本發(fā)明涉及家用設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種輔助物體搬運(yùn)、老人幼童行走、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)、完成簡(jiǎn)單家務(wù)等多功能于一體的設(shè)備，特別是一種多功能家用移動(dòng)設(shè)備及其路徑規(guī)劃方法。

技術(shù)背景

隨著社會(huì)生活水平的發(fā)展，家庭服務(wù)類(lèi)設(shè)備進(jìn)入人們的視野，扮演各種角色的家用移動(dòng)設(shè)備方便了人們的生活，如掃地家用移動(dòng)設(shè)備、安防家用移動(dòng)設(shè)備等家用設(shè)備。但是當(dāng)前家用機(jī)器設(shè)備大多功能單一，增加了人們的生活成本。

申請(qǐng)?zhí)枮?01210156595.0的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種全天型家用移動(dòng)設(shè)備，包括各種傳感器和相關(guān)結(jié)構(gòu)，主要用于室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)、清掃和家庭安防。但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、移動(dòng)靈活性有限、顯得比較笨重。

申請(qǐng)?zhí)枮?01110152264.5的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種椅面可升降的輪椅，但是其僅限于用作輪椅，椅面不能用于運(yùn)載物體，也不能執(zhí)行其他任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種多功能家用移動(dòng)設(shè)備及其路徑規(guī)劃方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，功能多，操作方便。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的一種多功能家用移動(dòng)設(shè)備，包括移動(dòng)底盤(pán)、升降機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、主控制器、室內(nèi)定位模塊、路徑規(guī)劃模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、電源模塊、通訊模塊；

所述的移動(dòng)底盤(pán)包括四個(gè)mecanum輪、車(chē)架；所述的車(chē)架下部通過(guò)一個(gè)帶座軸承與輸出軸連接，中部設(shè)置有多個(gè)隔間，可分別放置包括主控制器、電源、腳踏板；

所述的升降機(jī)構(gòu)，包括t字形的底部鋼架、剪叉式升降組件、上部鋼架；所述的底部鋼架的下端與車(chē)架上的角鋼相連，上端作為剪叉式升降組件的滑道并分布有四個(gè)立柱用于支撐上部壓力；所述的升降機(jī)構(gòu)的底部安裝于移動(dòng)底盤(pán)的車(chē)架上，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)整其高度；

所述的機(jī)械手設(shè)置于升降機(jī)構(gòu)的上端面，包含有四自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和末端的四個(gè)手指；

所述的環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊包含有co傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器，當(dāng)檢測(cè)值異常時(shí)將發(fā)出警報(bào)并通過(guò)通訊模塊發(fā)送信息給用戶(hù)；

所述的電源模塊用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，安裝于移動(dòng)底盤(pán)的車(chē)架內(nèi)；

其特征在于：

所述的主控制器采用單片機(jī)stm32f7，設(shè)置有多種通訊接口包括usb、can，以及藍(lán)牙、wifi，用于對(duì)所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的功能控制；

所述的室內(nèi)定位模塊采用開(kāi)放性stargazer模塊，通過(guò)串口通訊方式與單片機(jī)stm32f7連接；

所述的路徑規(guī)劃模塊包括環(huán)境信息感測(cè)組件、室內(nèi)地圖構(gòu)建組件和路徑規(guī)劃算法；所述的環(huán)境信息感測(cè)組件用于實(shí)現(xiàn)所述多功能家用移動(dòng)設(shè)備對(duì)室內(nèi)環(huán)境的感知，了解所處環(huán)境信息；所述的室內(nèi)地圖構(gòu)建組件作為路徑規(guī)劃的前提，指定所述多功能家用移動(dòng)設(shè)備可行走區(qū)域；所述的路徑規(guī)劃算法用于規(guī)劃所述多功能家用移動(dòng)設(shè)備的實(shí)際行走路徑。

所述的通訊模塊包括兩個(gè)選擇方式：一種是近距離時(shí)利用手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙控制所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備；另一種是遠(yuǎn)距離時(shí)，所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備通過(guò)wifi接入互聯(lián)網(wǎng)，可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行遙控。

