一種應(yīng)用于掃地機(jī)器人的改進(jìn)勢場柵格法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于掃地機(jī)器人的改進(jìn)勢場柵格 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在掃地機(jī)器人領(lǐng)域上，人工勢場法中機(jī)器人在障礙物附近震蕩而無法到達(dá)目 標(biāo)點、存在陷阱區(qū)域、臨近的障礙物之間不能發(fā)現(xiàn)路徑等問題，由于機(jī)器人作用范圍內(nèi)有隨 機(jī)分布的障礙物、以及目標(biāo)點靠近障礙物時導(dǎo)致所受合力方向經(jīng)常變化，使得機(jī)器人在移 動過程中會出現(xiàn)震蕩、擺動及無法到達(dá)目標(biāo)點現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種應(yīng)用于掃地機(jī)器人的改進(jìn)勢 場柵格法，該改進(jìn)勢場柵格法可讓掃地機(jī)器人在已知環(huán)境中靜態(tài)構(gòu)建出全覆蓋路徑后再進(jìn) 行清掃，即使遇到無記錄在地圖文件中的障礙物時，仍能順利無碰避障，有效減少了路徑死 節(jié)點與清掃盲點。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0005] -種應(yīng)用于掃地機(jī)器人的改進(jìn)勢場柵格法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :將室內(nèi)環(huán)境地圖通過柵格法表示，劃分柵格的大小根據(jù)市面上掃地機(jī)器人尺 寸而定，每單元格約35cm2,障礙物超過單元格1/3則判定該柵格機(jī)器人不可達(dá)； 步驟2 :確定機(jī)器人在柵格地圖中的起始位置C，通過牛耕式全覆蓋算法靜態(tài)規(guī)劃出遍 歷環(huán)境地圖的全局總路徑L ; 步驟3 :在柵格地圖上，將全局總路徑L拆分為連續(xù)的柵格點集合：
步驟4 :在路徑集合Lc中，將集合第一個點作為機(jī)器人的起始位置Xc= (X y) T，則集合 L中下一個目標(biāo)子點Oi會對機(jī)器人產(chǎn)生引力時采用引力勢場函數(shù)，當(dāng)機(jī)器人上下左右四個 方向柵格中存在障礙物Xb時，會對機(jī)器人產(chǎn)生斥力，則采用斥力勢場函數(shù)； 步驟5 :機(jī)器人在Oi-I處，判斷下一個目標(biāo)子點Oi是否被新增加的障礙物占據(jù)，如圖4 所示，若被占據(jù)則再取下一個目標(biāo)子點〇i+l作為目標(biāo)點； 步驟6 :機(jī)器人每次移動時，根據(jù)當(dāng)前位置Xc與目標(biāo)子點Oi之間使用人工勢場法進(jìn)行 受力分析及移動，采用受力分析方法； 步驟7 :每當(dāng)機(jī)器人到達(dá)下一個目標(biāo)子點后，將當(dāng)前位置Xc=(x y)T設(shè)置為到達(dá)的目標(biāo) 子點Oi的坐標(biāo)值，并且將i值自加一，取下一目標(biāo)子點； 步驟8 :判斷機(jī)器人當(dāng)前位置是否已經(jīng)到達(dá)最終目標(biāo)點0,若否則跳轉(zhuǎn)到步驟4,繼續(xù)迭 代逐步移動；若是則算法結(jié)束，代表掃地機(jī)器人已經(jīng)完成了全覆蓋的清掃任務(wù)。
[0006] 其中，所述引力勢場函數(shù)為
所述斥力勢場函數(shù)為
其中，katt--引力勢場正比例增益系 數(shù)；f:一一斥力勢場正比例增益系數(shù)；一一障礙物影響距離，可根據(jù)實際情況而定； 一一機(jī)器人在當(dāng)前空間位置X。與障礙物X b的最短距離，約一個柵格長度。
[0007] 其中，所述受力分析方法的引力勢場函數(shù)的負(fù)梯度
