全自主清扫机器人的运动分析与路径规划2

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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