清扫机器人路径规划方法研究
《移动机器人路径规划算法研究》范文
《移动机器人路径规划算法研究》篇一一、引言在科技飞速发展的今天，移动机器人在众多领域内已经展现出巨大的应用潜力，例如无人驾驶车辆、自动扫地机器人、智能仓储机器人等。
路径规划作为移动机器人领域中的关键技术之一，对于提高机器人的工作效率和性能具有重要作用。
本文将深入探讨移动机器人路径规划算法的相关内容，包括相关概念、基本方法以及近年来的研究成果和未来发展趋势。
二、移动机器人路径规划的基本概念和方法1. 基本概念移动机器人路径规划是指在具有障碍物的环境中，为机器人寻找一条从起点到终点的最优路径。
这一过程需要考虑到多种因素，如路径长度、安全性、机器人的运动能力等。
路径规划算法的优劣直接影响到机器人的工作效率和性能。
2. 基本方法移动机器人路径规划的方法主要包括全局路径规划和局部路径规划两种。
全局路径规划是在已知环境中为机器人规划出一条从起点到终点的全局最优路径。
而局部路径规划则是在机器人实际运行过程中，根据实时感知的环境信息，对局部区域进行路径规划，以应对突发情况。
三、常见的移动机器人路径规划算法1. 传统算法传统的路径规划算法包括基于图论的算法、基于采样的算法等。
基于图论的算法将环境抽象为图，通过搜索图中的路径来寻找机器人的运动轨迹。
基于采样的算法则是在搜索过程中不断采样新的点来扩展搜索范围，如随机路标图（PRM）和快速探索随机树（RRT）等。
2. 智能算法随着人工智能技术的发展，越来越多的智能算法被应用于移动机器人路径规划领域。
如神经网络、遗传算法、蚁群算法等。
这些算法能够根据环境信息和任务需求，自主地寻找最优路径，具有较高的自适应性和鲁棒性。
四、近年来的研究成果近年来，移动机器人路径规划算法在研究方面取得了诸多进展。
一方面，传统的算法在面对复杂环境时，仍然存在着一定的局限性。
为了解决这些问题，研究者们对传统算法进行了改进和优化，提高了其适应性和性能。
另一方面，智能算法在移动机器人路径规划领域的应用也越来越广泛，取得了显著的成果。
扫地机器人是怎么进行路径规划的
扫地机器人是怎么进行路径规划的？
路径规划技术是扫地机器人研究的核心内容之一，扫地机器人定位与环境地图构建就是为路径规划服务的。
所谓机器人路径规划技术，就是扫地机器人根据自身传感器对环境的感知，自行规划出一条安全的运行路线，同时高效完成作业任务。
继此前扫地机器人被贴上盲扫乱跑的‘玩具化’标签，研究扫地机器人的企业探索了一条能够智能导航、路径规划行走的方向。
拿ILIFE这个扫地机器人品牌来说，其T4导航扫地机器人就是能够进行路径规划、智能弓字行走的一个典型代表。
建立地图进行定位。
ILIFE这款全新导航扫地机器人配合陀螺仪技术智能感知家庭环境，在其“脑海里”形成一张完整的家居清洁规划图，精准定位，智能弥补，高效清洁。
可以说ILIFE在扫地机器人领域，大胆创新的运用了陀螺仪智能导航系统，为大家打造出一个高度智能的家庭清洁小助手。
搭配算法更智能。
ILIFE这款全新智能导航扫地机器人特有网格智能算法，配合陀螺仪技术智能感知家庭环境，在其“脑海里”形成一张完整的家居清洁规划图。
不仅能够灵敏感应方向、速度及坡度的变化，灵活调整行进方向和路线，而且自动记忆清扫路线，不走回头路，杜绝重复清扫，又尽可能节约时间，清洁效率提高100%。
弓字行走，清扫路径规划更合理。
相比之前扫地机器人清扫‘随机自由’的‘情绪化’模式，在清洁方面又像打酱油的尴尬状态，现在的扫地机器人不仅能智能导航，而且有自己独特的行走风格——弓字行走。
按横纵坐标自动将清扫空间分成正方形网格清扫区域，实现转角皆为90°的弓字行走，清扫覆盖率可达99%。
扫地机器人路径规划原理
扫地机器人路径规划原理在当今科技飞速发展的时代，扫地机器人已经成为许多家庭的得力助手。
它们能够自动在房间内穿梭，清扫地面的灰尘和杂物，让我们的家居环境更加整洁干净。
而扫地机器人能够如此智能地工作，关键就在于其先进的路径规划技术。
扫地机器人的路径规划原理，简单来说，就是要让机器人在一个特定的空间内，以最有效的方式覆盖所有需要清扫的区域，同时避免重复清扫和遗漏。
为了实现这一目标，扫地机器人通常会综合运用多种传感器和算法来感知环境，并做出相应的决策。
首先，我们来了解一下扫地机器人常用的传感器。
其中，最为常见的是碰撞传感器。
当机器人碰到家具、墙壁等障碍物时，碰撞传感器会立即感知到，并向控制系统发送信号，使机器人改变行进方向。
此外，还有距离传感器，它可以测量机器人与障碍物之间的距离，帮助机器人提前判断并避开障碍物。
另外，一些高端的扫地机器人还配备了激光雷达或视觉传感器，能够更精确地构建房间的地图，为路径规划提供更详细的信息。
有了传感器收集到的环境信息，接下来就是路径规划算法发挥作用的时候了。
一种常见的路径规划算法是随机式路径规划。
在这种模式下，扫地机器人会以随机的方向和速度移动，直到覆盖完整个区域。
这种方法简单直接，但效率相对较低，可能会出现重复清扫和遗漏的情况。
相比之下，规划式路径规划则更加智能和高效。
其中，“弓”字形路径规划是比较常见的一种。
机器人会先沿着一个方向直线前进，遇到障碍物后转向，继续以直线前进，形成类似“弓”字的清扫轨迹。
这种方式能够较为有效地覆盖大面积的区域，减少重复清扫。
另外，还有一种基于区域分割的路径规划方法。
扫地机器人会将整个清扫区域划分成若干个小区域，然后按照一定的顺序逐个进行清扫。
在每个小区域内，再采用合适的路径规划策略，如“弓”字形或螺旋形等。
为了实现更精确的路径规划，一些扫地机器人还会采用地图构建技术。
通过激光雷达或视觉传感器，机器人可以获取房间的尺寸、形状、家具布局等信息，并构建出一个虚拟的地图。
扫地机器人路径规划算法
扫地机器人路径规划算法路径规划是指在给定的环境中寻找一条最优路径，使得机器人能够从起始点到达目标点。
对于扫地机器人来说，路径规划算法的目标是避开障碍物，尽快清扫整个地面。
一种常见的扫地机器人路径规划算法是基于图的方法，其中最常用的是A*算法。
A*算法为每个节点分配一个综合评估值，该值是从起点到当前节点的实际代价和预计代价之和。
在A*算法中，首先构建一个地图网格化，将地图划分为一系列的方格，每个方格表示机器人可以到达的空间。
然后，根据地图中的障碍物信息，设置一定的代价来衡量机器人到达每个方格的复杂程度。
接下来，通过设置起始节点和目标节点，计算出每个方格的预计代价。
预计代价可以使用启发式算法来估计，例如使用曼哈顿距离或欧氏距离。
在每个节点中，维护两个重要的值：实际代价g和预计代价h。
实际代价g是从起始节点到当前节点的实际代价，预计代价h是从当前节点到目标节点的估计代价。
在过程中，A*算法选择具有最小综合评估值f的节点进行扩展。
扩展节点时，计算其周围方格的实际代价g和预计代价h，并更新综合评估值f。
然后，将扩展节点放入一个优先级队列中，按照综合评估值f的大小进行排序。
当目标节点进入优先级队列时，终止，路径被找到。
然后，通过逐步回溯从目标节点到起始节点，构建路径。
最后，将路径作为机器人的行动指令发送，使机器人按照路径规划进行移动。
除了A*算法之外，还有其他路径规划算法可以用于扫地机器人。
例如，迪杰斯特拉算法和贪婪最佳优先算法。
每种算法都有各自的优点和适用场景。
算法的选择取决于地图的大小、复杂性以及机器人的移动能力和感知能力等因素。
总之，扫地机器人的路径规划算法是基于图的方法，通过评估每个节点的实际代价和预计代价，寻找一条最短路径。
A*算法是其中一种常用的算法，通过优先级队列的方式进行节点的扩展，并逐步构建路径。
除了A*算法外，还有其他路径规划算法可以用于扫地机器人，应根据实际情况选择最合适的算法。
室内清洁机器人路径规划的设计.