所述的腳踏板通過(guò)螺栓安裝于車(chē)架前端，包括兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)收回和伸出的兩段式可折疊件。

所述的機(jī)械手可拆卸地安裝于升降機(jī)構(gòu)的上端面；所述的機(jī)械手還設(shè)置有一個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)，可與所述的環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行通訊。

在所述的升降機(jī)構(gòu)上部上端面的兩側(cè)均設(shè)置有一個(gè)可拆卸的扶手欄。

本發(fā)明的一種多功能家用移動(dòng)設(shè)備的路徑規(guī)劃方法，所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備，包括移動(dòng)底盤(pán)、升降機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、主控制器、室內(nèi)定位模塊、路徑規(guī)劃模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、電源模塊、通訊模塊；

所述的移動(dòng)底盤(pán)包括四個(gè)mecanum輪、車(chē)架；所述的車(chē)架下部通過(guò)一個(gè)帶座軸承與輸出軸連接，中部設(shè)置有多個(gè)隔間，可分別放置包括主控制器、電源、腳踏板；

所述的升降機(jī)構(gòu)，包括t字形的底部鋼架、剪叉式升降組件、上部鋼架；所述的底部鋼架的下端與車(chē)架上的角鋼相連，上端作為剪叉式升降組件的滑道并分布有四個(gè)立柱用于支撐上部壓力；所述的升降機(jī)構(gòu)的底部安裝于移動(dòng)底盤(pán)的車(chē)架上，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)整其高度；

所述的機(jī)械手設(shè)置于升降機(jī)構(gòu)的上端面，包含有四自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和末端的四個(gè)手指；

所述的環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊包含有co傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器，當(dāng)檢測(cè)值異常時(shí)將發(fā)出警報(bào)并通過(guò)通訊模塊發(fā)送信息給用戶(hù)；

所述的電源模塊用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，安裝于移動(dòng)底盤(pán)的車(chē)架內(nèi)；

其特征在于：

所述的主控制器采用單片機(jī)stm32f7，設(shè)置有多種通訊接口包括usb、can，以及藍(lán)牙、wifi，用于對(duì)所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的功能控制；

所述的室內(nèi)定位模塊采用開(kāi)放性stargazer模塊，通過(guò)串口通訊方式與單片機(jī)stm32f7連接；

所述的路徑規(guī)劃模塊包括環(huán)境信息感測(cè)組件、室內(nèi)地圖構(gòu)建組件和路徑規(guī)劃算法；所述的環(huán)境信息感測(cè)組件用于實(shí)現(xiàn)所述多功能家用移動(dòng)設(shè)備對(duì)室內(nèi)環(huán)境的感知，了解所處環(huán)境信息；所述的室內(nèi)地圖構(gòu)建組件作為路徑規(guī)劃的前提，指定所述多功能家用移動(dòng)設(shè)備的工作空間，包括障礙物區(qū)域和可行走區(qū)域；所述的路徑規(guī)劃算法用于規(guī)劃所述多功能家用移動(dòng)設(shè)備的實(shí)際行走路徑。所述方法包括以下步驟：

步驟1、采用所述的室內(nèi)地圖構(gòu)建組件完成室內(nèi)地圖構(gòu)建，然后利用柵格法確定工作空間中的障礙物區(qū)域和可行走區(qū)域，并給定目標(biāo)物所在位置，從而獲得所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的起始位置、目標(biāo)位置、障礙物信息；

步驟2、利用a*算法進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，輸出全局路徑中規(guī)劃的每個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；由評(píng)價(jià)函數(shù)f(n)確定節(jié)點(diǎn)的選擇，其中

評(píng)價(jià)函數(shù)的公式為：

f(n)＝g(n)+h(n)

