专利名称：一种用于移动平台在未知区域的覆盖方法
技术领域：
本发明涉及移动平台，特别是移动平台在未知区域的覆盖方法。
背景技术：
移动平台在未知区域的路径规划一直是移动平台领域中重点和难点，由于在未知区域中可能存在障碍，因此移动平台不能对该区域实现全面覆盖。针对上述问题，中国专利ZL02137830. 4公开了一种智能吸尘器的路径规划方法，其通过确定未知区域边界后再对边界内的区域进行覆盖清扫，但其在未知区域内存在障碍时，先对障碍的边界进行确认，再执行清洁动作，算法非常复杂，同时智能吸尘器多次重复已清洁的区域，降低了智能吸尘器的清洁效率；中国专利申请号为201010106562. 6的专利文献中公布了一种基于中国专利ZL02137830.4的技术方案的改进方案，其通过补偿未覆盖区域的方式来达到对整个区域的覆盖，但这种方案重复覆盖率较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于移动平台在未知区域的覆盖方法，该方法具可将未知区域完全覆盖且重复覆盖率较低。本发明所要解决的技术问题由以下技术方案予以解决。一种用于移动平台在未知区域的覆盖方法，其特征在于预先建立一个包括起始点、X轴方向和Y轴方向的二维虚拟地图，所述二维地图由标记为未遍历区域的大小相同的矩形子区域构成，所述方法包括I)移动平台进入未知区域时，将移动平台的当前位置与虚拟地图的起始点所在的子区域对应，将移动平台当前运动方向设定为虚拟地图中的坐标轴的某一方向；2)将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域标记为已遍历子区域，将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的相邻子区域标记为目标子区域，将目标子区域中具有障碍的区域对应的子区域标记为障碍子区域；3)将移动平台移动至目标子区域对应的区域中；4)将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域标记为已遍历子区域，将虚拟地图中未遍历的、与移动平台当前位置对应的子区域的相邻子区域标记为目标子区域，将目标子区域中具有障碍的区域对应的子区域标记为障碍子区域；5)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的X-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤6)；6)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的Y+方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤7)；7)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的Y-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤8)；8)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的X-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤9)；9)搜寻目标子区域，确定唯一目标子区域并将移动平台移动至该目标子区域；10)重复步骤3)至步骤9)直到没有目标子区域。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤9)中包括9-1)将虚拟地图中、与移动平台当前位置对应的子区域标记为死角子区域。9-2)在已遍历子区域和目标子区域中建立位势图，所述死角子区域的位势值为最闻或最低。9-3)选择与死角子区域的位势值之差最小的目标子区域作为选定的目标子区域。9-4)将移动平台按照位势值从高到低或者从低到高、依次从虚拟地图中的已遍历子区域对应的区域移动至选定的目标子区域对应的区域。可选地，所述选定的目标子区域为与死角子区域位势值之差最小的目标子区域。可选地，所述选定的目标子区域为从虚拟地图左下角从下到上按列顺序搜索依次搜索到的第一个目标子区域。优选地，所述虚拟地图中的子区域为正方形。本发明与现有技术对比的有益效果是本发明方法通过建立一个由相同的矩形子区域构成的虚拟地图，并将虚拟地图移动平台要遍历的未知区域对应，在虚拟地图中将各个子区域划分未遍历子区域、已遍历子区域、障碍于区域以及目标子区域，通过搜寻目标子区域的方式来实现对虚拟地图中的所有子区域的探索与覆盖，特别是通过建立位势图，可有效减少重复覆盖率，提高了移动平台的覆盖效率。
图1是本发明方法的流程图；图2是本发明实施例中的虚拟地图中各子区域的初始状态值；图3是移动平台进入未知区域时的示意图；图4是图2中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；图5是移动平台进入到目标子区域后的轨迹示意图；图6是图5中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；图7是移动平台在X-方向运动遇到障碍时轨迹示意图；图8是图7中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；图9是移动平台在Y+方向运动遇到障碍时轨迹示意图；图10是图7中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；图11是移动平台在另一位置时轨迹示意图；图12是图11中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；图13是移动平台在进入