的标准偏差与最大峰谷值减少达到50%以上, 跟踪精度有了大幅提高.表3 抑振前后柔性臂跟踪误差值统计项目末端无负载末端带55g 负载标准偏差最大峰谷值标准偏差最大峰谷值抑振前关节误差0. 12110. 8230. 20011. 254抑振后关节误差0. 07230. 2910. 08440. 574减少百分比40. 28%64. 64%57. 82%54. 23%3 结束语运用模糊控制方法, 通过实验实现了2R 柔性机械臂关节跟踪和跟踪过程中振动的主动抑制. 与传统控制方法相比, 该方法不依赖柔性机械臂的动力学模型, 算法简单, 实时性好. 对于非线性、复杂对象的控制具有响应快、有效性好等优点. 实验数据表明, 在整个实验过程中模糊控制能够较大幅度地减小振动, 达到较好的抑振效果; 同时跟踪精度提高, 跟踪效果有了大幅度提高. 参考文献:[1] Book W J, M aizza -Nett o O , Whitney D E. F eedbackco nt ro l of tw o beams, tw o jo ints sy stem w ith distr ibu -ted flexibilit y, ASM E [J]. D yn. Sys. M eas. and Cont, 1975, 97(4 :424-431.[2] Craw ley E F , De Luis J. U se o f piezoelectr ic actuator sas element s of intelligent str uctures [J ].A IA A Jour -nal, 1987, 25(10 :1373-1385.[3] H o -Cheol Shin, Seung -Bok Cho i. P osition co ntr ol of atw o -link flex ible manipulato r featuring piezoelectr ic ac -tuator s and sensors[J]. M echatro nics, 2001, (1 :707-729.[4] Gustav o L uiz C M de Abr eu, Jo s F Ribeiro. 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We study the behaviors of the cov erag e of the env iron -ment and present ro bo t maps by the grids m ethod, U sing the dig ital map of the room, cleaning robot can avoid all the stum bling block in fro nt of it inde -pendently , and clean the mo st area in r oom w ithleast repeat. The simulatio n result can pro ve this path planning for the flo or -cleaning ro bot is feas-i ble.Key words:cleaning robot; path planning; dig -ital m ap0 引言提出基于栅格地图表示室内环境, 使机器人能够按照地图数据对整个房间进行逐点清洁, 路径规划[1]方案为:建立数字地图之前, 机器人首先绕房间边沿行走一周, 确定房间大小, 建立整个房间的坐标系. 在清洁过程中机器人先从房间左下角开始按 S" 型逐行清扫, 遇到障碍时绕障碍行走一周, 并标注障碍物的位置, 绕过障碍继续行走, 直到走完整个房间. 在地图模型中, 机器人需要标记出不能行走的区域, 为每个栅格点建立地图数据. 另外, 机器人需要记录基座的位置, 以便能够自动回到基座停泊.1 清洁机器人的结构地面清洁机器人由机器人、基座和遥控器3大部分组成. 它的主体是一个2轮驱动的机器人, 采用小型直流减速电机驱动, 外表设计成圆形, 带有吸尘装置, 可以在移动的同时清洁所经过的地面, 其避障功能由安装在机器人正前方和左右侧的红外测距传感器和碰撞传感器完成. 机器人有一个固定的基座(又称作泊位器 , 它与墙壁上的电源插座相连, 机器人在充电或待命时停靠在基座上, 也可以使用红外遥控对机器人进行手动控制.该清洁机器人是一个以单片机为核心的运动控制系统. 单片机是系统的主控单元, 它以传感器检测到的信号和红外遥控器发送的信号作为系统的输入, 控制电机和风机的运转. 单片机接收到传感器检测的信号后, 经过指令处理控制电机的转动, 实现机器人的自动行走. 同时, 它也可以接收遥控器发送的信息, 根据人的指令控制电机转动. 在整个工作过程中, 单片机还要控制风机的运转, 以完成吸尘功能.在系统的功能设计上, 一方面机器人可以与用户进行交互; 另一方面, 机器人可以全自动运行. 系统软件的总体结构如图1所示.图1 软件总体结构2 地图数据存储器的设计系统选用SPCE061A 作为主控单元, 由于存储地图数据需要较大的存储空间, 因此利用SPBA01B 外扩8片W29C040, 共扩展4M B 存储器. 每片W29C040需要19条地址线, 以A 0~A 14作为其低15位, 以B 0~B 3作为其高4位. B 4~B 63条线经3-8译码器74LS138译码, 得到8位输出分别作为8片W29C040的片选信号.在数字地图的设计中, 取栅格地图的单位长度为5cm, 机器人前进或后退的单位距离也为5cm, 房间内每个栅格点的信息都存储在外扩的8片W29C040中, 各点信息分别用0, 1, 2, 3表示, 其定义为: 0" 表示该点信息未知或可以通行; 1" 表示该点及其右方不能通行; 2" 表示该点及其左方不能通行; 3" 表示该点不能通行. 系统初始化时所有点都被赋值为0.外扩的4MB 存储器的地址空间是0x 000000~0x 3FFFFF, 共22条地址线. 取高11位地址对应系统的横坐标, 低11位地址对应纵坐标. 例如, 对于坐标为(5, 8 的点, 该点的信息就存储在地址0000000010100000001000中, 即地址0x002808中. 由于11条地址线最多可以支持2048个地址, 所以横、纵坐标的范围是0~2047, 系统的坐标单位是5cm , 则横、纵坐标都可以支持100m 的长度. 因此只要房间的最长距离和最宽距离都不超过100m, 房间内所有栅格点的地图信息就都可以被记录. 所以可以为机器人建立的最大地图模型为100m 100m , 即10000m 2的房间.3 路径规划的设计在建立数字地图的过程中, 清洁机器人需要识别每个栅格点的位置, 以便存储其地图信息, 因为清洁机器人主要清洁房间内的地面, 因此可以将房间环境地图表示为二维模型.清洁机器人的运动姿态包括当前所在的坐标以及运动方向, 可以用三维数组表示, sta[x, y , d ir ].其中x 和y 分别表示机器人当前的横坐标和纵坐标, 变量dir 代表机器人的运动方向, 它取值为0, 1, 2, 3, 分别表示机器人转向Y 轴正方向、X 轴正方向、Y 轴负方向和X 轴负方向, 机器人每次左转, dir 减1, 当d ir =0时, 减1之后等于-1, 此时应重新赋值为3; 机器人每次右转, dir 加1, 当d ir =3时, 加1之后等于4, 此时应重新赋值为0.