式中：

g(n)表示設(shè)備從起始位置移動(dòng)到節(jié)點(diǎn)n所消耗的實(shí)際代價(jià)；h(n)表示設(shè)備從節(jié)點(diǎn)n移動(dòng)到目標(biāo)位置所消耗的估計(jì)代價(jià)；

g(n)與h(n)的大小參照基準(zhǔn)值計(jì)算；所述基準(zhǔn)值的選取根據(jù)實(shí)際移動(dòng)的消耗作為參考值；

步驟3、所述的多功能家用移動(dòng)設(shè)備依次沿所述的節(jié)點(diǎn)路徑從節(jié)點(diǎn)n-1行進(jìn)到節(jié)點(diǎn)n；當(dāng)所述的環(huán)境信息感測(cè)組件檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)n與節(jié)點(diǎn)n+1之間出現(xiàn)障礙物時(shí)，判斷其障礙物的行進(jìn)方向和速度；如果障礙物停止運(yùn)動(dòng)則再次運(yùn)行a*算法臨時(shí)規(guī)劃一條從節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)位置的路徑后再行走；如果障礙物繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，待其運(yùn)動(dòng)超過(guò)環(huán)境信息感測(cè)范圍后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

在上述步驟2中，所述的由評(píng)價(jià)函數(shù)f(n)確定節(jié)點(diǎn)，包括以下步驟：

2-1)將工作空間的起始位置節(jié)點(diǎn)的信息添加到開(kāi)啟列表中；

2-2)查找開(kāi)啟列表，如果開(kāi)啟列表中添加了路徑規(guī)劃的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則執(zhí)行步驟2-4)；如果開(kāi)啟列表中沒(méi)有添加路徑規(guī)劃的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則執(zhí)行步驟2-3)；

2-3)將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)添加到開(kāi)啟列表中，利用評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算開(kāi)啟列表中可選節(jié)點(diǎn)的f(n)值，接著查找f(n)值最小的節(jié)點(diǎn)；將該節(jié)點(diǎn)保存到關(guān)閉列表中，并將該節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)繼續(xù)計(jì)算其鄰近節(jié)點(diǎn)的f(n)值；

2-4)根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)判斷最佳節(jié)點(diǎn)是否為工作空間的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)：若是工作空間的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則保存至關(guān)閉列表；若不是工作空間的目標(biāo)點(diǎn)，則把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)添加到開(kāi)啟列表中，執(zhí)行步驟2-3；如此循環(huán)，直到找到工作空間的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；

2-5)輸出工作空間中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，即最終由評(píng)價(jià)函數(shù)f(n)確定的節(jié)點(diǎn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1.本發(fā)明將mecanum輪移動(dòng)設(shè)備、升降設(shè)備和機(jī)械手有機(jī)結(jié)合成功能強(qiáng)大的移動(dòng)操作設(shè)備，結(jié)構(gòu)緊湊，功能強(qiáng)大，減少了家庭分批購(gòu)買(mǎi)的經(jīng)濟(jì)壓力。

2.本發(fā)明的路徑規(guī)劃方法，采用一種改進(jìn)a*算法，在其他模塊的輔助下，使得家用移動(dòng)設(shè)備動(dòng)態(tài)避障的能力大大提高，可以完成清掃等多項(xiàng)工作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備mecanum輪示意圖。

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的車(chē)架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的機(jī)械手鎖緊狀態(tài)示意圖。

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的路徑規(guī)劃方法流程圖。

圖7為本發(fā)明一種實(shí)施例的路徑規(guī)劃案例示意圖。

圖8為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)載貨物模式下結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的替代爬梯模式下結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的輪椅工作模式下結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1移動(dòng)底盤(pán)模塊：1-1mecanum輪，1-11電機(jī)，1-12減速器，1-13連接板，1-14輸出軸，1-15mecanum輪，1-16帶座軸承；

1-2車(chē)架：1-21系統(tǒng)安放處，1-22電源安放處，1-23腳踏板1-23，1-24收納盒，1-25塑料保護(hù)罩，1-26螺栓,1-27扶手；

2升降模塊：2-1底部鋼架，2-2剪叉式升降組件，2-3上部鋼架，2-4金屬板；

3機(jī)械手模塊：3-1腰關(guān)節(jié)，3-2肩關(guān)節(jié)，3-3肘關(guān)節(jié)，3-4腕關(guān)節(jié)，手指3-5，3-6攝像頭，3-7鎖定機(jī)構(gòu)；

