CN102681544A - 一种迷宫管道机器人自主巡径算法及具有该算法的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种迷宫管道机器人自主巡径算法，包括步骤一，记录机器人经过每个路口时的行进方向，如果机器人在相应路口左转则记录字母“L”，右转记录字母“R”，直行记录字母“S”，调头记录字母“U”，将所记录的字母按照机器人的行走顺序形成第一路径数组；步骤二，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”、字母组合“LUL”用“S”替代；控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”、字母组合“RUR”用S替代并形成第二路径数组；步骤三，控制机器人按照第二路径数组对该迷宫管道进行下一次的巡径。本发明有效提高了机器人的巡径效率。

Description

一种迷宫管道机器人自主巡径算法及具有该算法的机器人

技术领域

本发明属于管道巡视监测领域，尤其涉及一种迷宫管道机器人自主巡径算法及具有该算法的机器人。

背景技术

管道是保障能源和信号线路与外界有效隔离，防止外力侵袭，保证安全传输的重要设施，随着信息社会的发展以及能源需求的增加，智能电网已经开始进入人们的生活，除了在地面上进行电力架线和传输之外，在底下也开拓了智能电网的传输路径，通过在地下设立各种电力传输管道，不但可以实现电力信号的传输，而且有效提高了资源的利用率。同时，将电力线放置到地下管道中，不会带来视觉上的走线乱，危险性高的问题。随着智能电网产业的发展，现代城市的管道网络错综复杂，给维护带来极大不便，利用管道机器人对通讯电缆、地下电缆进行巡检维护已经成为一种共识。但如何使得机器人能够实现自动巡径，这就需要对迷宫算法进行研究。

现有机器人迷宫控制策略主要为左手法则（Left Hand Rule）和右手法则（Right Hand Rule）。

左手法则的技术特点是：1、机器人执行左转的优先级高于直行或右转；2、机器人执行直行的优先级高于右转。机器人在迷宫管道中巡径时，如果遇到“十字路口”（即有左转、直行和右转），机器人会左转；如果遇到“直行或右转路口”，机器人会直行；只有遇到“右转路口”，机器人才右转。一句话就是，执行左手法则的机器人永远是沿着左侧走。如果出口不是在封闭管道的内侧，机器人最终可以顺利的从起点走到终点。同理，右手法则的技术特点是：1、机器人执行右转的优先级高于直行或左转；2、机器人执行直行的优先级高于左转。

以上这两种控制策略的执行效果如图1所示。图中所示细实线为纵横交错的管道，而且分别表明了管道的进口和出口位置，所示虚线即为左手法则控制的机器人在管道中的巡视或行进路线，所示双点划线为右手法则控制的机器人在管道中的巡视或者行进路线，而最优路径为图示中的粗实线所示的路线，因此可以看出通过左手或右手法则所形成的路径并不是最好的。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中迷宫管道机器人通过左手法则或右手法则形成的巡径路线繁琐，并不能找到最佳巡视路径的技术问题，提供一种迷宫管道机器人自主巡径算法，通过该算法可有效实现机器人对最佳巡视路径的选择。

本发明提供一种迷宫管道机器人自主巡径算法，所述迷宫管道机器人自主巡径算法包括以下步骤：

步骤一，记录机器人经过每个路口时的行进方向并形成由字母组成的第一路径数组，其中，如果所述机器人在相应路口左转则记录一个字母“L”，如果所述机器人在相应路口右转则记录一个字母“R”，如果所述机器人在相应路口直行则记录一个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录一个字母“U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成所述第一路径数组；

步骤二，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代，并形成所述第二路径数组；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”替代、字母组合“RUR”用S替代并形成所述第二路径数组；

步骤三，存储所述第二路径数组，并控制所述机器人按照所述第二路径数组对该迷宫管道进行下一次的巡径。

优选地，所述步骤二中，当所述控制策略为左手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为：

步骤S100，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”；

步骤S110，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”；当再次查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”；

步骤S120，重复步骤S110，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，结束查找，并将第一路径数组简化后最终形成的路径数组作为第二路径数组。

优选地，所述步骤二中，当所述控制策略为右手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为：

步骤S200，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”，当查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S”；

步骤S210，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”；当再次查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S”；

步骤S220，重复步骤S210，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，结束查找，并将第一路径数组简化后最终形成的路径数组作为第二路径数组。

优选地，在所述步骤二中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“L”时，所述机器人的巡径控制策略为左手法则。