第一个死角区域后的轨迹示意图；图14是图13中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；；图15是图14中的移动平台在实施例1中选择目标子区域的示意图；图16是在虚拟地图中以图14中的死角子区域为中心建立的位势图；图17是移动平台在实施例1中进入第二个死角区域后的轨迹示意图18是图17中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；；图19是图18中的移动平台在在实施例1中选择目标子区域的示意图；图20是在虚拟地图中以图18中的死角子区域为中心建立的位势图；图21是移动平台在实施例1中进入第三个死角区域后的轨迹示意图；图22是图21中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；；图23是图22中的移动平台在实施例1中选择目标子区域的示意图；图24是在虚拟地图中以图22中的死角子区域为中心建立的位势图；图25是移动平台在实施例1中完成未知区域遍历后的轨迹示意图；图26是图25中的移动平台在虚拟地图中的示意图；图27是图14中的移动平台在实施例1中的选择目标子区域的示意图；图28是图14中的移动平台以图14中的死角子区域为中心建立的位势图；图29是移动平台在实施例2中进入第二个死角区域后的轨迹示意图；图30是图29中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；；图31是图30中的移动平台在实施例2中选择目标子区域的示意图；图32是在虚拟地图中以图30中的死角子区域为中心建立的位势图；图33是移动平台在实施例2中进入第三个死角区域后的轨迹示意图；图34是图33中的移动平台在虚拟地图中对应位置的示意图；；图35是图34中的移动平台在实施例2中选择目标子区域的示意图；图36是在虚拟地图中以图34中的死角子区域为中心建立的位势图；图37是移动平台在实施例2中完成未知区域遍历后的轨迹示意图；图38是图37中的移动平台在虚拟地图中的示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实现本发明方法的移动平台需要至少包括以下几个功能模块驱动系统用于使移动平台发生位移，可以是如清洁机器人的驱动轮，也可以是如仿生学中的动物(包括人类)的行走机构。障碍探测系统用于探测移动平台周围障碍并在感知到障碍后生成障碍信号传输给移动平台的控制系统，包括非接触式传感器的如红外传感器、超声波传感器等，以及接触式传感器如电压传感器、机械式开关传感器等。相对定位系统用于确定一段时间后，移动平台在移动后的所在区域相对移动前所在区域的相对位置，包括方向及距离，如可使用惯性导航系统，通过计算移动平台的加速度积分(使用加速度计)、角速度积分(使用陀螺仪)来获得相关信息，或者使用安装在移动平台驱动轮上的编码盘来计算行走轮的移动距离来确定相对位置。地图存储系统建立一个由多个子区域组成的足够大的虚拟地图，并存储各个子区域的信息，可使用应用比较广泛的存储芯片或者内存，用一个字节的数据代表一个子区域的信息用O表示未遍历子区域，用I表示已遍历子区域，用2表示障碍子区域，用A表示目标子区域。此外，地图存储系统还可将未遍历子区域的信息由O更改为I (已遍历子区域)、2 (障碍子区域)或A (目标子区域)，将目标子区域A更改为I (已遍历子区域)，然后储存并更新虚拟地图。本实施例中的信息标记O，1，2，A仅是为了可以区分表示各子区域的状态，可以使用任意字符或数据代表不同的区域，只要能被地图存储系统识别即可。控制系统用于控制移动平台的整体工作状态包括使移动平台执行预定的动作，根据障碍探测系统反馈的信息控制驱动系统改变移动平台的运动及运动方向等。实施例1 :本发明实施例1提供了一种用于移动平台在未知区域的覆盖方法，预先在移动平台的地图存储系统内建立一包括起始点、X轴方向和Y轴方向的二维虚拟地图，所述二维地图由标记为未遍历区域的大小相同的矩形子区域构成，本实施例中的子区域为优选为正方形，移动平台在虚拟地图中的大小与正方形子区域大致相同，也就是正方形子区域刚好能容纳移动平台。如图2所示，在地图存储系统在其内部建立一个足够大、足够多子区域的虚拟地图，因此移动平台在实际的未知区域中的每个位置都有一个在虚拟地图中的子区域与其对应。虚拟地图建立后，所有子区域均标记为0，即未遍历区域。请参考图1，为该方法的流程示意图，该方法可以包括S1:移动平台进入未知区域时，将移动平台的当前位置与虚拟地图的起始点所在的子区域对应，将移动平台当前运动方向设定为虚拟地图中的坐标轴的某一方向。图3为本实施例中的移动平台在进入未知区域的示意图，其中，虚线标记是便于技术人员理解实际区域的划分并将其与虚拟地图中的子区域进行对应，即移动平台在实际的未知区域中的每个位置都有一个在虚拟地图中的子区域与其对应。其中，图3中的黑色区域表示具有障碍的区域或边界区域，白色区域表明移动平台可以通过的区域。本实施例中将移动平台进入未知区域的运动方向与虚拟地图中的Y+方向对应，主要是方便移动平台在虚拟地图中的定位，也可将移动平台进入未知区域的运动方向与地图中的其他方向，比如X-，X+，Y-对应。S2 :将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域标记为已遍历子区域，将虚拟地图中未遍历的、与移动平台当前位置对应的子区域的相邻子区域标记为目标子区域，将目标子区域中具有障碍的区域对应的子区域标记为障碍子区域。为了方便以后简洁描述，接下来的文字描述都将“虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域”简称为“当前子区域”，以便与图1中流程图的描述一致。