系统中地图模型的建立包括3个步骤:清洁机器人绕房间边沿行走一周, 确定房间大小并建立房间内的坐标系; 绕房间或任何障碍物行走一周并标记障碍物位置;返回基座. 3. 1 建立房间的坐标系首先把清洁机器人的基座位置定义为临时坐标原点, 在建立房间的地图模型之前, 首先绕房间边沿行走一周, 确定房间大小并据此建立正确的坐标系. 定义变量X max ,X min , Y max ,Y min 分别记录房间X 轴的最大、最小值和Y 轴的最大、最小值. 在机器人第1次绕房间一周时, 这4个变量不断更新, 最终记录房间的正确信息.当机器人第1次从基座出发时, 由于还没有确定房间的大小和坐标原点的位置, 因此在系统初始化时把基座赋值为原点, 同时将变量X max , X min , Y max ,Y min 初始化为0. 在第1次绕房间一周的过程中, 当机器人当前位置的横坐标x 大于X max 时, 更新X max , 令X max =x ; 而机器人当前位置的横坐标x 小于X min 时, 更新X min , 令X min =x. 同样当机器人当前位置的纵坐标y 大于Y max 或小于Y min 时, 也对它们进行更新.机器人从基座开始, 按顺时针沿房间边缘行走, 行走策略为:从基座位置先判断左侧是否可通行, 若可以则左转并前进; 否则判断前方可否通行, 若可以则前进; 若左侧和前方均不能通行, 则右转前进, 当再次回到基座时, 机器人已绕房间最外侧运动了一周. 在机器人前进过程中, 不断更新数组(X min , Y min 和(Xmax,Y max . 在沿房间最外侧行走一周之后, 计算房间的长度和宽度, 存储在变量X len 和Y len 中, 将以基座为原点的临时坐标系校正为正确的坐标系.3. 2 避障路径规划的设计通过对房间物体的观察, 可以看出大部分的房间物体都是方形的, 或者类似方形. 系统假设房间内的障碍物都是方形结构或者方形的组合, 机器人按S 型的轨迹从原点开始清扫地面, 当遇到障碍物时沿障碍物行走一周, 然后刷新地图模型, 标记出最新的障碍物区域.当机器人在房间内遇到障碍物时, 先记录该点的坐标, 然后每行走一步都执行一次判断:判断左侧是否可通行, 若可以就左转并前进; 否则判断前方是否可通行, 若可以则前进; 若左侧和前方都不能通行, 则右转. 当左转4次或者右转4次, 回到记录的坐标点时, 机器人已经围绕障碍行走了一周.当机器人判断左侧不能通行时, 需要根据当前运动方向标记障碍. 沿Y 轴正方向运动时, 将点(x -1,y 标记为 2", 表示该点及其左侧是障碍; 沿Y 轴负方向运动时, 将点(x+1,y 标记为 1" , 表示该点及其右侧是障碍, 障碍物标注如图2所示.图2 障碍标记示意当机器人清扫完整个房间后, 刷新地图信息. 从左下角的(x , y =(0, 0 点到右上角的(x , y =(Xlen,Y len 点以 S" 型逐行刷新地图, 标记出障碍物的坐标位置. 房间内的障碍物的摆放主要有3种方式, 对A 类障碍物将房间最左边与首个标记为 2" 的点之间的所有点标记为障碍; 对C 类障碍物将最后一个标记为 1" 的点与房间最右边之间的所有点标记为障碍; 对B 类障碍物将每对标记为1" 的点与标记为 2" 的点之间的所有点标记为障碍, 被标记为障碍的点用 3" 来标识.3. 3 路径规划的方法清洁机器人的路径规划是根据所感知到的工作环境信息, 按照某种优化指标, 从起始点到目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径, 并实现封闭区域内机器人行走路径对工作区域的最大覆盖率和最小重复率[2]. 本系统基于静态结构化环境模型, 在障碍物的信息预先确定后, 采用 S" 型的路径规划的算法, 如图3所示.由于在系统的路径设计上, 清洁机器人先按照Y 坐标轴的方向行走, 再转向X 轴方向. 因此当房间中存在某些特殊形状的障碍物时, 由于机器人轨图3 S" 型路径规划示意迹设计的特点会存在某些不可到达的位置, 使这些位置成为清扫过程中的盲区, 如图4所示. 但是通过观察房间内的障碍物可以看出, 这类特殊形状的障碍物较少, 因此并不影响路径规划的可行性.图4 轨迹设计中的盲区示意3. 4 回到基座的设计在完成清洁任务或检测到电池电量低时, 机器人要自动返回基座, 由于在房间的地图模型中已经记录了基座的坐标, 返回基座的任务变得比较简单. 需要注意的是, 由于电源接口在后部, 机器人不应前进着进入基座, 而应该倒退着进入, 这样才能使电源接口与电源插座良好接触, 达到充电的目的.机器人返回基座时要先到达基座上方位置, 再调整方向为Y 轴正方向(dir =0. 如果当前方向是X 轴负方向(d ir =3, 就右转一次; 否则左转dir 次, 最后退入基座.4 测试结果利用Visual Basic6. 0编程软件设计了仿真程序, 进行了系统路径规划的仿真测试, 将机器人置于如图5所示的房间中箭头所指位置, 按下启动键, 机器人便开始了自动清洁, 它首先从基座开始, 绕房间边缘行走了一周, 然后从左下角开始以 S " 型的轨迹清扫地面. 遇到障碍时, 绕障碍一周后, 绕开障碍继续清洁, 清洁完房间后, 即到达房间右上角后, 自动回到了基座, 对图示房间的覆盖率为97. 4%.因为图示房间内的部分障碍物形状比较特殊, 因此测试结果可以表明, 本路径规划的设计方案基本能够满足清洁机器人工作的需要.图5 测试房间结构5 结束语路径规划技术是智能机器人领域中的核心问题之一. 蒋新松[3]为路径规划做出了这样的定义:路径规划是自治式移动机器人的一个重要组成部分, 它的任务就是在具有障碍物的环境内, 按照一定的评价标准, 寻找一条从起始状态(包括位置和姿态到达目标状态(位置和姿态的无碰路径.采用栅格法建立环境地图模型, 能够任意改变工作环境尺寸的大小, 并能够在地图中的任意位置设置任意形状的障碍物, 为运动路径规划提供有力条件[4-6]. 机器人在建立了房间的地图模型后, 能按照地图数据实现清扫过程中的自主避障, 以期望对工作区域实现最大覆盖率和最小重复率. 参考文献:[1] 石为人, 周学益. 室内清洁机器人避障路径规划研究[J].计算机应用, 2007, 27(6 :378-379.[2] H ofnerR C, Schmidt G. 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扫地机器人导航和路径规划技术
扫地机器人导航和路径规划技术扫地机器人是近年来迅速发展的一种家庭智能设备。
它具备自主清扫、导航和路径规划能力，能够有效地清扫地面，为人们的生活带来很大的便利。
本文将从机器人导航和路径规划的原理、技术和应用等方面进行详细介绍。
机器人导航是指扫地机器人在环境中自主定位并规划移动路径的能力。
为了实现高效的导航，扫地机器人通常会搭载各种传感器，如激光传感器、红外传感器、视觉传感器等。
这些传感器可以帮助机器人感知周围环境，获取地面地图以及避免障碍物。
首先，机器人导航通常采用地图构建算法。
在机器人启动时，它会利用传感器扫描环境，并将数据转化为地图。
这个地图可以是二维或三维的，可以表示室内空间的布局、墙壁、家具等信息。
地图构建算法会对传感器数据进行滤波、配准和特征提取等处理，最终生成完整的地图。
接下来是定位算法，它是机器人导航中的核心部分。
定位算法的目标是通过利用地图和传感器数据，准确估计机器人在环境中的位置。
现如今，最常用的定位算法是激光雷达（Lidar）SLAM （Simultaneous Localization and Mapping）算法。
