CN115113616A - 一种路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种路径规划方法，涉及建筑装修技术领域。路径规划方法包括：将待处理区域划分为多个矩形区域，相邻的两个矩形区域之间部分重叠。将每个矩形区域划分为一个地面矩形处理区域和四个墙角矩形处理区域。以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线，确定每个处理区域的拐点，确定各个拐点在局部坐标系的坐标。根据各个拐点在局部坐标系的坐标，计算出各个拐点在全局坐标系下的坐标。根据全局坐标系下的坐标对待处理区域进行处理。地面处理设备采用该方法规划的路径作业，基本实现了全覆盖处理。

Description

一种路径规划方法

技术领域

本申请涉及建筑装修技术领域，具体而言，涉及一种路径规划方法。

背景技术

地面灰浆清理机器人是一种室内智能清理砂浆腻子等凝固粘附物的建筑机器人。机器人具有地面处理刀具和墙角处理刀具，分别用于处理地面上远离墙角的位置和靠近墙角的位置。由于机器人作业方式的特殊性，现有的全覆盖路径规划方法并不能很好的满足地面灰浆清理机器人的作业需求，所以为了更好的清理施工场地，需要根据灰浆清理机器人的处理方式以及处理头结构设计一套适用于该机器人的全覆盖路径规划方法。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种路径规划方法，其旨在改善相关技术中全覆盖路径规划方法不能很好的满足灰浆清理机器人的作业需求的问题。

本申请实施例提供了一种路径规划方法，该路径规划方法包括：初步划分：将待处理区域划分为多个矩形区域，相邻的两个矩形区域之间部分重叠。二次划分：将每个矩形区域划分为一个地面矩形处理区域和四个墙角矩形处理区域，地面矩形处理区域位于矩形区域的中间，四个墙角矩形处理区域分别位于地面矩形处理区域的四周。确定处理坐标：以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线，分别确定每个处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h和宽度w，确定每个处理区域较短边上的拐点的个数N。利用公式：

x_i＝[1-i％2]dx+x_i-1；

Y_i＝α·dy+y_i-1；

d_x＝w/(N-1)；

d_y＝h；

(x₀，y₀)＝(0，0)；

其中：

当i为偶数α＝0；

当i为奇数且

当i为奇数且

计算出每个处理区域的中各个拐点在局部坐标系的坐标。坐标变换：根据各个拐点在局部坐标系的坐标，计算出各个拐点在全局坐标系下的坐标。根据全局坐标系下的坐标对待处理区域进行处理。