优选地，在所述步骤二中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“R”时，所述机器人的巡径控制策略为右手法则。

优选地，所述机器人进入迷宫管道的进口后即开始记录第一路径数组，到达所述迷宫管道的出口前结束记录第一路径数组。

优选地，所述机器人调头时，当所述控制策略为左手法则时，机器人按照逆时针方向调头。

优选地，所述机器人调头时，当所述控制策略为右手法则时，机器人按照顺时针方向调头。

本发明还提供一种机器人，所述机器人内部具有控制器，所述控制器具有以上所述的迷宫管道机器人自主巡径算法。

优选地，所述机器人按照第二路径数组对所述迷宫管道进行下一次巡径。

以上所述技术方案，机器人在第一次巡径时按照左手法则或者右手法则的控制形成第一路径数组，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”替代、字母组合“RUR”用S替代，最终形成简化后的第二路径数组；该第二路径数组所指示的路线即为最佳巡径路线，可控制机器人在下一次按照第二路径数组进行巡径，有效提高了机器人的巡径效率。

附图说明

图1是现有技术管道机器人自主巡径示意图。

图2是本发明管道机器人按照左手法则在路口直行示意图。

图3是本发明管道机器人按照左手法则在管道尽头调头示意图。

图4是本发明管道机器人按照左手法则在路口左转示意图。

图5是本发明管道机器人按照左手法则在下一个路口左转示意图。

图6是本发明管道机器人按照左手法则在该管道尽头调头示意图。

图7是本发明管道机器人按照左手法则在图5所示的路口左转示意图。

图8是本发明管道机器人按照左手法则调头示意图。

图9是本发明管道机器人按照左手法则左转示意图。

图10是本发明管道机器人按照左手法则左转并走到出口示意图。

图11是本发明管道机器人最佳巡径线路示意图。

图12是本发明另一种实施例的管道机器人按照右手法则在路口右转示意图。

图13是本发明另一种实施例的管道机器人按照右手法则在下一路口右转示意图。

图14是本发明另一种实施例的管道机器人按照右手法则在图13所示的路口右转示意图。

图15是本发明另一种实施例的管道机器人按照右手法则右转示意图。

图16是本发明另一种实施例的管道机器人按照右手法则在最后一个路口右转示意图。

图17是本发明另一种实施例的管道机器人按照右手法则直行示意图。

图18是本发明另一种实施例的管道机器人最佳巡径线路示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，现有机器人巡径过程中采用的控制策略为左手法则或者右手法，该控制策略所控制的机器人行进路线并不是最优的路线，图中所示的最优路线应为粗实线所示的路线，因此本发明提供一种迷宫管道机器人自主巡径算法，能够实现迷宫管道机器人最优巡径路线的优化和选择。

一种迷宫管道机器人自主巡径算法，所述迷宫管道机器人自主巡径算法包括以下步骤：

步骤一，记录机器人经过每个路口时的行进方向并形成由字母组成的第一路径组数，其中，如果所述机器人在相应路口左转则记录一个字母“L”，如果所述机器人在相应路口右转则记录一个字母“R”，如果所述机器人在相应路口直行则记录一个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录一个字母“U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成第一路径数组；上面所述的“路口”的概念是指：排除迷宫管道的进口和出口，机器人在迷宫管道中可以有一个以上行进方向选择的位置称为路口，也包括管道死胡同处调头的地方。

步骤二，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代，并形成第二路径数组；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”替代、字母组合“RUR”用S替代并形成第二路径数组；

步骤三，存储所述第二路径数组，并控制所述机器人按照所述第二路径数组对该迷宫管道进行下一次的巡径。

结合图2—图10所示，图中所示的迷宫管道机器人的控制策略为左手法则，机器人第一次穿越该迷宫时，即采用“左手法则”策略来控制其行进路线，在管道巡径的过程中，沿途将碰到有一些路口，机器人内部的控制器每通过一个路口的方向进行记录。

如果2所示，机器人沿图示中迷宫管道的入口进入，然后遇到了第一个路口—直行或右转路口。根据“左手法则”，机器人将直行。此时机器人将记录字符“S”并按照先后顺寻存储在第一路径数组中。

如图3所示，机器人继续前进就会遇到第二个路口——死胡同或者非目的出口，这个时候，机器人必须调头，即机器人从左到右旋转并调头，即按照逆时针方向进行调头，同时及记录字符“U”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SU”。如图3所示，我们可以看出机器人每记录一个死胡同类型的路口，就意味着机器人走了错误路线，这就给我们下一步的优化提供了参考。