该算法通过不断与地图匹配，估计机器人的位置，并实时更新地图。
此外，还有其他的定位算法，如视觉SLAM、惯性导航等。
导航算法是机器人决策路径的关键。
一旦机器人在环境中定位完成，它就需要规划一条有效的路径从起点到目的地。
导航算法根据地图和目标位置，通过搜索、优化或规划算法生成路径。
常见的导航算法有A*算法、Dijkstra算法和动态规划等。
除了机器人导航，路径规划也是扫地机器人的重要技术。
路径规划是指机器人在具体环境中选择路径以满足特定需求的过程。
在路径规划中，机器人通常需要避开障碍物、考虑绕过狭窄道路或旋转机械臂等特殊情况。
路径规划算法的目标是找到最优路径或次优路径，并确保机器人能够在给定的约束条件下顺利到达目的地。
路径规划算法可以分为全局路径规划和局部路径规划。
全局路径规划是在给定环境地图的情况下，从起点到目的地规划一条完整的路径。
扫地机器人的智能路径规划
扫地机器人的智能路径规划扫地机器人作为一种智能家居设备，为我们的日常清洁提供了极大的便利。
然而，要让扫地机器人能够高效地完成清扫任务，关键在于其智能路径规划能力。
本文将探讨扫地机器人的智能路径规划的原理和方法。
一、基于传感器的路径感知扫地机器人通常配备了多种传感器，例如红外线传感器、超声波传感器和视觉传感器等，用于感知周围环境。
这些传感器能够检测到墙壁、家具等障碍物，并将获取的信息传输给扫地机器人的智能控制系统。
二、随机路径规划法随机路径规划法是较简单的一种方法，即扫地机器人在清扫过程中随机选择移动方向，直到遇到障碍物才改变方向。
这种方法简单易行，但效率较低，容易重复清扫某些区域，造成能源和时间的浪费。
三、规则路径规划法规则路径规划法通过预先设定的规则来指导扫地机器人的移动路径。
例如，可以设置优先清扫靠墙的区域或避开家具等。
这种方法能够提高清扫效率，减少重复清扫的情况。
四、基于地图的路径规划法基于地图的路径规划法是目前较为先进和常用的方法。
扫地机器人利用激光雷达等传感器获取房间的布局信息，并生成一个虚拟的地图模型。
然后，通过算法对地图进行分析和处理，确定最佳的路径规划策略。
常用的算法包括Dijkstra算法、A*算法和蚁群算法等。
五、智能学习路径规划法智能学习路径规划法是一种基于机器学习的方法。
扫地机器人通过不断地与环境互动和学习，逐渐建立起对清扫任务的理解和规划能力。
利用强化学习算法，机器人能够根据不同清扫结果获得奖励或惩罚，从而调整和优化自身的路径规划策略。
六、多机器人协作路径规划随着智能家居的发展，多机器人协作清扫成为可能。
多台扫地机器人可以通过通信和协调，共同完成清扫任务。
多机器人协作路径规划需要考虑各个机器人的位置和状态，以及任务的分配和协同。
七、发展前景和挑战扫地机器人的智能路径规划技术在不断发展和创新中，其前景非常广阔。
随着人工智能和机器学习的不断进步，扫地机器人将能够更加智能地理解和适应不同环境，提高清扫效率和质量。
扫地机器人路径规划算法研究
扫地机器人路径规划算法研究扫地机器人作为一种智能家居设备，已经越来越受到人们的关注和青睐。
它可以自主清扫地面，减轻人们的家务负担，提高生活质量。
而扫地机器人在执行清扫任务时需要遵循一定的路径规划算法，以提高清扫效率和覆盖率。
本文将就扫地机器人路径规划算法进行深入研究，探讨其原理及应用。
路径规划是指给定起点和终点，找到一条遍历所有目标点的最优路径。
针对扫地机器人的路径规划，主要涉及两个方面：全局路径规划和局部路径规划。
全局路径规划主要是在机器人启动之前完成的，它需要从起点到终点遍历所有需要清扫的区域。
其中，最基础的全局路径规划算法是图搜索算法，如深度优先搜索和广度优先搜索。
这些算法可以有效地遍历整个地图，但由于没有考虑到障碍物的存在，其生成的路径效率并不高。
因此，近年来，一些启发式搜索算法被广泛应用于扫地机器人中，例如A*算法和D*算法。
这些启发式搜索算法通过引入启发函数，可以根据目标点和障碍物的位置进行路径评估，从而生成更加高效和准确的路径。
局部路径规划是针对扫地机器人在清扫过程中遇到障碍物和未知区域的情况，需要进行避障和规避的路径规划。
常见的局部路径规划算法有基于光流的方法、边界跟踪方法和势场法等。
基于光流的方法主要是利用机器视觉中的光流技术，从图像中提取运动信息，从而进行路径规划和避障。
边界跟踪方法是根据地图中的边界信息和机器人周围的传感器数据，通过沿着边界线行走的方式进行路径规划。
而势场法是将机器人和障碍物看作点电荷，利用电荷之间的相互作用力来进行路径规划。
以上方法各有优劣，需要根据具体情况选取适合的局部路径规划算法。
当全局路径规划和局部路径规划结合起来时，就可以实现扫地机器人的整体路径规划。
在实际应用中，还需要考虑到一些其他因素，如动态环境、限制条件和实时性等。
动态环境指的是随着时间的推移，障碍物的位置和形状可能会发生变化，因此需要实时监测环境的变化并根据变化调整路径规划。
限制条件涉及到机器人自身的运动能力和工作时间等方面，需要在规划路径时考虑到这些条件。
家用清洁机器人路径探测和路径规划的研究的开题报告
家用清洁机器人路径探测和路径规划的研究的开题报告一、研究背景家用自动清洁机器人是一种智能家居清洁设备，能够代替人工进行地面、地毯清洁等工作，节省家务时间。
然而，这些机器人在进行清理时，需要对室内空间进行定位、路径规划等操作，目前市面上的机器人数量众多，但在路径探测和规划等方面存在许多问题，如在复杂环境中难以找到合适的路径，或者路径规划不够高效等。
因此，为了提高家用机器人的清洁效率和精确性，有必要对其路径探测和规划进行研究。
二、研究内容1.路径探测的研究针对目前市场上的家用清洁机器人存在的路径探测问题，本研究将通过对现有的路径探测方法进行整理和总结，分析其利弊，以及目前研究面临的问题和限制。
同时，结合机器人的传感器、定位设备等硬件设置，设计一种适用于家用清洁机器人的路径探测算法。
2.路径规划的研究在路径探测的基础上，本研究将着重研究机器人路径规划的问题。
我们将整理和总结目前市场上的路径规划算法，并分析其优缺点及适用性。
我们将设计一种新的路径规划算法，以提高家用清洁机器人工作效率和精确度。
3.实验验证最后，我们将利用实验对新设计的路径探测和规划算法进行验证。
我们将通过模拟不同的环境，采集机器人行进时与环境产生的数据，分析新算法相较之前的算法的优越性，并对其进行改善和优化。
三、研究意义1.提高家用清洁机器人的效率和精确度随着人们生活水平的提升，越来越多的家庭需要机器人进行清洁。
通过使用本研究中设计的新算法，可以更好地规划机器人的移动路径和清洁计划，最大程度地提高其效率和精确度，使机器人更好地服务于人类。
2.促进智能家居技术的发展随着科技的不断进步，智能家居设备将会变得越来越普及，人们对智能家居设备的需求也将越来越高。
本研究将为智能家居技术的不断发展提供有力的支持。
四、研究方法本研究将采用文献调研和实验研究相结合的方法，首先对市场当前的自动清洁机器人产品和相关算法进行调研，然后根据市场调研结果，设计和开发新的路径探测和规划算法。
面向扫地机器人的路径规划系统设计与实现
2023-10-28contents •引言•扫地机器人路径规划系统概述•扫地机器人路径规划算法设计•扫地机器人路径规划系统实现•扫地机器人路径规划系统优化•结论与展望目录01引言随着科技的发展，家庭服务机器人成为现代家庭中越来越重要的角色。
扫地机器人作为家庭服务机器人的一种，能够自动化地完成家庭地面清洁工作，受到广泛关注。
然而，扫地机器人在清洁过程中需要合理规划清扫路径，以高效地完成清洁任务。
