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1、维普资讯http://www.cqvip.com70机电一体化Mechatronics2007年第2期全自主清扫机器人的运动分析与路径规划MotionAnalysisandPathPlanningofFullAutonomousCleaner王磊杨杰许曼(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,合肥230027)摘要:提出了一种未知环境下机器人在线路径规划算法,适用于家用清洁机器人对室内地面的智能化清扫。该算法充分考虑了家用机器人成本低、节能等特点,前期以“迂回推进”的方式,进行2次方向不同的清扫
2、。根据结果得出障碍物和环境信息,再利用边缘跟踪对障碍物及整个环境边缘进行清扫,同时对所得信息进行校正,最终实现全区域的覆盖。整个过程路径段简单,能源利用率高。关键词:移动机器人路径规划边缘跟踪Abstract:Apathplanningalgorithmispresentedforunknownenvironment.Thecostandenergyhavealreadybeencloselycalculated.therobotcleansroomtowtimes:alongXaxisandY
3、axisfromwhatwecan,gettheinformationofenvironmentandobstructions.Thdresultcanbetestedandmodifiedbyboundaryfo1.1owing.Simplenessandhighenergyprofitabilityisthefeatureofthismethod.Keywords:mobilerobotpathplanningboundaryfollowing0引言能力。路径规划是自主式移动机器人的一项重要
4、研究内1运动学模型容。一般的路径规划是指在有障碍的前提下,按照一整个机器人的结构由车体、吸尘装置、传感部分、定的标准(算法或规则库)规划出一条从起始状态到目控制部分组成。传感部分包括车身两侧的超声传感标状态的无碰路径,即“点对点”的路径规划。而我们器、前面的碰板和光电开关组成的接触式传感器。所做的工作则是全区域覆盖的路径规划。从某一方面来讲,这可以看成是前者的组合,但并不是简单的叠加,要复杂得多。目前家用清扫机器人国外已有成品上市,国内还处在起步阶段。这种类型的机器人主要问题都集中在路径规划——
5、既要保证区域覆盖的完整性,又要最大程度的提高效率,对清扫过程中出现的突发情况也能够有很好的处理。从大受欢迎的roomba第一代产品来看,路径规划的智能性极低,造成了能源的极大浪费。本文提出的路径规划最大特点就是效率图1机器人结构示意图1.车轮;2.碰板;3.清扫机构;4.超声传感器高,同时保证了覆盖的完整性和对突发事件的处理作者简介:王磊1980年生,汉族,吉林省农安人,硕士研究生。研究方向为机器人。维普资讯http://www.cqvip.com全自主清扫机器人的运动分析与路径规划71机器人前
6、轮为从动轮,后轮采用差动式驱动。后确性考虑,路径段也为直线。轮装有码盘,码盘传回来的信号转换成机器人的位移。开始的时候机器人选择房间的一个角度(两座墙当发生碰撞时,碰板带动光电开关移动产生信号变化。壁的交接点,便于机器人定位)作为初始点,坐标为(0,超声传感器对车体侧面进行探测,保证车体和障碍物0),即机器人上的P点坐标为(0,0)(本文中的坐标都的距离或对目标进行边缘跟踪。是指P点坐标)。沿一侧墙的方向建立轴,第一次清本文研究的是移动机器人路径规划,吸尘部分没扫沿轴的方向;完成后,返回原点,沿
7、y轴方向进行有涉及,故建立运动模型见图2。图中r为后动轮半第二次清扫。这样既保证了清洁质量,又在很大程度径;q为机器人的速度瞬心,以两后轮轴线的中点P的上避免了1次清扫所带来的死角问题;而且由于两个位姿和速度代表机器人的位姿和速度;(,Y)表示机器方向的互补性,并不需要为了遍历的完整性而采用更人在平面坐标系中的位置;为机器人运动方向相对于为烦杂的算法,通过两次数据融合就可以得到较为精轴的方向角。设机器人线速度为,角速度为∞,则机确的环境信息。器人的运动学模型可定义为:机器人的路径为迂回前进的路径
8、段,每个路径段的间隔为机器人清洁机械的清扫直径,记为D。碰到障碍物后,机器人转向180。并且侧移D。这个动作由控制系统做好保存,直接调用,记为microl(direct作为输入变量决定碰撞时的转向)。microl中有跳转指令,当不能完成该动作时则机器人回复原位姿,并跳转到程序的指定位置。机器人在清扫过程中会记录未清洁区域的起始点图2运动学模型和结束点(以障碍物顶点的形式记录在障碍物列表n中),当遍历整个房间后会依次对未清洁区域进行清扫。[/~cosoO/iv)c创建两个列表n,m分别表示障碍物和
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