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移动机器人沿墙高效遍历是指:移动机器人能够根据室内环境中墙体的基本结构,沿着墙体,并与墙体保持一定距离的移动,在整个沿墙过程中,不会出现路径易重复、不能完全遍历等问题。
背景介绍
在室内环境中,墙体是最基本的结构之一。沿墙走是指机器人能够沿着室内环境中墙体的基本轮廓,并与墙体保持一定距离的移动。这可以看成是移动机器人的低层行为,当与其他高层的智能行为相结合时,就可以完成一些复杂的任务。而对于室内移动机器人来讲,能否沿墙高效遍历是分辨室内移动机器人能力的重要条件。在许多情况下,都需要机器人具备沿墙走这一功能,地图的构建、路径规划、避障等。
虽然目前国内外专家对室内移动机器人沿墙走的研究已有很多,但大多存在一定的缺点,比如算法过于复杂、路径冗余、效率低等。
图1 移动机器人环境运动状态
如何解决现有算法存在的缺陷?
本文采用室内未知环境下结合历史状态的机器人沿墙高效遍历研究来解决这些问题。根据移动机器人上传感器的对障碍物的反馈,判断移动机器人当前位置的前方、左方以及右方是否存在障碍物,并根据障碍物的存在位置描述移动机器人的运动环境状态。由移动机器人的上一个周期历史环境运动状态(分8类)、当前环境运动状态(分8类)和旋向信息(分2类)建立运动规则库,沿墙行走时移动机器人时时采集这三类信息(上一个周期历史环境运动状态、当前环境运动状态和旋向信息)决定移动机器人当前的运动方向,如此循环直到完成指定的沿墙任务。最后对该算法进行了仿真与实际实验,实验结果证明该算法可以在不同的、复杂的环境中高效、快速地完成沿墙走的任务,并且对室内未知环境有很好的适应性。
(a)
(b)
图2 空环境下采用本文所提算法(a)与未采用算法(b)对比图
引用格式:蒋林, 张燕飞, 朱建阳, 雷斌, 王翰, 高旭敏. 结合历史运动状态的机器人高效沿墙算法研究. 自动化学报, 2020, 46(6): 1166−1177
链接:http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c190365
作者简介
蒋 林
武汉科技大学教授、博士. 2016年1月至2017年1月在英国朴茨茅斯大学访学一年. 主要研究方向为室内移动机器人地图构建、定位、导航及液压机器人研究.
E-mail: jianglin76@wust.edu.cn
张燕飞
武汉科技大学硕士研究生.主要研究方向为移动机器人高效沿墙与导航算法研究. 本文通信作者.
E-mail: 15671553653@163.com
朱建阳
武汉科技大学机械自动化学院副教授. 2014 年于哈尔滨工业大学 流体机械及工程专业获得工学博士学位. 主要研究方向为扑翼空气动力学,流固耦合分析和流体动力学.
E-mail: zhujy@wust.edu.cn
雷 斌
武汉科技大学副教授、博士. 2017年5月至2018年5月在美国休斯顿大学访学一年.主要研究方向为群体机器人,编队控制,一致性方法.
E-mail: leibin@wust.edu.cn
王 翰
武汉科技大学硕士研究生.主要研究方向为移动机器人定位.
E-mail: 15071309504@163.com
高旭敏
武汉科技大学硕士研究生. 主要研究方向为移动机器人定位与建图.
E-mail: 15071460998@163.com
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