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GD-1型清洁机器人遍历算法设计

作　者: 刘梅
导　师: 刘任平
学　校: 北方工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 清洁机器人全覆盖路径规划分解法旅行商问题三维环境模型
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 44次
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内容摘要

清洁机器人的路径规划是移动机器人研究领域的一个重要课题。清洁机器人的路径规划融合多种关键技术,包括导航技术、传感器信息融合、全局的路径规划等等。本文针对特定环境下的清洁机器人路径规划问题进行研究。如何找到一条能最快覆盖所有待覆盖区域的路径是本课题的研究重点。本文在现有的路径规划的基础上,提出了一种新的利用摄像头建立三维模型的方法进行清洁机器人的定位。在这一研究过程中,本系统主要进行了以下几项工作：本文重点讨论利用摄像头建立三维模型的部分。采用Hough变换提取出清洁机器人采集到的墙角图像信息,再对其进行墙角信息特征的提取识别,计算出墙角棱线之间的夹角。本文对清洁机器人所处的环境进行了一定的限定,有利于计算房间的三维模型,利用三维立体环境与摄像头坐标系融合找出清洁机器人在房间中的位转置与在该位置采集的图像信息中墙角棱线的数学关系模型。本文在W. Huang提出的最小高原理的基础上,以减少清洁机器人转弯的次数作为提高效率的有效途径,对矩形环境下的全覆盖路径规划进行研究,对现有的分解算法进行改进,针对全局性的环境考虑清扫路径。子区域的连接部分采用旅行商问题的回溯法进行求解,对从一个子区域转到下一个子区域之间的衔接问题进行具体分析讨论,提出两种有效连接方式。在仿真算法中,这两种方法的效率相差无多。最后,本文对现有的GD-1型清洁机器人作了部分改动,利用上位机对其行走进行控制处理,传感器采集的信息也交由上位机进行接收处理。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 国内外研究现状  9
  1.2 清洁机器人关键技术  9-12
  1.3 论文章节安排  12-13
  1.4 本章小节  13-14
2 清洁机器人总体设计方案  14-16
  2.1 研究目标  14-15
  2.2 总体设计方案  15
  2.3 本章小节  15-16
3 三维清洁机器人定位方案  16-21
  3.1 图像处理技术概述  16-17
    3.1.1 图像的灰度化  16
    3.1.2 图像的二值化  16-17
  3.2 墙角棱线夹角计算  17-18
    3.2.1 Hough变换检测直线  17-18
  3.3 三维环境建模  18-20
  3.4 本章小结  20-21
4 全覆盖路径规划算法设计  21-34
  4.1 几种覆盖方法  21-22
    4.1.1 随机覆盖方法  21
    4.1.2 单元分解法  21-22
  4.2 构建环境地图  22-27
    4.2.1 边界环境的建立  23-25
    4.2.2 矩形分块  25
    4.2.3 建立坐标系  25-27
  4.3 全覆盖路径规划算法  27-33
    4.3.1 现有的全覆盖路径规划算法分析比较  27-28
    4.3.2 划分单元格  28-30
    4.3.3 寻找最优路径  30-32
    4.3.4 各区域衔接过渡  32-33
  4.4 本章小结  33-34
5 仿真清洁机器人系统设计  34-48
  5.1 总体设计概述  34-35
  5.2 清洁机器人的传感器系统  35-40
  5.3 仿真清洁机器人的驱动系统  40-43
    5.3.1 直流电机  40-43
  5.4 控制器硬件电路设计  43-44
  5.5 上位机程序仿真验证算法  44-47
    5.5.1 实验结果  46-47
  5.6 本章小结  47-48
结论  48-49
参考文献  49-52
申请学位期间的研究成果及发表的学术论文  52-53
致谢  53

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