院 北京 100191)(****北京航空航天大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程高精尖創(chuàng)新中心 北京 100191)

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，服務(wù)機器人逐漸進(jìn)入人們的生活。清掃機器人作為服務(wù)機器人的典型代表，能夠節(jié)省人力減輕勞動負(fù)擔(dān)，已成為智能機器人研究的熱點[1]。清掃機器人的核心技術(shù)是全覆蓋路徑規(guī)劃，通過多傳感器融合來估計自身位姿和檢測環(huán)境信息，然后尋找一條在工作區(qū)域內(nèi)從起始點到終點且經(jīng)過所有可達(dá)區(qū)域的連續(xù)無碰撞路徑，并要保證所規(guī)劃路徑的最優(yōu)性或合理性[2]。全覆蓋路徑規(guī)劃的研究在排雷機器人[3]、割草機[4]、水下機器人[5]、噴漆機器人[6]等方面同樣具有重大的應(yīng)用價值。

目前，全覆蓋路徑規(guī)劃技術(shù)總體可分為隨機式全覆蓋和規(guī)劃式全覆蓋[7]。隨機式全覆蓋即機器人直行，發(fā)生碰撞后隨機旋轉(zhuǎn)角度繼續(xù)直行，該方法雖然簡單，但是存在重復(fù)率高、效率低的缺點[8]。因此，國內(nèi)外的研究人員主要對規(guī)劃式全覆蓋進(jìn)行研究。Bochkarev等人[9]以高度最小為準(zhǔn)則將地圖分割成2部分，在每個區(qū)域內(nèi)利用往復(fù)運動實現(xiàn)全覆蓋，但該方法僅作用于非凸多邊形區(qū)域。Gajjar等人[10]提出了一種基于改進(jìn)Boustrophedon單元分解法的全覆蓋路徑規(guī)劃算法，為柵格地圖定義了障礙代價函數(shù)，并隨著機器人的移動自動更新。……