地面处理设备采用该路径规划方法进行作业后，除了两面墙的阴角部分有一定的未覆盖区域，其余区域均可以覆盖到，基本实现了全覆盖处理。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线前，确定地面处理设备的地面处理刀具的有效长度d。根据地面处理刀具的有效长度d，划定行进路线，使得相邻路线的有效处理宽度有Z_1min重合。在地面处理设备进行直线行走处理过程中，由于处理刀具与地面有较大的相互作用力再加上导航精度存在一定误差，底盘实际行走轨迹会与预定轨迹产生一定程度偏离，从而导致处理区域与理想区域有偏差，甚至遗漏掉部分区域，为解决该问题，在路径规划中让相邻两条路线的有效处理宽度有Z_1min重合，从而减少因为底盘偏离预定轨迹所产生的处理区域的遗漏。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在确定每个处理区域较短边上的拐点的个数N时，计算出处理区域较短边上相邻的两个拐点间的最大距离d_xmax＝d-Z_1min，通过公式N_min＝w/dx_max+1计算出最小的拐点的个数，对N_min向上取整得到实际的拐点的个数N。采用该方法，在保证相邻路线的有效处理宽度有Z_1min重合的同时，能够快速确定拐点的个数。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在将每个矩形区域划分为一个地面矩形处理区域和四个墙角矩形处理区域时，预留地面处理设备的底盘边缘离墙面的安全距离e。通过预留安全距离e，避免地面处理设备在运行过程中与墙面发生碰撞。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在将每个矩形区域划分为一个地面矩形处理区域和四个墙角矩形处理区域时，确定矩形区域的长度L₁，宽度L₂，地面处理设备的地面处理刀具的边缘距底盘两个边缘的距离分别为m，n，刀具中心离底盘两个边缘的距离分别为a，b，地面矩形处理区域的面积为S＝(L₂-2e-2m)(L₁-2e-2a)。采用该方式，能够快速确定出地面矩形处理区域的面积，以便于对地面矩形处理区域进行划分。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，地面矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h₁＝L₁-2(a+e)，地面矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的宽度w₁＝L₂-2(b+e)。根据已知地面处理设备的数据，可推算出地面矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度和宽度，便于确定拐点个数。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，每个地面矩形处理区域与墙角矩形处理区域具有宽度为Z_2min的重合区域。在地面处理设备进行直线行走处理过程中，由于处理刀具与地面有较大的相互作用力再加上导航精度存在一定误差，底盘实际行走轨迹会与预定轨迹产生一定程度偏离，从而导致处理区域与理想区域有偏差，甚至遗漏掉部分区域，为解决该问题，在路径规划中让每个地面矩形处理区域与墙角矩形处理区域具有宽度为Z_2min的重合区域，从而减少因为底盘偏离预定轨迹所产生的处理区域的遗漏。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在将每个矩形区域划分为一个地面矩形处理区域和四个墙角矩形处理区域时，确定地面处理设备的墙角处理刀具的长度L₃，得到墙角矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h₂＝L₂-2(b+e)，墙角矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的宽度w₂＝e+a+Z_2min-L₃。采用该方法，可以确定墙角矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度和宽度，便于对划分。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在根据全局坐标系下的坐标对待处理区域进行处理时，先对地面矩形处理区域进行处理，再对墙角矩形处理区域进行处理。首先采用地面处理刀具进行地面矩形处理区域地处理，处理路径采用走弓字形边走边打的方式，待地面矩形处理区域处理完成后，砂浆腻子等凝固粘附物已经明显减少。此时再对导航要求高的墙角矩形处理区域进行作业，处理时，地面处理设备不易受砂浆腻子等凝固粘附物影响，实际行走路径与预定行走路径的偏差较小，处理效果更好。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，在进行坐标变换时，先确定每个处理区域内局部坐标系的原点在全局坐标系下的坐标，再进行坐标转换。这样，在进行坐标转化时较为方便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的路径规划方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的待处理区域的示意图；

图3为对图1中待处理区域进行初步划分后的示意图；

图4为地面矩形处理区域的划分示意图；

图5为对地面矩形处理区域的路径规划示意图；

图6为对墙角矩形处理区域的路径规划示意图。

图标：100-待处理区域；200-矩形区域；210-地面矩形处理区域；220-墙角矩形处理区域；211-拐点；300-地面处理设备；310-底盘；320-地面处理刀具；330-墙角处理刀具。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

请参照图1，配合参照图2和图3，本实施例提供了一种路径规划方法，该路径规划方法包括：初步划分S1：将待处理区域100划分为多个矩形区域200，相邻的两个矩形区域200之间部分重叠。二次划分S2：将每个矩形区域200划分为一个地面矩形处理区域210和四个墙角矩形处理区域220，地面矩形处理区域210位于矩形区域200的中间，四个墙角矩形处理区域220分别位于地面矩形处理区域210的四周。确定处理坐标S3：以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线，分别确定每个处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h和宽度w，确定每个处理区域较短边上的拐点211的个数N。利用公式：

x_i＝[1-i％2]dx+x_i-1；

Y_i＝α·dy+y_i-1；

d_x＝w/(N-1)；

d_y＝h；

(x₀，y₀)＝(0，0)；

其中：

当i为偶数α＝0；

当i为奇数且

当i为奇数且

计算出每个处理区域的中各个拐点211在局部坐标系的坐标。坐标变换S4：根据各个拐点211在局部坐标系的坐标，计算出各个拐点211在全局坐标系下的坐标。根据全局坐标系下的坐标对待处理区域100进行处理S5。

请参照图2，下面以图2中所示的待处理区域100为例进行介绍。请参照图3，首先对待处理区域100进行初步划分S1，具体来说，将待处理区域100划分为多个矩形区域200，相邻的两个矩形区域200之间部分重叠。结合到图3中，将待处理区域100划分为两个矩形区域200(图3中粗实线示出的矩形)，两个矩形区域200之间有部分重叠。请参照图3，在本实施例中，两个矩形区域200的相邻的边有x_min的重合，以使处理时尽可能能够覆盖待处理区域100。