当前，许多扫地机器人存在路径规划不科学、清扫效率不高的问题。
因此，研究面向扫地机器人的路径规划系统具有重要的现实意义。
背景通过设计一个高效、科学的路径规划系统，扫地机器人能够更好地适应复杂环境，提高清洁效率，减少漏扫和重复清扫的情况。
这不仅能够提高家庭清洁的效率和质量，还能够节省时间和人力成本。
此外，对于家庭服务机器人的进一步发展和应用，路径规划系统的研究也具有重要的理论价值。
意义研究背景与意义研究现状与发展现状目前，针对扫地机器人的路径规划研究已经取得了一定的成果。
研究者们提出了多种不同的路径规划方法，如基于几何的路径规划、基于人工势场的路径规划、基于网格的路径规划等。
然而，现有的路径规划方法仍存在一些问题，如无法适应复杂环境、规划效率不高、容易出现局部最优解等。
发展随着人工智能技术的不断发展，深度学习、强化学习等技术在路径规划领域的应用逐渐成为研究热点。
这些方法能够自动学习和优化路径规划策略，具有一定的自适应性和鲁棒性。
未来，结合深度学习和强化学习技术的扫地机器人路径规划方法将成为研究的重要方向。
研究内容本研究旨在设计一个面向扫地机器人的高效、科学的路径规划系统。
具体研究内容包括：1) 分析扫地机器人工作环境和任务需求；2) 设计一个能够适应复杂环境的路径规划算法；3) 实现一个能够实时更新和优化路径规划策略的系统；4) 实验验证所设计系统的有效性和优越性。
研究方法本研究采用理论分析和实验验证相结合的方法进行。
路径规划技术在智能家居清扫中的应用
路径规划技术在智能家居清扫中的应用路径规划技术在智能家居清扫中的应用是现代智能家居技术中的一个重要组成部分。
随着科技的不断进步，智能家居系统逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分，而智能清扫机器人作为智能家居系统中的一员，其路径规划技术的发展和应用显得尤为重要。
本文将探讨路径规划技术在智能家居清扫中的应用，分析其重要性、挑战以及实现途径。
一、路径规划技术概述路径规划技术是指在给定的环境下，为移动机器人规划出一条从起点到终点的最优路径。
在智能家居清扫领域，路径规划技术的应用主要体现在智能清扫机器人上，它能够使机器人在家庭环境中高效、智能地完成清扫任务。
智能清扫机器人通过路径规划技术，可以自主地避开障碍物，规划出最优的清扫路线，从而提高清扫效率和覆盖率。
1.1 路径规划技术的核心特性路径规划技术的核心特性主要包括以下几个方面：高效性、智能性、适应性。
高效性是指路径规划技术能够使机器人以最短的时间完成清扫任务；智能性是指机器人能够自主识别环境变化，动态调整清扫路线；适应性是指机器人能够适应不同家庭环境的清扫需求。
1.2 路径规划技术的应用场景路径规划技术在智能家居清扫中的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 家庭环境清扫：智能清扫机器人可以在家庭环境中自动规划清扫路线，完成地面的清洁工作。
- 定时清扫：用户可以设置定时任务，机器人在指定时间自动开始清扫，无需人工干预。
- 区域清扫：用户可以指定特定区域进行清扫，机器人会根据指令规划出最优的清扫路径。
- 多层清扫：对于多层住宅，机器人可以记忆每层的清扫路线，实现多层清扫。
二、路径规划技术的实现路径规划技术的实现是智能家居清扫机器人智能性的关键。
它涉及到环境感知、路径规划算法、执行控制等多个环节。
2.1 环境感知技术环境感知技术是路径规划技术的基础，它包括激光雷达、摄像头、红外传感器等多种传感器技术。
通过这些传感器，机器人可以实时获取家庭环境的信息，包括障碍物的位置、房间的布局等。
智能清洁机器人中的路径规划算法选择研究
智能清洁机器人中的路径规划算法选择研究智能清洁机器人是一种能够自主清洁房间、保持环境清洁的创新科技产品。
机器人通过感知周围环境，利用内置的路径规划算法选择最优路径，从而高效地完成清洁任务。
本文将就智能清洁机器人中的路径规划算法选择进行研究和分析。
一、智能清洁机器人中的路径规划算法简介路径规划算法是智能清洁机器人完成清洁任务的关键。
目前常用的路径规划算法包括最短路径算法、遗传算法、Q学习算法和A*算法等。
1. 最短路径算法：最短路径算法是一种找出两点之间最短路径的方法。
其中，最著名的算法是迪杰斯特拉算法和弗洛伊德算法。
最短路径算法适用于在环境变化较少的情况下进行路径规划，但在复杂环境下计算复杂度较高。
2. 遗传算法：遗传算法是基于生物进化原理的一种优化算法。
它通过模拟基因进化的过程，通过选择、交叉和变异等操作来寻找问题的最优解。
遗传算法适用于复杂环境下的路径规划问题，但需要消耗大量的计算资源。
3. Q学习算法：Q学习算法是一种基于强化学习的路径规划算法。
机器人通过与环境的交互来学习到一套最佳策略，以实现最优路径的选择。
Q学习算法具有较强的实时性和适应性，但需要较长的学习时间。
4. A*算法：A*算法是一种启发式搜索算法，它综合考虑了最短路径和估计剩余路径的代价，以选择最优路径。
A*算法在计算效率和路径优化方面具有优势，因此广泛应用于路径规划领域。
二、智能清洁机器人中路径规划算法的选择研究在智能清洁机器人中，路径规划算法的选择直接影响机器人的清洁效率和性能。
下面将从环境复杂度、实时性要求和计算资源等方面进行研究。
1. 环境复杂度：智能清洁机器人通常用于清洁居室环境，环境的复杂程度不同会对路径规划算法的选择产生影响。
在简单的环境下，最短路径算法能够快速求得最优解，适用性较强。
而在复杂环境下，A*算法和遗传算法等启发式搜索算法能够更好地应对，找到更优的路径。
2. 实时性要求：智能清洁机器人通常需要实时地感知环境并进行路径规划。
利用深度学习优化扫地机器人的路径规划
利用深度学习优化扫地机器人的路径规划深度学习（Deep Learning）已经在众多领域展现出卓越的性能，包括图像处理、语音识别、自然语言处理等。
而在智能机器人领域，利用深度学习技术进行路径规划也逐渐成为了研究热点。
本文将探讨如何利用深度学习优化扫地机器人的路径规划。
一、背景随着人们生活水平的提高，清洁需求也不断增加。
扫地机器人因其自动化、高效率和节约人工成本等优势，成为了现代家庭和办公环境的首选清洁工具。
然而，传统的扫地机器人路径规划方法存在的问题是无法充分考虑环境的复杂性和多样性，导致机器人清洁效果不理想。
二、传统路径规划方法传统的路径规划方法主要包括基于图搜索的方法、基于模型的方法以及强化学习方法等。
其中，基于图搜索的方法主要是通过建立环境模型，利用搜索算法（如A*算法）寻找最佳路径。
这种方法能够保证找到全局最优解，但在处理复杂环境时容易陷入维度灾难，计算复杂度较高。
基于模型的方法则是通过构建环境模型，利用数学模型进行路径规划。
这种方法对环境要求较高，需要事先准确建模，且对模型的误差较为敏感。
同时，这种方法在资源利用上也不够高效。
强化学习方法是一种通过机器学习与控制论的结合来训练机器人进行路径规划的方法。
然而，这种方法往往需要大量的样本数据和训练时间，且容易陷入局部最优解。
传统的路径规划方法在一定程度上无法解决扫地机器人路径规划的复杂性与多样性。
三、深度学习优化路径规划深度学习技术的发展为路径规划提供了新的解决思路。
利用深度学习算法，可以直接从数据中进行特征学习和决策判断，无需依赖手工标定的环境模型。
在扫地机器人路径规划中，可以将环境信息和机器人动作作为输入，利用卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）进行特征提取和判断。
