移动机器人全覆盖路径规划算法的研究

论文摘要

在科技快速发展的当今社会,随着家庭、企业、服务业半自动和自动化清洁技术的发展,能够使人们从繁重的清洁工作中解脱出来,所以清洁机器人具有很好的市场发展前景,近几年来受到国内外的高度重视,而全覆盖路径规划技术则成为服务机器人的一个崭新的研究方向。在机器人的许多应用领域中都需要用到全覆盖路径规划算法,例如军事用的地雷探测、家居及办公环境的地而清洁、不同应用领域地图的创建等。在这些应用中要求机器人覆盖环境中所有未被障碍物占据的区域。因此,本文对移动机器人全覆盖的研究,具有较好的实用性和应用前景。本文采用了栅格地图的建模方法,因为栅格地图易于创建和维护,理想的覆盖过程就是在图上搜索一条无重复的遍历所有栅格的路径。根据对环境知识的了解,在已知环境覆盖算法中让清洁机器人规划出一条能走过环境中的所有地方并且是代价最小路径,这个时候的问题就相当于旅行家问题,未知环境的覆盖要求清洁机器人必须借助身体上携带的不同类型的传感器来感知周围的环境并进行规划。该任务被称为基于传感器的覆盖任务。针对栅格环境下存在任意形状的静态或动态者障碍物问题,提出了一种结合二分搜索法的牛耕式全覆盖路径规划算法,该算法可以加速寻找下一个未覆盖空间的初始位置,提高了覆盖的效率。为了验证算法的可行性,采用java语言进行编程实现,本文对该算法在多种室内环境中进行仿真,仿真结果表明该算法切实可行。另外,通过与其它全覆盖算法进行对比,结果表明该方法能有效地降低重复覆盖率,并且具有比较好的市场和应用前景。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 移动机器人概述
• 1.3 清洁机器人的研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 全覆盖路径规划概述
• 2.1 全覆盖路径规划的定义
• 2.2 全覆盖路径规划方法
• 2.2.1 随机覆盖方法
• 2.2.2 基于模板的全覆盖方法
• 2.2.3 Boustrophedon（牛耕式）覆盖方法
• 2.2.4 STC覆盖算法
• 2.2.5 ISC（内螺旋）覆盖算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于二分搜索的牛耕式全覆盖规划算法研究
• 3.1 二分法简介
• 3.2 基于改进二分法的牛耕式全覆路径规划盖算法
• 3.2.1 牛耕式全覆盖算法
• 3.2.2 改进的二分搜索法
• 3.2.3 基于改进二分法的牛耕式算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 系统仿真
• 4.1 仿真环境介绍
• 4.2 静态环境下的仿真
• 4.2.1 静态障碍物的仿真
• 4.3 动态环境下的仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 论文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况