[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

说明书

本发明公开了一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法、装置及设备，首先将整个环境地图分解成若干个简单的相邻子区域，然后遍历各子区域，在高覆盖率的同时重复率也很低。另外，在遍历的过程中，根据定位信息和地图障碍物信息实时改变行走状态，具有简单灵活、易实施的优点。并且，机器人在清扫区域时，其主要行驶方向直接影响了路径的转折次数。本发明使用区域的主方向作为机器人遍历清扫路径的主要行驶方向，这样可以极大地减少路径的转折次数，从而提高遍历的效率。

技术领域

本发明涉及扫地机器人清扫全覆盖路径的规划方法，尤其是一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法、装置及设备。

背景技术

室内扫地机器人是家用服务机器人的一种，具有扫地省时省力，功能多样、操作便捷等优点，可替代人工减轻劳动负荷，已成为智能机器人研究的热点方向。在扫地机器人研究领域中，全覆盖路径规划技术是一种核心技术。该技术的目的是规划出一条与环境中障碍物无碰撞且能够完全覆盖环境中可行区域的路径。目前已经涌现出很多路径规划算法，包括未知环境下的路径规划和已知的路径规划。其中，基于未知环境的路径规划算法主要采用随机算法，具有简单、成本低的优点，其缺点在于效率低而重复率高。为了提高规划的效率和覆盖率，降低重复率，目前大部分研究都是基于已知环境的，即首先构建出环境的地图，然后在此地图之上进行路径的规划。在基于已知环境的全覆盖路径规划中，为了降低路径规划的复杂度，将地图进行区域分解是一种重要的技术手段，而区域分解之后各区域的遍历清扫是近年来研究的主要趋势。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法、装置及设备，解决已知环境下扫地机器人全覆盖路径规划问题，即在已经获取室内环境地图的情况下，规划高覆盖率、低重复率的机器人扫地路径。

技术方案：一种基于栅格地图的机器人全覆盖路径规划方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。