基于回溯法的扫地机器人全区域覆盖规划算法研究

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家庭服务机器人技术的快速发展,将人们从繁杂的劳动中解放出来。在各类家庭服务机器人中扫地机器人的使用最为广泛。但在未知室内环境地图中,自动实现全区域路径覆盖规划相对困难,成为扫地机器人发展的一大瓶颈。因此,室内地图的构建与实时定位,区域分解和回溯路径规划成为亟需被研究的关键技术。本文将围绕这些关键技术,进行分析探讨:  1)针对室内地图的构建与实时定位。首先,构建扫地机器人的速度运动模型,保证扫地机器人平移、旋转后位姿的精确性。其次,构建扫地机器人的传感测量模型,保证扫地机器人在未知室内环境中的避障、导航和特征提取。最后,对比分析定位技术与地图构建,提出基于滚动窗口的精细栅格定位与栅格地图,并对栅格粒度尺寸进行多次实验,确定合适的栅格粒度。  2)为解决扫地机器人的地图环境区域规划,研究扫地机器人点到点的路径规划和线到面的路径规划。针对随机式区域规划,之字形区域规划与螺旋式区域规划存在的问题,提出WMF区域规划。同时,为实现环境地图的区域分解,将栅格法与单元分解进行融合,提出WMF法区域分解。  3)针对扫地机器人全区域覆盖路径规划过程中的遗漏覆盖区域,提出基于回溯法的回溯机制。采用回溯法侦探回溯区域中的回溯点,采用欧式距离和贪婪算法从回溯点链表中选择较优的回溯点,并通过任意角度theta*算法规划出一条从死点到回溯点的无障碍光滑回溯路径。结合已构建的室内环境地图,当回溯点链表中回溯点的个数为零时,扫地机器人完成全区域覆盖规划。
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