7環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊：7-1co傳感器，7-2溫濕度傳感器，7-3煙霧傳感器，7-4網(wǎng)罩。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備包括移動(dòng)底盤(pán)1、升降機(jī)構(gòu)2、機(jī)械手3、主控制器4、室內(nèi)定位模塊5、路徑規(guī)劃模塊6、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊7、電源模塊8、通訊模塊9。

如圖2所示的本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)示意圖、圖3所示的mecanum輪示意圖和圖4所示的車(chē)架結(jié)構(gòu)示意圖，移動(dòng)底盤(pán)1包括四個(gè)全方位移動(dòng)的mecanum輪1-1、車(chē)架1-2等主要部件。由此可以在過(guò)道、房間中靈活運(yùn)動(dòng)。

所述mecanum輪1-1包括電機(jī)1-11、減速器1-12、連接板1-13、輸出軸1-14和mecanum輪1-15和帶座軸承1-16，帶座軸承1-16用于與車(chē)架1-2連接。所述車(chē)架1-2下部通過(guò)帶座軸承與輸出軸連接，中部設(shè)置有主控制器1-21安放處、電源1-22安放處、腳踏板1-23、收納盒1-24、塑料保護(hù)罩1-25。車(chē)架1-2底層采用回型鋼，立柱采用角鋼，兩者通過(guò)焊接固連在一起，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)有效減輕重量。腳踏板1-23安裝于車(chē)架1-2前端，由可折疊的兩段組成，在移動(dòng)底盤(pán)扮演非輪椅功能時(shí)可以收回，有效減少發(fā)生碰撞的幾率的同時(shí)利于完成其它任務(wù)。這種可旋轉(zhuǎn)收回的腳踏板，既能避免老人腳底懸空，也能在閑置收回。腳踏板1-23通過(guò)螺栓1-26與車(chē)架1-2連接；收納盒1-24置于車(chē)架1-2后端，用于存放扶手1-27和雜物等。

升降機(jī)構(gòu)2由底部鋼架2-1、剪叉式升降組件2-2、上部鋼架2-3組成。底部鋼架2-1采用t字形，底部鋼架2-1的下端與車(chē)架1-2的角鋼相連，上端作為剪叉式升降組件2-2的滑道并分布四個(gè)立柱用于支撐上部壓力；上部鋼架2-3的上端面設(shè)有金屬板2-4，用于承重及固定扶手和機(jī)械手等。升降模塊的底部安裝于移動(dòng)底盤(pán)的車(chē)架上，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)調(diào)整高度；在升降模塊上部的兩側(cè)設(shè)置有可拆卸的扶手欄，需要時(shí)通過(guò)螺絲固接于升降模塊的上端面兩側(cè)充當(dāng)扶手，不需要時(shí)安放于收納盒中使得整個(gè)上端面平整。

機(jī)械手可拆卸地安裝于升降模塊的上端面，含有四自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和末端的四個(gè)手指，每個(gè)手指包括兩個(gè)指節(jié)，在執(zhí)行簡(jiǎn)單家務(wù)時(shí)利用手指和家庭現(xiàn)有工具結(jié)合完成。另在機(jī)械手腕處固定有一攝像頭，用于輔助定位和巡防。

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的機(jī)械手鎖緊狀態(tài)示意圖。機(jī)械手3通過(guò)螺絲固定于金屬板2-4上，包含有四個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和四個(gè)手指，示意圖如圖5所示。四個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為腰關(guān)節(jié)3-1、肩關(guān)節(jié)3-2、肘關(guān)節(jié)3-3和腕關(guān)節(jié)3-4；四個(gè)手指3-5兩兩對(duì)稱(chēng)，每個(gè)手指有兩個(gè)指節(jié)，用于夾持重物。在腕關(guān)節(jié)3-4處安裝有攝像頭3-6，用于輔助定位和巡防。對(duì)機(jī)械手模塊3設(shè)置有鎖定機(jī)構(gòu)3-7，主要用于機(jī)械手處于閑置狀態(tài)時(shí)的安全及提供支撐，防止被破壞。此外鎖定機(jī)構(gòu)3-7復(fù)聯(lián)有環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊7的各種傳感器，通過(guò)有孔網(wǎng)罩7-4保護(hù)。