之后进行二次划分S2，在将每个矩形区域200划分为一个地面矩形处理区域210和四个墙角矩形处理区域220时，预留地面处理设备300的底盘310边缘离墙面的安全距离e。通过预留安全距离e，避免地面处理设备300在运行过程中与墙面发生碰撞。

以图3中的一个矩形区域200为例，进行地面矩形处理区域210的路径规划。确定矩形区域200的长为L₁，宽为L₂，地面处理设备300的地面处理刀具320的边缘距离底盘310边缘的距离分别为m，n。地面处理刀具320中心离底盘310两个边缘的距离分别为a，b。考虑到前面的安全距离e，则地面矩形处理区域210内的有效处理面积为S＝(L₂-2e-2m)(L₁-2e-2a)，如图4中虚线围成的矩形。

以底盘310的几何中心所在坐标为地面处理设备300路径坐标，连接图4中四个位置的几何中心，即可得到地面矩形处理区域210内地面处理设备300要作业的弓字形路线围成的矩形。请参照图5，以弓字形路线对地面矩形处理区域210划定行进路线，确定矩形的较短边上的拐点211的个数N，图5中的10个圆点即为拐点211，图5中较短边上的拐点211的个数为5个。

地面矩形处理区域210的弓字形路线围成的矩形的长宽分别为h₁，w₁，在矩形一短边的拐点211的个数为N₁，地面处理刀具320的长度为d＝b-m，在图5中，N₁＝5,则弓字形路线的总拐点211数为2N₁。地面处理刀具320的刀具中心与地面处理设备300的底盘310的中心重合，则h₁＝L₁-2(a+e),w₁＝L₂-2(b+e),由图5可知长边h上两个拐点211的距离d_y1＝h₁,短边w₁上相邻两个点位的距离为d_x1，为了保证相邻路线上刀具有Z_1min的重合，所以最大的dx₁为d_x1max＝d-Z_1min,N_1min＝w₁/dx_1max+1,将N_1min向上取整即可得到实际的N₁，则d_x1的实际值为w₁/(N₁-1)，从左下角起点走弓字形连接所有的2N₁个拐点211，即可得到矩形区域200内的地面矩形处理区域210的处理路径，如图5中箭头所示：地面处理设备300以矩形左下角为起点，从一个长边开始，沿着该边开始作业，移动时沿着矩形长边走弓字形路线，遇到短边则停止处理，收起刀具后横移一段距离dx₁后开始处理下一个长边。

处理完地面矩形处理区域210后，地面处理设备300开始处理墙角矩形处理区域220。如图6所示取一面墙为例，作业时地面处理设备300伸出墙角处理刀具330将刀具紧贴墙面。刀具宽度为L₃，由于地面处理刀具320在底盘310的中心，不能完全覆盖地面所有区域，在墙面附近的地面无法用地面处理刀具320处理，所以需要墙角处理刀具330进行墙附近的地面处理。墙角处理刀具330在一面墙的墙角矩形处理区域220如图6中的虚线矩形框所示。墙角矩形处理区域220与地面矩形处理区域210还要有Z_2min的重合。根据墙角矩形处理区域220即可确定地面处理设备300的墙角处理刀具330的作业路径如图6箭头所示(确定方法与地面处理刀具320相同，在此不再赘述)。设弓字形路线围成的矩形的长宽分别为h₂，w₂,由地面处理设备300的尺寸数据可以算得矩形的长边h₂＝L₂-2(e+b),w₂＝e+a+Z_2min-L₃，已知在墙角矩形处理区域220内地面处理设备300要作业的弓字形路线围成的矩形的长宽分别为h₂，w₂，在弓字形路线围成的矩形一短边的拐点211个数为N₂，则弓字形路线的总点数为2N₂，由图6可知长边h₂两个点位的距离dy₂＝h₂，短边w₂上相邻两个点位的距离为d_x2，为了保证相邻路线上刀具有Z_1min的重合，所以最大的d_x2为dx_2max＝L₃-Z_1min,N_2min＝w₂/dx_2max+1,将N_2min向上取整即可得到实际的N₂，则d_x2的实际值为w₂/(N₂-1)，从左上角起点走弓字形连接所有的2N₂个拐点211，即可得到墙角矩形处理区域220内的墙角处理路径。

