基于阿基米德螺线走法的全区域覆盖路径规划.pdf

《工业控制计算机》2018年第31卷第5期83

基于阿基米德螺线走法的全区域覆盖路径规划

PathPlanningoftheDistrictBoardBasedonArchimedes＇Spiral

王栋周可璞（上海大学机电工程与自动化学院，上海200072）

摘要：路径规划是移动机器人实现智能化自主运动的基础，全区域覆盖路径规划是移动机器人路径规划中的一种特殊

形式，在生产生活中应用广泛，如智能割草机器人、智能清洁机器人、生命探测机器人等。提出一种以阿基米德螺线为主要

行走方式，用直线循环往复的行走方式补充边角区域的路径规划方法。重点研究了覆盖矩形中间区域所用阿基米德螺线行

走方式。实验结果表明该方法简单有效，在无障碍的类圆形区域具有较好的适用性。

关键词：路径规划，全区域覆盖，阿基米德螺线

Abstract:ThispaperproposesapathplanningmethodthatusestheArchimedesspiralasthemainwayofwalkingand

complementsthecornerareawithstraight－linereciprocatingwalking．FocusingontheArchimedesspiralusedtocoverthe

middleoftherectangle．Experimentalresultsshowthatthemethodissimpleandeffective,andhasgoodapplicabilityinthe

unobstructedcircularareas．

Keywords:pathplanning,fullareacoverage,Archimedesspiral

本文主要是对割草机器人在无障碍环境下的矩形区域进行x＝rcosθ

（2）

全区域覆盖作业时的路径规划进行讨论。对割草机器人全区域y＝rsinθ

覆盖路径规划方案的选取要遵守一定的评价标准。在整个区域这说明，当用户输入割草范围R之后，系统可根据两臂距离

覆盖运行过程中的能量消耗要小，包括线性行走距离要短，转弯bc计算初始极径a，即割草起始位置，从而确定割草圈数。然后

次数要少。在完成全区域覆盖时要具有较高的覆盖率，较低的漏根据式（1）和（2），计算各个极角对应的极径r和笛卡尔坐标x、

割率和重复率。y，即割草路径上各个点的位置。

目前常用的全区域循环覆盖走法包括：随机式、直线往复式、接下来计算割草路径上各个点处的速度。标准阿基米德螺

直线向内循环式、直线向外循环式等。依据移动机器人全区域覆线定义角速率不变，而线速率可变，这显然不适用于此处。我们

盖评价标准，以上几种行走方式均有明显不足。随着控制技术的定义线速率v不变，而角速率ω可变。

不断发展，曲线路径运动已经可以被设计到全区域覆盖路径规划一方面，在笛卡尔坐标系下，由式（1）和式（2）可得速度分量

方案中。本文将讨论阿基米德螺线在全区域覆盖中的运用。方程为：