相邻子区域指的是移动平台不需经过其他子区域而能到达的子区域，在本实施例中，由于子区域为正方形(其他非正方形的矩形也可以)，因此包括四个相邻子区域，该四个子区域都可被安装在移动平台上的障碍探测系统所探测到。如图4所示，在地图存储系统的虚拟地图中，把移动平台所在的子区域(圆圈所在的区域)标记为1，表明该子区域已被移动平台遍历，将探测到的具有障碍的子区域标记为2，将探测到的没有障碍但是移动平台没有遍历的子区域标记为A，其他子区域的标记不做变化，均标记为0，然后更新地图子区域信息并存储。S3 :将移动平台移动至目标子区域。移动平台从目标子区域中选择一个目标子区域并运动至该子区域，如图5所示，由于当前子区域X-方向为障碍子区域，因此移动平台沿着Y+方向移动至目标子区域。S4:将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域标记为已遍历子区域，将虚拟地图中未遍历的、与移动平台当前位置对应的子区域的相邻子区域标记为目标子区域。在移动平台进入到一个新的目标子区域对应的区域后，在虚拟地图中将当前子区域标记为1，将具有障碍的区域对应的与当前子区域相邻的子区域标记为2，将没有遍历且没有障碍的与当前子区域相邻的子区域标记为A，即目标子区域，移动平台可进入目标子区域对应的区域。在经过移动平台的探测系统的探测后，如图6所示，将与当前子区域相邻的子区域标记如下Y+方向的子区域标记为2 (障碍子区域)，X+方向标记为2 (障碍子区域)，X-方向标记为A。S5 :确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的X-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤6)。如图6所示，由于当前子区域的X-方向的子区域标记为A，即为目标子区域，因此进入步骤S3。重复步骤S3至S4后，移动平台移动至如图7所示的位置。如图8所示，由于当前子区域的X-方向的相邻子区域标记为2，即为障碍子区域，因此进入步骤S6。S6 :确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的Y+方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤S7。如图8所示，由于当前子区域的Y+方向的相邻子区域标记为A，即为目标子区域，因此进入步骤S3。重复步骤S3至S6后，移动平台移动至图9所示的区域。如图10所示，由于当前子区域的Y+方向的相邻子区域标记为2，即为障碍子区域，因此进入步骤S7。S7:确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的Y-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤S8。如图10所示，由于当前子区域的Y-方向的相邻子区域标记为1，即已遍历子区域，因此进入步骤S8。S8 :确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的X+方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则回到返回步骤3)，如果不是，则进入步骤9)。如图10所示，由于当前子区域的X+方向的相邻子区域标记为A，即目标子区域，因此返回步骤3)。移动平台移动至如图11所示的区域。重复步骤S4至S7，移动平台沿着Y-方向移动至图13所示的区域。此时，请参考图14，当前子区域的X-方向的相邻子区域标记为1，Y+方向的相邻子区域标记为1，Y-方向的相邻子区域标记为1，X+方向的相邻子区域标记为2，因此进入步骤S9。S9:搜寻目标子区域，确定唯一目标子区域并将移动平台移动至该目标子区域。本实施例中将按以下方法搜寻目标子区域9-1)将虚拟地图中、与移动平台当前位置对应的子区域标记为死角子区域。其中，死角子区域的特征为其相邻子区域全部标记为障碍子区域或已遍历子区域。9-2)在已遍历子区域和目标子区域中建立位势图，所述死角子区域的位势值为最闻或最低。请参考图15，在死角子区域的位势标记为100(最低)，其他已遍历子区域或目标子区域根据其与死角子区域的远近分别标记不同的位势值，这些子区域的位势值均高于100。当然，也可将死角子区域的位势值设为最低，其他子区域的位势值根据距离死角子区域的远近递减。9-3)选择与死角子区域的位势值之差最小的目标子区域作为选定的目标子区域。如图15所示，在死角子区域X+，Y+方向的目标子区域的位势值为102，其与死角子区域的位势值之差最小，因此将其作为选定的目标子区域，如图16所示的带有圈的目标子区域。9-4)将移动平台按照位势值从高到低或者从低到高、依次从虚拟地图中的已遍历子区域对应的区域移动至选定的目标子区域对应的区域。如图15所示，由于死角子区域的位势值最低，因此移动平台从位势值从低到高、依次经过子区域对应的区域移动至选定的目标子区域对应的区域。也就是说，在将移动平台运动至选定的目标子区域对应的区域时，只能从低位势值的区域移动至高位势值的区域。将移动平台移动至图16中所示的选定的目标子区域后，移动平台再重复步骤S3至S8直到移动平台运动至另外一个死角子区域对应的区域。如图17、图21所示，为本实施例中的移动平台移动至虚拟地图中的第二个、第三个死角子区域对应的区域时的轨迹示意图，然后按照步骤9-1)至9-4)寻找目标子区域，再重复步骤3)至步骤8)。其目标子区域的选定以及位势图的标记与在第一个死角子区域的过程相似，这里不再赘述，详细可参考附图18至附图20以及附图22至附图24如图25所示,为移动平台完成位置区域遍历后的轨迹示意图，如图26所示，由于虚拟地图中没有目标子区域，因此移动平台完成了整个未知区域的遍历。