CN112815945A - 增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法及系统，包括：步骤一：根据洗地机的尺寸，建立标准化的平面数学模型；步骤二：确定洗地机的原地转向半径；步骤三：确定一个离墙安全间隙；步骤四：根据安全间隙的值确定一个最小转弯半径，并缠绕在收卷机上；步骤五：以角落顶点为原点确定一个坐标系；步骤六：根据角落的角度值为洗地机规划一条路径清洁角落。本发明的目的是提供一种无人洗地机的清洁角落路径规划方法；并且可以灵活应用在不同角度的场景中；通过该方法可以有效的增加无人洗地机在角落区域的清洁面积。

Description

增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法及系统

技术领域

本发明涉及无人洗地机技术领域，具体涉及增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法。

背景技术

高速的城市化建设进程推动了清洁设备的高速发展。以实现地面清洁为目的而设计制造的清洁设备，降低了人力成本的同时提升了清洁工作的效率。洗地机是一种重要的环保清洁设备，产品的主要特点是可以同时进行清水喷洒、地板刷洗、污水回收、地面吸干等工作，清洁效率高。

科技的进步促进了洗地机的智能化、无人化，不仅使清洗工作的效率极大提高，同时进一步降低了人力成本。无人洗地机装备激光雷达及各类传感器对工作空间建立地图并定位自身位置，然后规划清扫路径覆盖其工作区域。

清洁区域的覆盖率是一个评价洗地机工作质量的重要指标，反映了洗地机针对工作场景的清洁能力。由于洗地机机动性受限，无人洗地机在工作时面临的一个难点就是针对角落的清洁。洗地机遇到角落时，受到转弯机动性的限制会留下未清洗的区域。

在我国申请号为CN201710515570.8的专利文件中，通过实现能交替工作的双刮水耙设计，达到清洁角落的目的。该方案是设计专门的执行机构，比如可动的清洗盘、可伸缩的机械结构等。针对角落等场景为无人洗地机设计额外的执行机构，给产品的设计和制造、维护环节增加成本并且增加了系统的复杂性和可维护性；

在我国申请号为的专利文件CN201810031991.8中，通过定位建图对清洁区域划分子区域；对所述子区域进行弓字形路径规划并清洗，受转弯半径的限制，角落会遗留未清洁区域；该方法中没有解决角落区域的问题。洗地机工作过程中会遗留角落的大片区域没有被清洁，这部分遗漏的未清洁区域需要额外的人力劳动来完成，这个问题降低了使用洗地机的经济性和便利性。

发明内容

本发明的目的在于提供增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法，包括以下步骤：

步骤一：根据洗地机的尺寸，建立标准化的平面数学模型；

步骤二：确定洗地机的原地转向半径；

步骤三：确定一个离墙安全间隙；

步骤四：根据安全间隙的值确定一个最小转弯半径，并缠绕在收卷机上；

步骤五：以角落顶点为原点确定一个坐标系；

步骤六：根据角落的角度值为洗地机规划一条路径清洁角落。

优选的，包括以下步骤：

步骤一：根据洗地机的尺寸，建立平面洗地机平面模型：

已知某洗地机长宽，记车身最大宽度处长度为x；取x作为标准洗地机平面模型的车宽；量出其单侧转向轮到车前端面、后端面的距离；

步骤二：确定洗地机的原地转向半径r；洗地机差速转向，其原地转向的半径由机体尺寸确定：

x、a为常数；

步骤三：确定一个离墙安全间隙，安全间隙定为b倍车宽x，b为常数；

步骤四：根据安全间隙的值确定一个最小转弯半径R；安全间隙预留后，沿墙边的洗地机在此间隙下能够实现的最小转弯半径即确定

优选的，步骤五：以角落顶点为原点确定一个坐标系xOy，定义起点、角落目标点、终点三个路径中间点；在坐标系中xOy，起点的坐标为

角落目标点的坐标为

终点的坐标为

步骤六：根据角落的角度值θ为洗地机规划一条路径清洁角落；这条路径使洗地机从起点出发，并进到角落目标点实施清洁，然后到达终点离开角落；这条路径由直行一、圆弧一、原地旋转、圆弧二、直行二按顺序拼接组成；洗地机从起点沿直行一与圆弧一行进到达角落清洁点，在角落清洁点实施‘原地旋转，清洁完毕后沿圆弧二与直行二到达终点；