如图4所示，机器人调头后，又回到了刚才经过的路口，此时根据左手法则，机器人将左转，同时及记录字符“L”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SUL”。

如图5所示，机器人继续沿着管道直行，就遇到了十字路。根据左手法则将进行左转，同时及记录字符“L”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SUL”。

如图6所示，接下来机器人又遇到刚才所述的死胡同类型的路口，机器人仍旧做掉头动作。同时记录字符“U”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SULLU”。

如图7所示，机器人掉头回来再次遇到所述十字路，根据左手法则，机器人将做左转。同时，机器人将在在第一路径数组中记录一个左转字符“L”。这样路径数组中的字符就变成了“SULLUL”。

如图8所示，机器人左转后，第三次遇到了所述的死胡同类型的路口，机器人仍旧做掉头动作。同时记录字符“U”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SULLULU”，

如图9所示，机器人掉头后再次遇到十字路口，根据左手法则将左转。同样机器人在第一路径数组中记录一个字符“L”。此时第一路径数组中的字符就变为“SULLULUL”。

如图10所示，机器人走出“十字路口”后，将遇到左转或直行路口。根据左手法则，机器人将左转。同时在路径数组中记录一个字符“L”。此时机器人已经走到了线迷宫的出口，完成对所述迷宫管道的巡径。因此通过左手法则控制策略所形成的第一次巡径路线的第一路径数组为“SULLULULL”

可以分析得到，当机器人第一次掉头回到第一个路口（也是机器人行进过程中的第三个路口），根据左手法则，机器人将会左转，如图4所示。这时候，机器人将在路径数组中记录一个左转的字符“L”。这样路径数组中的字符就变成了“SUL”。而最优路径应该是不包含死胡同或者错误出口的，因此在优化过程中应将“SUL”用“R”取代才能避免进入死胡同；同理，如果路径数组中出现字母组合“LUS”，说明该路径中包含了死胡同或者错误出口，也需要在优化过程中将“LUS”用“R”取代。

机器人在第一次遇到十字路口时将左转并记录字符“L”，然后机器人进入死胡同需要进行第二次调头并记录字符“L”，调头回来后又遇到十字路口并左转同时记录字符“L”，因此机器人在第一次遇到十字路口时不应该左转，而是应该直行，这样才可以避免死胡同。所以在第一路径数组中的字母组合“LUL”就应该被直行字符“S”所取代，这就代表机器人再次穿越这个迷宫时，遇到第一个十字路口将直行。

因此，当所述控制策略为左手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为：

在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”或“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”。

重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”或“LUS”或“LUL”；当再次查找到第一个字母组合“SUL”或“LUS”或“LUL”，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”。

重复以上查找方法，直到在上述路径数组中查找不到字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，结束查找，并将最后形成的路径数组作为第二路径数组。

即以上第一次巡径过程中记录的第一路径数组为“SULLULULL”，首先从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”替换为“R”，第一路径数组变为“RLULULL”；重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”；当再次查找到第一个字母组合“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“LUL”替换为“S”，此时第一路径数组变为“RSULL”；继续重复以上查找，又一次查找到字母组合“SUL”，此时停止查找，并将“SUL”替换为“R”，直到在所述第一路径数组中查不到字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时终止查找并最终简化为第二路径数组“RRL”。

如图11所示，当机器人再次穿越这个迷宫管道时，机器人就不再遵循左手法则，而且按照控制器计算的第二路径数组中的字符的提示来完成对机器人的控制。这个路径，也就是图11中所示的实线路径是整个迷宫中最短的路径，也就是最佳路径。

结合图12—图18所示，本发明提供另一种实施例中迷宫管道机器人自主巡径算法，图12—图18中所示的迷宫管道机器人的控制策略为右手法则，机器人第一次穿越该迷宫时，即采用“右手法则”策略来控制其行进路线，在管道巡径的过程中，沿途将碰到有一些路口，机器人内部的控制器将每通过一个路口的方向进行记录。