由上述的路径生成规则我们可以发现，普遍情况下在一个四面都是墙的矩形区域200内将要进行5次弓字形点位计算，分别是中间的地面矩形处理区域210和周围四个墙角矩形处理区域220，将五次路径的计算用同一公式进行归纳，已知单个处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h与宽度w,沿w建立x轴，沿h建立y轴，根据上述的方法计算dx，dy和N。矩形左下角第一个点设为原点，(x₀,y₀)＝(0,0)，则路径的列表：

[(x₀,y₀),(x₁,y₁),…,(x_2n-1,y_2n-1)]；

可以根据如下公式计算

x_i＝[1-i％2]dx+x_i-1；

y_i＝α·dy+y_i-1；

其中：

当i为偶数α＝0；

当i为奇数且

当i为奇数且

另外，需要说明的是，这里i％2表示i除以2的余数。

将该列表中的每一个坐标乘上局部坐标系相对于全局坐标系的变换矩阵即可得到拐点211在全局坐标系下的坐标值。

本实施例提供了一种路径规划方法，该路径规划方法包括：初步划分S1：将待处理区域100划分为多个矩形区域200，相邻的两个矩形区域200之间部分重叠。二次划分S2：将每个矩形区域200划分为一个地面矩形处理区域210和四个墙角矩形处理区域220，地面矩形处理区域210位于矩形区域200的中间，四个墙角矩形处理区域220分别位于地面矩形处理区域210的四周。确定处理坐标S3：以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线，分别确定每个处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h和宽度w，确定每个处理区域较短边上的拐点211的个数N。利用公式：

x_i＝[1-i％2]dx+x_i-1；

Y_i＝α·dy+y_i-1；

d_x＝w/(N-1)；

d_y＝h；

(x₀，y₀)＝(0，0)；

其中：

当i为偶数α＝0；

当i为奇数且

当i为奇数且

计算出每个处理区域的中各个拐点211在局部坐标系的坐标。坐标变换S4：根据各个拐点211在局部坐标系的坐标，计算出各个拐点211在全局坐标系下的坐标。根据全局坐标系下的坐标对待处理区域100进行处理S5。在以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线前，确定地面处理设备300的地面处理刀具320的有效长度d。根据地面处理刀具320的有效长度d，划定行进路线，使得相邻路线的有效处理宽度有Z_1min重合。在确定每个处理区域较短边上的拐点211的个数N时，计算出处理区域较短边上相邻的两个拐点211间的最大距离d_xmax＝d-Z_1min，通过公式N_min＝w/dx_max+1计算出最小的拐点211的个数，对N_min向上取整得到实际的拐点211的个数N。在将每个矩形区域200划分为一个地面矩形处理区域210和四个墙角矩形处理区域220时，预留地面处理设备300的底盘310边缘离墙面的安全距离e。在将每个矩形区域200划分为一个地面矩形处理区域210和四个墙角矩形处理区域220时，确定矩形区域200的长度L₁，宽度L₂，地面处理设备300的地面处理刀具320的边缘距底盘310两个边缘的距离分别为m，n，刀具中心离底盘310两个边缘的距离分别为a，b，地面矩形处理区域210的面积为S＝(L₂-2e-2m)(L₁-2e-2a)。地面矩形处理区域210的弓字形路线围成的矩形的长度h₁＝L₁-2(a+e)，地面矩形处理区域210的弓字形路线围成的矩形的宽度w₁＝L₂-2(b+e)。每个地面矩形处理区域210与墙角矩形处理区域220具有宽度为Z_2min的重合区域。