实施例2请参考图27至图38，为本发明的实施例2。本实施例与实施例1大体相同，不同的地方在于在子步骤9-3)中，选定的目标子区域为从虚拟地图左下角从左到右、从下到上按列顺序搜索依次搜索到的第一个目标子区域。也就算是说，在移动平台进入虚拟地图中的死角子区域对应的区域后，从虚拟地图最左下角(X-，Y-) 一列一列地从左到右边(从X-到X+)、从下到上(从Y-到Y+)依次搜索目标子区域直到搜索到目标子区域。如图27所示，首先搜索到死角子区域右下角的目标子区域，将其作为选定的目标子区域，即带有圆圈的目标子区域。如图28所示，已死角子区域为中心，在虚拟地图中的已遍历子区域和选定的目标子区域建立位势图，然后将移动平台按照步骤9-4)将其移动至搜索到的第一个目标子区域，再重复步骤3)步骤9)直到没有目标子区域。图29、图33分别为移动平台按照本实施例中的方式选定目标子区域进入死角子区域后的轨迹示意图。其目标子区域的选定以及位势图的标记可参考附图30至图32以及附图34至附图36如图37所示，为移动平台完成未知区域遍历后的轨迹示意图，请结合图38，虚拟地图中没有标记为A的子区域，即表示移动平台完成了整个未知区域的遍历。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
权利要求
1.一种用于移动平台在未知区域的覆盖方法，其特征在于预先建立一个包括起始点、X轴方向和Y轴方向的二维虚拟地图，所述二维地图由标记为未遍历区域的大小相同的矩形子区域构成，所述方法包括 1)移动平台进入未知区域时，将移动平台的当前位置与虚拟地图的起始点所在的子区域对应，将移动平台当前运动方向设定为虚拟地图中的坐标轴的某一方向； 2)将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域标记为已遍历子区域，将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的相邻子区域标记为目标子区域，将目标子区域中具有障碍的区域对应的子区域标记为障碍子区域； 3)将移动平台移动至目标子区域对应的区域中； 4)将虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域标记为已遍历子区域，将虚拟地图中未遍历的、与移动平台当前位置对应的子区域的相邻子区域标记为目标子区域，将目标子区域中具有障碍的区域对应的子区域标记为障碍子区域； 5)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的X-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤6)； 6)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的Y+方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤7)； 7)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的Y-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤8)； 8)确定虚拟地图中与移动平台当前位置对应的子区域的X-方向的相邻子区域是否为目标子区域如果是，则返回步骤3)，如果不是，则进入步骤9)； 9)搜寻目标子区域，确定唯一目标子区域并将移动平台移动至该目标子区域； 10)重复步骤3)至步骤9)直到没有目标子区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤9)中包括 9-1)将虚拟地图中、与移动平台当前位置对应的子区域标记为死角子区域。
9-2)在已遍历子区域和目标子区域中建立位势图，所述死角子区域的位势值为最高或最低。
9-3)选择与死角子区域的位势值之差最小的目标子区域作为选定的目标子区域。
9-4)将移动平台按照位势值从高到低或者从低到高、依次从虚拟地图中的已遍历子区域对应的区域移动至选定的目标子区域对应的区域。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述选定的目标子区域为与死角子区域位势值之差最小的目标子区域。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述选定的目标子区域为从虚拟地图左下角从下到上按列顺序搜索依次搜索到的第一个目标子区域。
5.如权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于所述虚拟地图中的子区域为正方形。
全文摘要
本申请提供一种用于移动平台在未知区域的覆盖方法，预先建立一标记为未遍历子区域构成的二维地图，包括移动平台进入未知区域时，将移动平台当前位置、运动方向与地图中起始点所在的子区域及某一方向对应；将与当前子区域标记为已遍历子区域，将与当前子区域相邻的未遍历子区域标记为目标子区域，将有障碍的目标子区域标记为障碍子区域；将移动平台移动至与目标子区域对应的区域中；在移动平台每到一个新的区域后依次检测X-、Y+、Y-、X+相邻子区域是否为目标子区域，如果是则进入该区域；重复上述步骤直到进入死角区域，再搜寻目标子区域并移动至对应区域。本申请提供的方法实现简单，覆盖率高且可降低移动平台在未知区域的重复覆盖率。
文档编号G05B13/04GK103064424SQ20121057192
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者肖双良, 刘振宇 申请人:深圳市银星智能科技股份有限公司