本文關(guān)鍵詞：清潔機器人全覆蓋導航技術(shù)研究

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【摘要】：服務機器人正慢慢融入我們的日常生活,在家庭服務、餐廳服務、展廳迎賓等方面扮演著越來越重要的角色。清潔機器人是使用最多的服務機器人,適用于家庭和公共場所的地面清潔,將人們從繁重而枯燥的體力勞動中解放出來。本文針對清潔機器人的運動特點,深入研究清潔機器人的全覆蓋導航技術(shù),以提高其覆蓋效率。論文主要對定位、避障、全覆蓋路徑規(guī)劃等技術(shù)進行了研究,具體工作如下。首先,介紹了清潔機器人的工作環(huán)境模型,使用柵格地圖來表示環(huán)境信息。為在保證導航精度的同時滿足覆蓋算法的處理速度,本文采用雙精度地圖模式,將通過激光傳感器獲得的高精度柵格地圖轉(zhuǎn)變?yōu)榈途葨鸥竦貓D：在高精度柵格地圖中完成機器人定位、避障,以提高導航精度；在低分辨率地圖中完成清掃過程中覆蓋狀態(tài)的標記,以提高全覆蓋路徑規(guī)劃算法的處理速度。其次,考慮到工作環(huán)境復雜性與清掃任務的高效性,對清潔機器人的避障系統(tǒng)進行設計。建立滾動視窗實現(xiàn)障礙物的檢測,并將環(huán)境中的障礙物按尺寸大小進行分類。為提高障礙物周圍的覆蓋率,對小型障礙物實行近距離繞邊避障；僅將大型障礙物作為子區(qū)域劃分時的邊界,避免了由子區(qū)域數(shù)目過多而導致的全覆蓋路徑復雜和重復率高等問題。在避障過程中,對邊界型障礙物實行基于模糊控制決策的避障策略。然后,在研究與對比已有算法的基礎上,改進了全覆蓋路徑規(guī)劃算法,采用單元分解法將環(huán)境分為一個個無重復子區(qū)域,并對子區(qū)域內(nèi)的路徑規(guī)劃及子區(qū)域間的路徑銜接方法進行研究。提出一種能夠降低重復率的子區(qū)域間的銜接方法：在各子區(qū)域中采用往復前進式的覆蓋方式,直到遇到阻塞點,計算阻塞點到未覆蓋子區(qū)域頂點的路徑銜接參數(shù),將具有最短通行路徑的子區(qū)域作為下一目標子區(qū)域進行覆蓋清掃。該方法能夠有效減少重復路徑,降低重復率,提高了清潔機器人的覆蓋效率。最后,將本文提出的方法與目前比較成熟的算法進行仿真實驗的比較,驗證了該算法的高效性。搭建實際環(huán)境,在基于ROS的改進的Turtlebot機器人平臺上設計相應的軟件系統(tǒng),驗證本文提出的清潔機器人全覆蓋導航方法的實用性與有效性。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

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