其中，將引力Fatt分解到X與Y軸上的兩個分量Fatt_X與Fatt_Y，當(dāng)Oi與Xc的Y軸相 同，X軸不同時為
當(dāng)Oi與Xc的X軸相同，Y軸不同時為
其它情況為
[0008] 其中，當(dāng)障礙物與機(jī)器人距離小于，則其會對機(jī)器人產(chǎn)生斥力Frap:
[0009] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所述的一種應(yīng)用于掃地機(jī)器人的改進(jìn)勢場柵格法， 針對人工勢場法中機(jī)器人在障礙物附近震蕩而無法到達(dá)目標(biāo)點、存在陷阱區(qū)域、臨近的障 礙物之間不能發(fā)現(xiàn)路徑等問題，提出了一種改進(jìn)的勢場柵格算法，結(jié)合牛耕式全覆蓋路徑 規(guī)劃算法使機(jī)器人在已知環(huán)境中規(guī)劃出全局清掃路徑的同時，具備動態(tài)無碰撞的避障能 力，本發(fā)明具有可讓掃地機(jī)器人在已知環(huán)境中靜態(tài)構(gòu)建出全覆蓋路徑后再進(jìn)行清掃，即使 遇到無記錄在地圖文件中的障礙物時，仍能順利無碰避障，有效減少了路徑死節(jié)點與清掃 盲點的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010] 下面利用附圖來對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明，但是附圖中的實施例不構(gòu)成對本發(fā) 明的任何限制。
[0011] 圖1為本發(fā)明的流程圖； 圖2為本發(fā)明的路徑拆解圖； 圖3為本發(fā)明的障礙物繞行方法示意圖； 圖4為本發(fā)明的勢場柵格法受力分析示意圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結(jié)合具體的實施方式來對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0013] 如圖1所示，一種應(yīng)用于掃地機(jī)器人的改進(jìn)勢場柵格法，包括如下步驟： 步驟1 :將室內(nèi)環(huán)境地圖通過柵格法表示，劃分柵格的大小根據(jù)市面上掃地機(jī)器人尺 寸而定，每單元格約35cm2,障礙物超過單元格1/3則判定該柵格機(jī)器人不可達(dá)； 步驟2 :確定機(jī)器人在柵格地圖中的起始位置C，通過牛耕式全覆蓋算法靜態(tài)規(guī)劃出遍 歷環(huán)境地圖的全局總路徑L ; 步驟3 :在柵格地圖上，將全局總路徑L拆分為連續(xù)的柵格點集合：
如圖2所示，η的值與路徑長短有關(guān)，但保證最后一個點On與 總路徑終點0重合，當(dāng)機(jī)器人到達(dá)點On時表示算法結(jié)束； 步驟4 :在路徑集合Lc中，將集合第一個點作為機(jī)器人的起始位置Xc= (X y) Τ，則集合 L中下一個目標(biāo)子點Oi會對機(jī)器人產(chǎn)生引力時采用引力勢場函數(shù)，當(dāng)機(jī)器人上下左右四個 方向柵格中存在障礙物Xb時，會對機(jī)器人產(chǎn)生斥力，則采用斥力勢場函數(shù)； 步驟5 :機(jī)器人在Oi-I處，判斷下一個目標(biāo)子點Oi是否被新增加的障礙物占據(jù)，如圖3 所示，若被占據(jù)則再取下一個目標(biāo)子點〇i+l作為目標(biāo)點，由于實際上機(jī)器人與障礙物有一 定尺寸，如果此時只依靠 A*算法繞過障礙物，則會導(dǎo)致碰撞，因此本文采用以A*為輔尋找 繞行目標(biāo)點、勢場法為主的實際移動方法，實現(xiàn)無碰避障的目的； 步驟6 :機(jī)器人每次移動時，根據(jù)當(dāng)前位置Xc與目標(biāo)子點Oi之間使用人工勢場法進(jìn)行 受力分析及移動，采用受力分析方法； 步驟7 :每當(dāng)機(jī)器人到達(dá)下一個目標(biāo)子點后，將當(dāng)前位置Xc=(x