扫地机器人地毯识别与路径规划研究

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目前,在扫地机器人实际清扫过程中,扫地机进入地毯后由于底盘滚轮与吸尘结构的原因会困在其中,无法为用户进一步清扫。此外,扫地机器人在湿拖清扫模式下不准进入地毯。本文针对扫地机清扫时触碰地毯的问题,采用数字图像处理的方式,对扫地机器人清扫环境中的地毯和地板图片进行纹理特征提取,然后采用图像分类算法进行地毯识别,将地毯识别结果当作障碍物传入扫地机器人环境地图,最后进行点对点路径规划。论文主要内容如下:(1)将灰度共生矩阵纹理特征提取算法和支持向量机分类算法应用于扫地机器人,达到地毯识别的目的。采用灰度共生矩阵对扫地机器人地毯和地板图像进行纹理特征提取,采用支持向量机对地毯和地板图像进行二分类,并进行了局部二值模式提取对比实验以及支持向量机核函数与纹理特征维度之间的对比实验,选出最优的地毯识别解决方案。(2)设计了扫地机器人地毯识别系统软件。软件开发人员只需通过简单的配置,即可获得最后用于地毯识别的源代码,以及自动检验源代码地毯识别的准确率是否满足要求,为开发人员节省了大量宝贵的时间,提高了软件编程人员的工作效率。(3)提出了一种改进PRM的点对点路径规划算法。通过将扫地机器人环境中障碍物的边界点作为确定采样点,对栅格地图的自由空间建立最优可行区域,降低传统PRM算法随机采样点的分散性,使路径搜索具有明确性,以此提高算法在时间和空间上的利用率。并进行仿真和物理实验,充分了验证算法的可行性。最后进行了扫地机器人地毯识别与路径规划算法验证,采用灰度共生矩阵和支持向量机算法创建环境地图,并用改进的PRM算法进行点对点路径规划,完成了清扫模式和自主回充模式下不触碰地毯的目标。
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