[发明专利]基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法、装置及设备

权利要求书

1.一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)地图分解：在二维栅格地图中区分出障碍物区域和不含障碍物的可行区域，再将可行区域划分成若干个子区域；

(2)指定各子区域的主方向；

(3)根据机器人在地图中的起始位置选择待清扫的子区域和该子区域遍历清扫的起始点；

(4)子区域遍历清扫：扫地机器人的前进方向与选定子区域的主方向对齐，进行该子区域的遍历清扫，扫地机器人根据自身定位信息和栅格地图障碍物信息实时动态地切换行走状态、绕开障碍物；

(5)在某个子区域遍历清扫结束以后，在未清扫的子区域中选择与机器人位置最相近的作为下一个遍历清扫的子区域，进行步骤(4)，直到所有的子区域都已遍历清扫完毕；

所述步骤(4)具体包括：

(4.1)机器人行走至起始点处，并进行自旋，以使机器人的前进方向与选定子区域的主方向对齐；

(4.2)机器人朝着前方进行直线行走，直线行走时实时监测机器人自身定位信息和栅格地图障碍物信息，并由此计算出机器人与障碍物的距离，所述机器人自身的定位信息和栅格地图障碍物信息是根据SLAM方法计算得到的；当机器人前方有障碍物，执行步骤(4.3)；

(4.3)旋转：当机器人前方有障碍物，机器人停止直线行走，指定旋转角度θ，旋转；

(4.4)侧行：机器人旋转到指定旋转角度θ后，朝当前方向直行一段指定距离d_s，在侧行前计算机器人前方该指定距离范围内是否有障碍物，如果有，则结束该子区域的遍历清扫，否则机器人直线行走d_s，并进行步骤(4.5)；

(4.5)二次旋转：机器人完成侧行后，进行第二次旋转，二次旋转方向与上次旋转方向一致，旋转角度为π-θ；本次旋转完成以后，执行步骤(4.2)；

其中，步骤(4.3)中所述指定旋转角度θ的计算方式如下：

(4.3.1)计算障碍物中位于机器人行进方向左边的障碍物；

(4.3.2)计算左边障碍物中，距离机器人最近的点

(4.3.3)障碍物上对于除点p₁外的任意点p(x,y)，计算s_p和o_p，直到找到点

p₂满足条件：对于除点p₁和点p₂的其它任意点都有其中，

(4.3.4)令t＝a/b，则指定旋转角度θ为：

步骤(4.4)中所述指定距离的计算方法如下：

d_s＝2r/sin(θ)

其中，r为机器人半径。

2.根据权利要求1所述的一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤(1)中所述在二维栅格地图中区分出障碍物和不含障碍物的区域具体是将二维栅格地图根据障碍物情况转化为二值图像：将二维栅格地图中的障碍物部分和未知区域部分都使用颜色一表示、可行区域部分使用颜色二表示。

3.根据权利要求1所述的一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤(1)中所述将可行区域划分成若干个子区域具体是使用Boustrophedon算法将可行区域划分成若干个简单的相邻的子区域。

4.根据权利要求1所述的一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤(2)所述各子区域的主方向的计算方法是：对子区域的图像进行边缘检测，找到边缘线中的直线段并计算出各直线段的方向，将各直线段的方向按照角度范围分组，将频数最多的组的角度范围平均值作为该子区域的主方向。

5.根据权利要求1所述的一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法，其特征在于，步骤(2)所述各子区域的主方向的计算方法是：使用Canny边缘检测方法对子区域的图像进行边缘检测，使用霍夫检测方法找到边缘线中的直线段并计算出各直线段的方向，将各直线段的方向按照角度范围分组，采用直方图来描述各直线段的方向的分布情况，最后将直方图中频数最多的组的角度范围平均值作为该子区域的主方向。