根据上述的左手法则的控制实施例，本实施例中机器人从迷宫管道进口到出口的控制路径，即第一路径数组为“RRURURRUS”。

经过分析，本实施例中，机器人在第一次遇到十字路口时不应该右转，而是应该直行，这样才可以避免死胡同。所以在第一路径数组中的字母组合“RUR”就应该被直行字符“S”所取代；机器人在第一次遇到右转、调头、直行或者直行、调头、右转的路段时，说明机器人遇到了调头，走了错误的路线，因此即遇到“RUS”或者“SUR”路段时，应当在遇到该路段所处的路口时就左转，即“RUS”或者“SUR”应当优化为“L”，用字符“L”取代字母组合“RUS”或“SUR”。本实施例中所述的调头是指机器人按照顺时针方向调头。

因此，当所述控制策略为右手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为：

在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”，当查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S”；

重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”；当再次查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S”；

重复上述查找方法，直到在上述路径数组中查找不到字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，结束查找，并将最后形成的路径数组作为第二路径数组。

上述实施例中，通过以上优化方法，所述的第一路径数组“RRURURRUS”组中优化为“RLL”，如图18所示，该路径即为本实施中的机器人的最佳巡视路线。

如图18所示，当机器人再次穿越这个迷宫管道时，机器人就不再遵循右手法则，而且按照控制计算的第二路径数组中的字符的提示来完成对机器人的控制。这个路径，也就是图18中所示的实线路径是整个迷宫中最短的路径，也就是最佳路径。

以上所述实施例中，判断所述机器人的控制策略是左手法则还是右手法则，可根据控制器记录的第一路径数组进行判断，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“L”时，所述机器人的巡径控制策略为左手法则。同理，当第一路径数组中包含字母“R”时，所述机器人的巡径控制策略为右手法则。

以上所述实施例中，所述机器人进入迷宫管道的进口时开始记录第一路径数组，到达所述迷宫管道的出口时结束记录第一路径数组。

本发明还提供一种机器人，所述机器人内部具有控制器，所述控制器具有以上所述的迷宫管道机器人自主巡径算法；所述机器人在第一次对迷宫管道进行巡径时按照现有的控制策略进行巡径，通过上述的自主巡径算法对所记录的第一路径数组进行优化并形成第二路径数组，所述控制器按照第二路径数组控制所述机器人对所述迷宫管道进行以后的巡径操作，有效提高了迷宫管道机器人巡径的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，所述迷宫管道机器人自主巡径算法包括以下步骤：

步骤一，记录机器人经过每个路口时的行进方向并形成由字母组成的第一路径数组，其中，如果所述机器人在相应路口左转则记录一个字母“L”，如果所述机器人在相应路口右转则记录一个字母“R”，如果所述机器人在相应路口直行则记录一个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录一个字母“U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成所述第一路径数组；

步骤二，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代，并形成所述第二路径数组；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”替代、字母组合“RUR”用S替代并形成所述第二路径数组；

步骤三，存储所述第二路径数组，并控制所述机器人按照所述第二路径数组对该迷宫管道进行下一次的巡径。

2.根据权利要求1所述的迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，所述步骤二中，当所述控制策略为左手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为：

步骤S100，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”；

步骤S110，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”；当再次查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”；

步骤S120，重复步骤S110，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，结束查找，并将第一路径数组简化后最终形成的路径数组作为第二路径数组。

3.根据权利要求1所述的迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，所述步骤二中，当所述控制策略为右手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为：

步骤S200，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”，当查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S”；

步骤S210，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”；当再次查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S”；

步骤S220，重复步骤S210，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，结束查找，并将第一路径数组简化后最终形成的路径数组作为第二路径数组。

4.根据权利要求1所述的迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，在所述步骤二中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“L”时，所述机器人的巡径控制策略为左手法则。

5.根据权利要求1所述的迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，在所述步骤二中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“R”时，所述机器人的巡径控制策略为右手法则。

6.根据权利要求1-5所述的任意一项迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，所述机器人进入迷宫管道的进口后即开始记录第一路径数组，到达所述迷宫管道的出口前结束记录第一路径数组。

7.根据权利要求1所述的迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，所述机器人调头时，当所述控制策略为左手法则时，机器人按照逆时针方向调头。

8.根据权利要求1所述的迷宫管道机器人自主巡径算法，其特征在于，所述机器人调头时，当所述控制策略为右手法则时，机器人按照顺时针方向调头。

9.一种机器人，所述机器人内部具有控制器，其特征在于，所述控制器具有上述任意一项权利要求所述的迷宫管道机器人自主巡径算法。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述控制器按照第二路径数组控制所述机器人对所述迷宫管道进行下一次巡径。

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