判断：角θ是否大于

根据角度的情况选择对应的路径规划方案。

优选的，根据角落的角度值θ为洗地机规划一条路径清洁角落：

若角θ小于θ₁：

直行一为洗地机沿当前方向直行长度d₁，

圆弧一为洗地机沿一个半径为R_C的圆转过

角度，

原地旋转为洗地机原地沿顺时针方向转过

角度，

圆弧二为洗地机沿半径为R_C的圆转过

直行二为洗地机沿当前方向直行长度d₂，

若角θ大于θ₁：

直行一为洗地机沿当前方向的反方向后退长度d₁，

圆弧一为洗地机沿一个半径为R_C的圆转过

角度，

原地旋转为洗地机原地沿逆时针方向转过

角度，

圆弧二为洗地机沿半径为R_C的圆转过

直行二为洗地机沿当前方向后退长度d₂，

本发明公开了一种路径规划系统，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的方法步骤。

本发明公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序所述的计算机程序被处理器执行时实现所述的方法步骤。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种无人洗地机的增大角落清洁面积的方法，通过处理定位信息和环境感知信息规划出一条增大角落清洁面积的路径规划方法。与现有路径规划技术相比，本方法能够显著减少未清洁区域的面积；与现有针对角落进行结构设计的专利相比，本方法能够降低产品的设计、生产、维护成本，从而降低了清洁工作的成本并提升了角落的清洁面积覆盖率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的流程图；

图2位本发明的处理过程优选实施例流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制。

实施例

如图1所示，增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法，包括以下步骤：

步骤一：根据洗地机的尺寸，建立标准化的平面数学模型；已知某洗地机长宽，记车身最大宽度处长度为x；取x作为标准洗地机平面模型的车宽(矩形宽)；可量出其单侧转向轮到车前端面、后端面的距离，并取其中数值大的那段长度y用作标准洗地机平面模型的

车长；

步骤二：确定洗地机的原地转向半径r；由于洗地机实行差速转向，其原地转向的半径由机体尺寸确定；

步骤三：确定一个离墙安全间隙，安全间隙定为b倍车宽x，x为常数；

步骤四：根据安全间隙的值确定一个最小转弯半径R；安全间隙预留后，沿墙边的洗地机在此间隙下能够实现的最小转弯半径即确定

步骤五：以角落顶点为原点确定一个坐标系xOy，定义‘起点’、‘角落目标点’、‘终点’三个路径中间点；在坐标系中xOy，‘起点’的坐标为

‘角落目标点’的坐标为

‘终点’的坐标为

步骤六：根据角落的角度值θ为洗地机规划一条路径清洁角落；这条路径使洗地机从‘起点’出发，并进到‘角落目标点’实施清洁，然后到达‘终点’离开角落；这条路径由‘直行一’、‘圆弧一’、‘原地旋转’、‘圆弧二’、‘直行二’按顺序拼接组成；洗地机从‘起点’沿‘直行一’与‘圆弧一’行进到达‘角落清洁点’，在‘角落清洁点’实施‘原地旋转’，清洁完毕后沿‘圆弧二’与‘直行二’到达‘终点’；

判断：角θ是否大于

根据角度的情况选择对应的路径规划方案；

若角θ小于θ₁：

‘直行一’可描述为洗地机沿当前方向直行长度d₁，

‘圆弧一’可描述为洗地机沿一个半径为R_C的圆转过

角度，

‘原地旋转’可描述为洗地机原地沿顺时针方向转过

角度，

‘圆弧二’可描述为洗地机沿半径为R_C的圆转过

‘直行二’可描述为洗地机沿当前方向直行长度d₂，

若角θ大于θ₁：

‘直行一’可描述为洗地机沿当前方向的反方向后退长度d₁，

‘圆弧一’可描述为洗地机沿一个半径为R_C的圆转过

角度，

‘原地旋转’可描述为洗地机原地沿逆时针方向转过

角度，

‘圆弧二’可描述为洗地机沿半径为R_C的圆转过

‘直行二’可描述为洗地机沿当前方向后退长度d₂，

其中，步骤一的标准洗地机平面模型中，车宽为x，车长可表示为α倍的车宽x，角落角度为θ(为常数)。

其中，步骤三中由于洗地机实行差速转向，在转向过程中车身外沿需要预留一定的空间才能转动方向；为避免洗地机与角落墙壁发生碰撞，提前为转向预留一个安全间隙；此间隙人为设定。