通过训练大量的样本数据，机器人可以学习到环境的复杂特征，进而生成更加有效的路径规划策略。
此外，还可以结合强化学习的思想，将路径规划问题转化为马尔可夫决策过程。
扫地机器人路径规划与避障技术优化研究
扫地机器人路径规划与避障技术优化研究扫地机器人是一种新型智能家居电器，其智能化程度的高低直接影响着其工作效率和适应性。
路径规划与避障技术是扫地机器人的核心功能之一，对其性能和实用性具有重要意义。
本文将研究扫地机器人路径规划与避障技术的优化方法。
首先，路径规划是扫地机器人能否高效完成清洁任务的关键。
通过合理规划机器人的清扫路径，可以最大程度地减少扫地机器人的能耗和清扫时间。
目前，路径规划主要分为离线规划和在线规划两种方法。
离线规划是在扫地机器人开始工作前预先规划好清扫路径，效率较高且耗能少。
在线规划则是边清扫边规划路径，适用于动态环境下的清扫任务。
综合考虑成本和效果，我们可以将离线规划与在线规划相结合，实现路径规划的最优化。
其次，避障技术是确保扫地机器人能够安全、顺畅地绕过障碍物的重要保证。
目前常用的避障技术主要包括机械式、红外线、超声波和激光雷达等。
机械式避障技术利用碰撞传感器检测障碍物，但其受限于传感器布置和灵敏度，容易出现漏检情况。
红外线避障技术利用红外线传感器探测障碍物，但由于红外线传感器的限制，其工作距离和精度存在一定的局限性。
超声波避障技术基于超声波传感器的测距原理，可以实现较长距离的障碍物检测，但在复杂环境下容易受到干扰。
激光雷达避障技术可以实现全方位的障碍物探测和距离测量，具有较高的精度和可靠性，但成本较高。
因此，针对不同的应用场景，可以综合运用不同的避障技术，提高扫地机器人避障的准确性和稳定性。
除了传统的路径规划和避障技术，还有一些新的方法和算法值得研究和应用。
例如，基于图搜索算法的路径规划方法（如Dijkstra算法、A*算法）可以在保证最优路径的同时，考虑更多的实时信息和环境约束因素，提高扫地机器人的路径规划效果。
深度学习技术（如卷积神经网络）的应用可以进一步提高扫地机器人的障碍物检测和识别能力，实现更精准的避障。
同时，增强学习算法的引入可以使扫地机器人能够通过不断的探索和学习，更好地应对复杂多变的环境和障碍物。
电动扫地机的清洁路径规划与避障策略分析
电动扫地机的清洁路径规划与避障策略分析随着科技的不断进步，电动扫地机的普及已经成为现代家庭清洁的常态。
电动扫地机通过自动清扫地面的功能，给人们的生活带来了极大的便利。
然而，要想让电动扫地机能够高效地清理地面，合理的清洁路径规划和有效的避障策略是至关重要的。
一、清洁路径规划电动扫地机的清洁路径规划涉及到如何高效地覆盖整个清扫区域，以及如何避免重复清扫和漏扫。
目前市面上的电动扫地机主要采用的路径规划方式有随机清扫、边沿清扫和规划清扫。
1. 随机清扫随机清扫是电动扫地机最简单的路径规划方式之一。
它通过随机的方向和路径来移动，直到覆盖整个清扫区域。
这种方式虽然简单，但效率较低，可能存在重复清扫和漏扫的情况。
2. 边沿清扫边沿清扫是指电动扫地机沿着清扫区域的边缘进行移动，通过沿边清扫的方式来清理尽可能多的区域。
这种方式可以有效避免重复清扫，但对于区域内的细小垃圾可能无法清理干净。
3. 规划清扫规划清扫是目前较为智能的路径规划方式。
它通常采用激光、红外线或视觉感知技术来感知清扫区域的布局，并根据布局信息规划最优路径进行清扫。
规划清扫能够高效地覆盖整个清扫区域，避免重复清扫和漏扫的情况，并能够清理细小垃圾。
二、避障策略电动扫地机的避障策略是保证其在清洁过程中不发生碰撞和意外的重要因素。
目前市面上的电动扫地机主要采用的避障策略有碰撞传感器、红外线感应和摄像头感应。
1. 碰撞传感器碰撞传感器是电动扫地机上常见的避障装置之一。
当扫地机的碰撞传感器检测到前方有障碍物时，它会立即停止或改变方向来避免碰撞。
碰撞传感器通常采用机械触碰或超声波检测的方式，能够在一定程度上保证扫地机的安全。
2. 红外线感应红外线感应是电动扫地机常用的避障技术之一。
通过在扫地机和障碍物之间设置红外线传感器，当红外线被障碍物阻挡时，扫地机会及时作出反应，避免碰撞。
红外线感应技术可以较精确地检测到障碍物的位置和距离。
3. 摄像头感应随着视觉感知技术的发展，越来越多的电动扫地机开始采用摄像头感应来进行避障。
改进的清洁机器人全覆盖路径规划算法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于故障树分析 法的电喷轿车喷油器 电路故障诊断
文／ 陈成 春
技术的故障诊断的难度大大提高，严重地影响
硬件故障、软件故障、环境 因素 、人为 因素等 。
现 在 的 电喷轿 车喷 油 器控制 基本上采用 了电脑 自动控 制方式， 喷油 器故障在汽车维修生产过程 中 也是经常遇到的故障现象，如何提 高轿车喷油器 电 路 的诊 断效率 ，缩 短诊断时间成为国内许 多诊 断专 家 的研究重点。本文以电喷轿车喷油 器不工作电路 故障为例 ，利用故障 树分析 法 （ Ｆ Ｔ Ａ法 ），并 尝试在故 障树 理论分析基础上 ，进行条件规 则判 断，设计故障树 ，并绘制诊断 流程 图，实现诊断效率和维修效率 的提 高， 增加经济效益和社会效益， 给 维修企业 的生产技术员提 供借鉴
该和清扫 区域 的障碍物所在位置和机器人初始 位置有一定关系 ，综合来说 ，最优 区域 随机选 择算法具有平均清扫重复度最低 的优势 ，而对 于个别特别 区域 ，可能采用其他两种 固定优先 方 向的 准 则 会 更 好 。
５ 结 论
本文 主要 研究清 洁机 器人 在 己获取环 境 地 图的情况下如何规划其全覆盖的清扫路径 问 题。首先将环境地图栅格化表示，将障碍物 区 域标记 为 １ ０ ０ ，未清 扫区域标 记为 Ｏ ，为 了达 到在尽量短的时间 内将整个房间清扫干净，也 就是在尽 量短时间内清洁机 器人走遍房间的每 个位置 的 目的，本 文算法 的终止 条件 设置 为 栅格化 环境地 图的每 个栅格标记都不为 ０ ，从 而 保证 了清扫 覆盖率 为 １ ０ ０ ％，然后 统计重 复 覆盖率 ，以评价算法 的好坏 。顺 时针优先和逆 时针优先这两种准则针对具体 障碍物所在 不同 区域 ，清扫效率会有不 同，如何根据 区域特 征 采用不 同准则或联合应用不 同准则还 需要进 一 步研 究。
面向智能清洁的机器人导航与路径规划技术研究
面向智能清洁的机器人导航与路径规划技术研究机器人技术的发展日益成熟，智能机器人在各个领域扮演着越来越重要的角色。
其中，面向智能清洁的机器人导航与路径规划技术是当前研究的热点之一。
本文将围绕该主题展开深入探讨，探索智能清洁机器人导航与路径规划技术的研究进展、挑战和前景。
一、研究背景与意义智能清洁机器人是一种能够在环境中自主移动和清扫的机器人系统。
随着智能家居的普及以及人们对生活质量的要求不断提高，智能清洁机器人成为现代家庭和办公场所的重要助手。
然而，现有的智能清洁机器人在导航和路径规划方面还存在许多问题，如障碍物检测、路径规划效率等，因此，研究面向智能清洁机器人的导航与路径规划技术具有重要的意义。
面向智能清洁机器人的导航与路径规划技术的研究有助于提高机器人的移动能力和效率，使其能够适应复杂多变的环境。
通过深入研究导航与路径规划算法，可以使机器人更加准确地感知和识别环境，避免碰撞和阻塞，提高路径规划的效率和准确性。
此外，优化导航与路径规划技术还有助于减少机器人的能耗，延长电池寿命，从而提高机器人的工作时长和使用寿命。
二、研究进展在面向智能清洁机器人的导航与路径规划技术的研究中，目前已经取得了一定的研究进展。
