家庭清扫机器人路径覆盖系统的设计与实现

论文摘要

随着科技的不断进步,服务机器人逐渐进入人类社会。作为将移动机器人技术和吸尘器技术结合起来的清扫机器人,受到越来越多的关注。清扫机器人能够实现室内环境的自动清洁,替代传统繁重的人工清洁工作,作为智能移动机器人的一个特殊应用,清扫机器人体现了移动机器人的多项关键技术,具有较强的代表性。本文主要研究基于碰撞传感器的清扫机器人全覆盖问题。首先,针对现有的覆盖算法进行了简单的介绍和比较,采用了基于栅格的环境建模方法。其次,一方面为实现针对不同环境的全覆盖清扫,机器人通过碰撞传感器感知环境信息,建立待覆盖区域的环境地图,并且在运动过程中不断对该地图进行更新。另一方面为了保证完全覆盖所有区域的同时,降低重复覆盖率,提高工作效率,本文提出了子区域划分的螺旋式覆盖算法,该算法不需要进行复杂的数学计算,保证了算法的实时性,降低了对内存的需求,同时该算法不进行整个空间的搜索,避免了传统栅格算法常见的随空间增大实时性急剧下降的缺陷。最后,在Windows平台上进行了算法的仿真实验,实验结果证明了该算法的可行性,体现了该覆盖系统性能稳定、可靠、智能性高的特点,达到了预期的设计目标。同时,该仿真采用C语言实现,便于进行嵌入式软件的移植,而且该覆盖方法的清扫效率较高,具有较好的实用性和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 家庭清扫机器人技术现状
• 1.2.2 国外清扫机器人及研究现状
• 1.2.3 国内清扫机器人及研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 清扫机器人覆盖系统的总体设计
• 2.1 基于栅格的全覆盖算法
• 2.1.1 完全覆盖算法的数学描述
• 2.1.2 栅格算法的描述
• 2.2 基于栅格的螺旋式运动方案
• 2.3 螺旋式运动方案的性能分析
• 2.3.1 随机方式
• 2.3.2 往复方式
• 2.3.3 螺旋方式
• 2.3.4 几种运动方案的比较
• 2.4 覆盖系统的总体框架
• 2.5 本章小结
• 第3章 清扫机器人覆盖系统的实现
• 3.1 环境建模
• 3.2 沿边学习创建地图
• 3.2.1 障碍物类型的划分
• 3.2.2 沿边学习的算法描述
• 3.2.3 地图生成
• 3.3 全覆盖算法的描述与实现
• 3.3.1 子区域划分
• 3.3.2 子区域连通性的证明
• 3.3.3 子区域连通性的实现
• 3.3.4 避障算法描述
• 3.3.5 全覆盖算法的描述
• 3.4 本章小结
• 第4章 计算机仿真实验
• 4.1 仿真环境
• 4.2 沿边学习算法的仿真
• 4.3 全覆盖算法的仿真
• 4.3.1 无障碍物的全覆盖仿真
• 4.3.2 子区域划分的仿真
• 4.3.3 子区域衔接的仿真
• 4.3.4 避障算法的仿真
• 4.4 全局覆盖率
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