其中，步骤五中规划方法规划的路径，使洗地机从‘起点’开始清洁，沿路径到达‘角落目标点’进行清洁工作，最后继续沿路径到达‘终点’离开。

常规情况下，洗地机遇到角落后沿最小转弯半径清洁并离开，导致角落顶点附近区域产生一处未清洁区域A₁可计算得：

在本方法中，洗地机沿本方法规划的路径清洁角落后，遗漏的角落未清洁区域A₂可计算得：

在一个实例里，车宽x＝0.5米，车长为2倍车宽(1.0米)；离墙间隙为0.25倍车宽(0.125米)；

角落角度θ＝90°。

若扫地车遇到角落，

a)直接清洁并转向离开角落，会产生的未清洁区域A₁＝0.71m²

b)沿本方法规划的路径清洁过后，遗留的未清洁A₁＝0.27m²

对比常规情况，本方法消除了之前情景72％的未清扫区域，显著提升了清洁的覆盖面积；

任意差速转向洗地机，在平面上可以用一个矩形来简化其碰撞约束；

图2的左边图中无人洗地机遇到角落转向离开后，产生未清扫区域；

图2的右边图中循迹本发明规划的路径以后，未清扫区域减少70％。

本发明为任意差速转向洗地机生成一个标准简化模型；

对前述标准简化模型，(结合角落的信息，进行坐标系式定位和导航)进行模板式的路径规划；

路径规划由5个部分顺序拼接而成；

使得洗地机能够从点P1循迹到达P2，并离开；

结果表明，本发明增大了无人洗地机在角落场景的清洁面积。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据洗地机的尺寸，建立标准化的平面数学模型；

步骤二：确定洗地机的原地转向半径；

步骤三：确定一个离墙安全间隙；

步骤四：根据安全间隙的值确定一个最小转弯半径，并缠绕在收卷机上；

步骤五：以角落顶点为原点确定一个坐标系；

步骤六：根据角落的角度值为洗地机规划一条路径清洁角落。

2.根据权利要求1所述的增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据洗地机的尺寸，建立平面洗地机平面模型：

已知某洗地机长宽，记车身最大宽度处长度为x；取x作为标准洗地机平面模型的车宽；量出其单侧转向轮到车前端面、后端面的距离；

步骤二：确定洗地机的原地转向半径r；洗地机差速转向，其原地转向的半径由机体尺寸确定：

x、a为常数；

步骤三：确定一个离墙安全间隙，安全间隙定为b倍车宽x，b为常数；

步骤四：根据安全间隙的值确定一个最小转弯半径R；安全间隙预留后，沿墙边的洗地机在此间隙下能够实现的最小转弯半径即确定

3.根据权利要求2所述的增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法，其特征在于，步骤五：以角落顶点为原点确定一个坐标系xOy，定义起点、角落目标点、终点三个路径中间点；在坐标系中xOy，起点的坐标为

角落目标点的坐标为

终点的坐标为

步骤六：根据角落的角度值θ为洗地机规划一条路径清洁角落；这条路径使洗地机从起点出发，并进到角落目标点实施清洁，然后到达终点离开角落；这条路径由直行一、圆弧一、原地旋转、圆弧二、直行二按顺序拼接组成；洗地机从起点沿直行一与圆弧一行进到达角落清洁点，在角落清洁点实施‘原地旋转’，清洁完毕后沿圆弧二与直行二到达终点；

判断：角θ是否大于

根据角度的情况选择对应的路径规划方案。

4.根据权利要求3所述的增大角落清洁面积的无人洗地机路径规划方法，其特征在于，根据角落的角度值θ为洗地机规划一条路径清洁角落：

若角θ小于θ₁：

直行一为洗地机沿当前方向直行长度d₁，

圆弧一为洗地机沿一个半径为R_C的圆转过

角度，

原地旋转为洗地机原地沿顺时针方向转过

角度，

圆弧二为洗地机沿半径为R_C的圆转过

直行二为洗地机沿当前方向直行长度d₂，

若角θ大于θ₁：

直行一为洗地机沿当前方向的反方向后退长度d₁，

圆弧一为洗地机沿一个半径为R_C的圆转过

角度，

原地旋转为洗地机原地沿逆时针方向转过

角度，

圆弧二为洗地机沿半径为R_C的圆转过

直行二为洗地机沿当前方向后退长度d₂，

5.一种路径规划系统，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，其特征在于；所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一所述的方法步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一所述的方法步骤。

Images