首先，传感技术的进步为机器人的导航和路径规划提供了有力的支持。
通过使用激光雷达、摄像头和红外传感器等传感器，机器人能够获取到周围环境的精准信息，实时更新地图和位置信息。
这些传感器技术的应用大大提高了机器人的感知能力，使机器人能够更加准确地感知环境中的障碍物和地标，减少碰撞和阻塞的风险。
其次，路径规划算法的改进也是研究的重点之一。
传统的路径规划算法，如A*算法和Dijkstra算法，存在着路径规划路径冗余、计算复杂度高的问题。
近年来，研究学者提出了一系列基于智能算法的路径规划算法，如遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等，有效地解决了路径规划的效率和准确性问题。
这些智能算法通过模拟生物的行为和优化搜索过程，可以得到更优的路径规划方案，使机器人能够更快速和高效地完成清洁任务。
清洁机器人的定位与全覆盖路径规划研究
摘要清洁机器人作为服务机器人最典型的代表之一，能够自主且智能地完成清洁任务，将人们从枯燥、繁重的体力劳动中解救出来，具有极为广阔的市场前景。
其涉及到的关键技术如避障、定位导航、地图构建和路径规划等都是机器人研究的热点，其中，定位与全覆盖路径规是清洁机器人智能化水平的最直接体现。
针对目前清洁机器人定位精度不高，路径规划存在低覆盖率、高重复率等问题，本文对清洁机器人的定位方法和全覆盖路径规划技术展开研究。
首先，对清洁机器人进行了需求分析和总体方案设计。
通过对目前常用定位方法和全覆盖路径规划技术的分析与比较，确定了本课题所采用的定位与全覆盖路径规划方案。
此外，完成了清洁机器人的硬件系统设计，包括控制系统、驱动机构、清洁机构、传感系统和电源系统五个方面的设计。
其次，基于航位推算的运动学模型，对基于编码器加陀螺仪的定位算法进行实现。
通过实验发现单独基于编码器定位存在的问题，而通过增加陀螺仪来获取机器人运动过程中准确的航向角信息可以提高转弯过程中机器人的定位精度。
基于WiFi模块实现了机器人与上位机的数据传输，并采用Matlab对上位机的功能及界面进行设计，用于对机器人进行有效控制和定位轨迹的实时展示。
然后，为了解决清洁机器人覆盖率低，重复率高的问题，研究了基于单元分解法实现环境区域全覆盖的过程。
利用栅格法对环境地图建模，在已知地图信息的基础上，基于矩形分解的思想对地图单元分解，通过图的深度优先遍历确定各子区域的连接顺序，引入A*算法规划相邻子区域的最短衔接路径，并对A*算法进行了仿真实现。
对于子区域内部的遍历，采用迂回式遍历作为基本遍历方式，并对环境中存在边界障碍物和孤立障碍物的情况进行了分析。
为了实现两点之间的路径规划，提出了一种基于PID控制的路径规划方法，对环境中目标点的多种分布情况进行了研究，设计了不同的路径规划策略。
最后，基于搭建的清洁机器人实验平台进行了各类实验验证算法的有效性。
包括各模块的测试实验，环境中包含边界障碍物和孤立障碍物的局部区域遍历实验，以及目标点在正前方的直线行走实验和直线拐弯行走实验。
智能清扫机器人设计及其路径规划的研究学术型
Dissertation for the Master Degree in Engineering
THE DESIGN OF INTELLIGENT CLEANING ROBOT AND RESEARCH ON ITS PATH PLANNING
(Academic)
Candidate： Supervisor： Academic Degree Applied for： Speciality： Affiliation： Date of Defence： Degree-Conferring-Institution：
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘 要
清扫机器人能够自主地完成地面的清扫工作，目前已经得到非常广泛的应 用。清扫机器人融合了多个学科的知识，具有很好的市场前景和研究价值。如 何能够做到高效率、高智能化、低成本是当前清扫机器人的研究重点。 定位和路径规划是清扫机器人关键的两项技术，也是实现高智能化、高效 率的关键，论文主要对清扫机器人的定位算法和全区域覆盖路径规划算法进行 研究。 定位方面，阐述编码器和电子罗盘实现定位的原理和方法，并分析产生误 差的原因，引入卡尔曼滤波算法来进行传感器数据的融合，减小编码器的定位 误差。通过编码器和电子罗盘分别推导出定位系统的状态方程和观测方程，实 现基于卡尔曼滤波算法的定位，获得清扫机器人位姿的最优估计值，并通过仿 真验证算法的可行性。 路径规划方面，阐述环境模型的表示方法：拓扑地图、特征地图和栅格地 图，分析三种方法的特点采用栅格地图方法，通过沿边学习建立环境地图，初 步获得环境的信息。研究基于生物激励神经网络的全区域覆盖算法，分析算法 的原理、实现过程以及算法存在的问题，并对算法进行改进，提出基于模板的 改进算法，通过仿真验证了改进后的算法。 在定位及路径规划算法的基础上，完成清扫机器人的机械结构以及控制系 统的软硬件设计。清扫机器人采用圆形车体，两主动轮差速驱动，另一个万向 轮辅助支撑的三轮移动机构，以及利用真空吸尘和两边刷辅助清扫的吸扫式清 扫机构。控制系统包括电源模块、电机驱动模块、信息采集模块以及液晶显示、 串口通信等辅助模块。软件设计方面，完成各个相关模块的程序编写，为算法 实现提供基础。 最后，搭建清扫机器人实验平台，并在此基础上完成了电机驱动实验、传 感器数据采集、电子罗盘数据采集、清扫机器人的定位以及全区域覆盖等试验。 通过实验，证明清扫机器人能够精确地实现定位，并以较高的覆盖率完成全区 域覆盖。 关键词 ：清扫机器人；定位；卡尔曼滤波；生物激励神经网络；全区域覆盖；
智能清扫机器人路径规划【大学本科专科毕业教育教学资料】
智能清扫机器人路径规划摘要清扫机器人的开发是目前机器人研究中的热点，具有很大的科研价值及市场前景。
其中，路径规划设计问题是清扫机器人的重点研究内容。
它包括最短路径规划和全覆盖路径规划两项内容。
最短路径规划研究是指实现指定起点到终点——点对点的一种路径规划方式。
而全覆盖路径规划研究是指在已知的环境下设计清扫路径，最终达到在短时间内实现整个空间均被覆盖的目的。
本文针对清扫机器人的最短路径规划以及全覆盖路径规划做出分析。
最终采用栅格法进行环境建模，所模拟的区域已知，并对栅格化区域实行编码处理，根据清扫机器人每次所在的当前位臵进行下一步的行进判断，来实现清扫机器人的相关路径规划问题。
最终再结合覆盖率和错误率探讨算法的不足，提出进一步的研究方向。
