室内清扫机器人设计及路径规划算法研究

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1、分类号学号M201270502学校代码10487密级硕士学位论文室内清扫机器人设计及路径规划算法研究学位申请人：孙国正学科专业：车辆工程指导教师：李成刚教授答辩日期：2015年5月19日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignofIndoorCleaningRobotandResearchonItsPathPlanningAlgorithmCandidate:SunGuo-zhengMajor:VehicleEngineeringSupe

2、rvisor:Prof.LiCheng-gangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权

3、保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年华中科技大学硕士学位论文摘要随着科技飞速发展，由于人口老龄化和生活快节奏化，移动机器人在社会服务领域的应用取得了极大的成功，尤其室内清扫机器人更是受到了人们的热烈欢迎。本文通过对国内外各种清扫机器人进行调研，试图设计出一款“低成本，高智能”的室内清扫

4、机器人。基于以上理念，本文着重从清扫机器人系统总体设计和其路径规划算法两方面展开研究。在系统总体设计方面，本文首先提出了以超声波测距为主要环境探测方式，以开源控制卡为主控单元的硬件设计方案，分别对各个模块的传感器型号选择、布置方式、使用原理做详细介绍。在路径规划算法方面，本文主要以静态未知室内环境为研究背景，在机器人定位与地图构建、全区域覆盖路径规划两个方面进行研究。定位与构图作为机器人路径规划算法的重要部分，本文提出了一种基于超声波测距特征提取的同时定位与构图方法（SLAM），通过对超声波探测到的数据进行处理，提取出直线和点特征，然后栅格化得到栅格地图；并通过卡尔曼滤波对定位过

5、程中的误差进行修正。区域覆盖路径规划以效率和重复率等为约束条件，以全区域覆盖为最终目标。通过对各种路径规划算法的分析，本文将基于生物激励神经元网络算法创新性地应用于清扫机器人的路径规划，此方法计算简单，实时性好，不需要先验信息。本文首先通过仿真，验证了本算法应用于清扫机器人路径规划方面的优良特性，同时也发现了其中的不足，针对这些不足，本文对算法中的某些参数进行了改进，引入了模板对其进行规制指导，最后通过仿真验证了算法改进后再覆盖率与效率指标上的提升。文章的最后利用搭建的实验平台进行了模块实验、行走的定位与构图实验和区域覆盖实验，对机器人总体方案设计和区域覆盖路径规划算法进行验证。

6、关键词：清扫机器人，遍历路径规划，卡尔曼滤波，生物激励神经网络，定位I华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,anagingpopulationandthefastpaceoflifeappear,theapplicationofmobilerobotintheareaofsocietyservicehasmadeagreatprogress,especiallytheIndoorcleaningrobot,acceptedbymoreandmorepeople.Thisthesiswil

7、ldoasurveyaboutdifferentcleaningrobots,andtrytodesignakindofIndoorcleaningrobotwhichishighsmartandcostlessmoney.Onbasicoftheidea,wewillattachimportancetothedesignofsystemandthePathAlgorithm.Intheaspectofsystem,thisessayintroducesawayofenviron