在将每个矩形区域200划分为一个地面矩形处理区域210和四个墙角矩形处理区域220时，确定地面处理设备300的墙角处理刀具330的长度L₃，得到墙角矩形处理区域220的弓字形路线围成的矩形的长度h₂＝L₂-2(b+e)，墙角矩形处理区域220的弓字形路线围成的矩形的宽度w₂＝e+a+Z_2min-L₃。在根据全局坐标系下的坐标对待处理区域100进行处理时，先对地面矩形处理区域210进行处理，再对墙角矩形处理区域220进行处理。在进行坐标变换S4时，先确定每个处理区域内局部坐标系的原点在全局坐标系下的坐标，再进行坐标转换。这样，在进行坐标转化时较为方便。地面处理设备300采用该路径规划方法进行作业后，除了两面墙的阴角部分有一定的未覆盖区域，其余区域均可以覆盖到，基本实现了全覆盖处理。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种路径规划方法，其特征在于，所述路径规划方法包括：

初步划分：将待处理区域划分为多个矩形区域，相邻的两个所述矩形区域之间部分重叠；

二次划分：将每个所述矩形区域划分为一个地面矩形处理区域和四个墙角矩形处理区域，所述地面矩形处理区域位于所述矩形区域的中间，四个所述墙角矩形处理区域分别位于所述地面矩形处理区域的四周；

确定处理坐标：以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线，确定每个处理区域的拐点，确定各个所述拐点在局部坐标系的坐标；

坐标变换：根据各个所述拐点在局部坐标系的坐标，计算出各个拐点在全局坐标系下的坐标；

根据全局坐标系下的坐标对待处理区域进行处理。

2.根据权利要求1所述路径规划方法，其特征在于，在确定处理坐标的步骤中，分别确定每个处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h和宽度w；确定每个处理区域较短边上的拐点的个数N，利用公式：

x_i＝[1-i％2]dx+x_i-1；

Y_i＝α·dy+y_i-1；

d_x＝w/(N-1)；

d_v＝h；

(x₀，y₀)＝(0，0)；

其中：

当i为偶数α＝0；

当i为奇数且

当i为奇数且

计算出每个处理区域的中各个所述拐点在局部坐标系的坐标。

3.根据权利要求2所述路径规划方法，其特征在于，在以弓字形路线对每个处理区域划定行进路线前，确定地面处理设备的地面处理刀具的有效长度d，根据地面处理刀具的有效长度d，划定行进路线，使得相邻路线的有效处理宽度有Z_1min重合。

4.根据权利要求3所述路径规划方法，其特征在于，在确定每个处理区域较短边上的所述拐点的个数N时，计算出处理区域较短边上相邻的两个拐点间的最大距离d_xmax＝d-Z_1min，通过公式N_min＝w/dx_max+1计算出最小的所述拐点的个数，对N_min向上取整得到实际的所述拐点的个数N。

5.根据权利要求1-4任一项所述路径规划方法，其特征在于，在将每个所述矩形区域划分为一个所述地面矩形处理区域和四个所述墙角矩形处理区域时，预留地面处理设备的底盘边缘离墙面的安全距离e。

6.根据权利要求5所述路径规划方法，其特征在于，在将每个所述矩形区域划分为一个所述地面矩形处理区域和四个所述墙角矩形处理区域时，确定所述矩形区域的长度L₁，宽度L₂，地面处理设备的地面处理刀具的边缘距底盘两个边缘的距离分别为m，n，地面处理刀具中心离底盘两个边缘的距离分别为a，b，地面矩形处理区域的面积为S＝(L₂-2e-2m)(L₁-2e-2a)。

7.根据权利要求5所述路径规划方法，其特征在于，所述地面矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h₁＝L₁-2(a+e)，所述地面矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的宽度w₁＝L₂-2(b+e)。

8.根据权利要求6所述路径规划方法，其特征在于，每个所述地面矩形处理区域与所述墙角矩形处理区域具有宽度为Z_2min的重合区域。

9.根据权利要求7所述路径规划方法，其特征在于，在将每个所述矩形区域划分为一个所述地面矩形处理区域和四个所述墙角矩形处理区域时，确定地面处理设备的墙角处理刀具的长度L₃，得到所述墙角矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的长度h₂＝L₂-2(b+e)，所述墙角矩形处理区域的弓字形路线围成的矩形的宽度w₂＝e+a+Z_2min-L₃。

10.根据权利要求1所述路径规划方法，其特征在于，在根据全局坐标系下的坐标对待处理区域进行处理时，先对所述地面矩形处理区域进行处理，再对所述墙角矩形处理区域进行处理。

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