关键词路径规划最短路径全覆盖栅格法ABSTRACTThe development of cleaning robot is a hot spot in the research of robot, and it has great scientific research value and market prospect.Among them, path planning and design is the key research content of the cleaning robot. It includes the shortest path planning and complete coverage path planning.Shortest path planning research is to achieve the designated starting point to the end point - a point-to-point path planning.The full coverage path planning research is to design a cleaning path in a known environment, and finally achieve the purpose that the whole space is covered in a short time.In this paper, the shortest path planning for the cleaning robot and the full coverage path planning is analyzed. With grid method for environment modeling, the simulated area is known, the grid region is coding, according to the cleaning robot’s current position to determinethe next step to achieve cleaning robot path planning problem. Finally, a further research direction is put forward based on the problem of coverage ratio and error rate.Keywords path planning shortest path planning full coverage path planning grid第1章绪论1.1 课题研究背景及意义随着科学及社会的迅速发展，人口老龄化的日益严重，加之人力劳动资源的成本不断增加，而促使智能机器人技术渐渐成为当前机器人研究中的热点。
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清扫机器人路径规划方法研究
摘要：近年来,智能清扫机器人系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的
发展前景。
现在的智能清扫机器人通过软硬件的合理设计，使其能够自动避开障
碍物，实现一般家居环境及特定户外环境的自主清扫工作。
本文简单介绍了清扫
机器人基于无环境模型的路径规划的具体办法。
关键词：清扫机器人、无环境模型、路径规划
一、绪论
机器人的研究在日本和欧美的一些发达国家的研究相对比较深入，同时也取
得了很多显著的成果。
国内关于清扫机器人的研究也取得了极大的进展。
我国继
清华大学于1994年通过智能清扫机器人鉴定之后，陆续有中国科学院沈阳自动
化所研制了全方位移动式机器人视觉导航系统；2001年香港城市大学完整地研究了地面清扫机器人的导航、控制及整个硬件系统；2009年哈尔滨工业大学与香港中文大学合作，联合研制开发出一种全方位地面清扫机器人。
总而言之，清洁机
器人的研究正在快速发展，并且也越来越深入，但是还有需要完善和改进的地方，例如清洁机器人的避障问题，路径规划等等，所以针对清扫机器人进行一系列的
技术研究探讨是相当有意义的。
二、基于无环境模型的路径规划
清洁机器人的路径规划是根据机器人所感知到的工作环境信息，按照某种优
化指标，在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径，并且实现所需
清扫区域的合理完全路径覆盖，同时实现封闭区域内机器人行走路径对工作区域
的最大覆盖率和最小重复率。
目前全区域覆盖路径规划有两种，一种是无环境模
型的路径规划，另一种是基于环境模型的路径规划。
本文主要着重介绍无环境规
划的整个过程。
无环境模型的路径规划不需要建立环境模型，有随机遍历路径规划和全区域
覆盖路径规划两种模式。
机器人在清扫的时候比较自由，一般都是采用递进的方式，清扫完这个直线再偏移一段距离，掉头清扫另外一条直线，以达到全区域清扫，本文也着重介绍无环境模型的路径规划。
基于无环境模型的依据边界的路径
规划方法
三、基于无环境模型的路径规划具体方法
（一）建立房间边界
首次在未知空间内行驶时，小车所能记录的信息为两种，一种是小车两个驱
动轮行驶路程L1与L2，另一种是各传感器被触发的状态。
下图是小车在某转角
处的路线图，根据以上特点及为后续数据处理提供依据，我们可以建立如下规则。
轨迹计算原理，数据处理规则。
(1)小车转角计算
若小车沿某一物体边缘转过θ角，则可以通过如下公式求算θ角
规定为行走时小车的拐角，规定连续经过多个拐角时，为各自拐角的和。
(2)小车行程的计算
小车行程的计算可以按照两驱动轮轨迹线的中心线即可代表小车行驶时的轨迹，小车行
车记录为：
(3)机器人沿着边界行驶
机器人选择任意一方向寻找边界，找到边界后，小车沿边界方向前进直到遇到拐角。
行
进过程中根据传感器状态确定内外侧路径，确定完内外侧后，小车前进过程中所记录的拐角
的符号也便确定。
首次遇到拐角时，小车开始记录行进状态，首次记录时，只记录转角值，行进数值记录为0，记录的信息为小车在拐角处的转过θ及小车距离上一拐角处的路程L。
小车在每一拐角处均记录θ与S，并计算累积转角。
如此记录便得到一个序列
当小车符合回到记录起点的判定条件时，则记录结束。
当小车行走到第Pn+1点时，若累积转角
Θ等于2π，并且Pn+1与P1距离足够小时，我们认为Pn+1与记录初始点重合。
这时所记录的有效数据点有n个。
当小车回到记录起始点处，则记录的数据为
(4)边界描绘
方法：由绘制地图。
此处我们引入一种计算直线方程的数学方法，设已知平面坐标系内有一条过的直线，其方程为，假设有这么一条直线，是直线以P点逆时针方向旋转θ角得来的，求的直线方程。
考虑斜率均存在的情况。
设的斜率分别为。
代入，得，
所以的方程为
代入整理的
建立坐标系，我们选择初始记录的两点。
(5)计算路径S1方程及起始坐标
取小车在在记录点的数值，平面直角坐标系内的坐标分别为.所确定的直线方程为：
计算S2时，我们可以理解为S2所在的直线是由直线在在逆时针旋转角得出的，可以用开头引入的矩阵算法来处理。
根据先前的记录的数组，取，代入矩阵公式
得到的方程：，起点为前一线段的终点。
(6)计算点坐标
可以理解为点是在点基础上沿向量方向行走距离后所得到点，为此引入单位向量，设是第条直线段的单位向量，且方向由，第的坐标设为，则有
采用第五步中所述的方法即可计算出第条线段的方程：
起始点的坐标为：。
当累积转角，且与起点重合时（受行进误差影像，实际上两坐标点是不可完全重合，在计算时，只要两点足够接近，我们便认为两点重合），机器人即完成一条封闭图线框的绘制，利用此方法不仅可以建立房间的边界，而且还可以建立障碍物的边界几何表达公式。
（二）路径规划方法
机器人在移动过程中遇到障碍物，首先根据事先创建好的房间边界几何公式，判断是否到达边界，如果没有到达边界，则视前方有障碍物，此时沿着障碍物走一圈，记录障碍物边界临时几何公式，然后继续按照原先的程序Ｓ型清扫，直到到达第一条边界L1的终点，绕开障碍物到达顶部边界L3的终点，然后继续Ｓ型清扫。
四、结论
清扫机器人能够自主地完成地面的清扫工作，目前已经得到非常广泛的应用。
清扫机器人融合了多个学科的知识，具有很好的市场前景和研究价值。
路径规划是清扫机器人关键的技术，也是实现高智能化、高效率的关键，论文主要阐述了对清扫机器人基于无环境模型的路径规划的具体办法。
参考文献
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