主控制器4選用高性能單片機(jī)stm32f7，設(shè)置有usb、can等多種通訊接口以及藍(lán)牙、wifi等室內(nèi)聯(lián)網(wǎng)模塊，用于對(duì)各硬件模塊進(jìn)行控制。

室內(nèi)定位模塊5采用開(kāi)放性的stargazer模塊，模塊通過(guò)串口通訊方式與單片機(jī)連接，用于家用移動(dòng)設(shè)備室內(nèi)定位。

路徑規(guī)劃模塊6包含有環(huán)境信息感測(cè)組件、室內(nèi)地圖構(gòu)建組件和路徑規(guī)劃算法。環(huán)境信息感測(cè)組件主要實(shí)現(xiàn)家用移動(dòng)設(shè)備對(duì)室內(nèi)環(huán)境的感知，了解所處環(huán)境信息；室內(nèi)地圖構(gòu)建組件作為路徑規(guī)劃的前提，指定家用移動(dòng)設(shè)備可行走區(qū)域。

環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊包含有co傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器等多種檢測(cè)傳感器，當(dāng)檢測(cè)值異常時(shí)將發(fā)出警報(bào)并通過(guò)通訊模塊發(fā)送信息給戶(hù)主。

電源模塊負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，安裝于移動(dòng)底盤(pán)的車(chē)架內(nèi)。

通訊模塊含有兩個(gè)部分，一種是近距離時(shí)戶(hù)主使用手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙控制家用移動(dòng)設(shè)備，一種是遠(yuǎn)距離時(shí)家用移動(dòng)設(shè)備通過(guò)wifi接入互聯(lián)網(wǎng)，戶(hù)主可以遠(yuǎn)距離遙控。

路徑規(guī)劃模塊6包含有環(huán)境信息感測(cè)組件、室內(nèi)地圖構(gòu)建組件和路徑規(guī)劃算法。環(huán)境信息感測(cè)組件主要實(shí)現(xiàn)家用移動(dòng)設(shè)備對(duì)室內(nèi)環(huán)境的感知，了解所處環(huán)境信息；室內(nèi)地圖構(gòu)建組件作為路徑規(guī)劃的前提，指定家用移動(dòng)設(shè)備可行走區(qū)域。

所述路徑規(guī)劃算法是針對(duì)室內(nèi)路徑規(guī)劃而提出的一種改進(jìn)a*算法。由于a*算法一般只用于靜態(tài)的全局路徑規(guī)劃，其通過(guò)搜索路徑節(jié)點(diǎn)的方式確定移動(dòng)設(shè)備的規(guī)劃路徑，在靜態(tài)全局路徑規(guī)劃中效率較高，但是在要求動(dòng)態(tài)避障的環(huán)境中卻無(wú)法發(fā)揮其作用，即，對(duì)有移動(dòng)障礙物的場(chǎng)合并不適用，本發(fā)明結(jié)合家用移動(dòng)設(shè)備定位模塊5和對(duì)應(yīng)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)避障。

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例的多功能家用移動(dòng)設(shè)備的路徑規(guī)劃方法流程圖。如圖6所示，本實(shí)施例方法包括以下步驟：

步驟1：室內(nèi)地圖構(gòu)建組件完成室內(nèi)地圖構(gòu)建后，利用柵格法將室內(nèi)障礙物區(qū)域和可行走區(qū)域劃分為大小相同的單元格，并給定目標(biāo)物所在位置。由此，家用移動(dòng)設(shè)備起始位置、目標(biāo)位置、障礙物均已知。

步驟2：利用a*算法進(jìn)行全局路徑規(guī)劃，輸出全局路徑中規(guī)劃的每個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。節(jié)點(diǎn)的選擇由評(píng)價(jià)函數(shù)f(n)確定，其中

評(píng)價(jià)函數(shù)的公式為：

f(n)＝g(n)+h(n)

式中：

g(n)表示從節(jié)點(diǎn)n-1移動(dòng)到節(jié)點(diǎn)n所消耗的實(shí)際代價(jià)；

h(n)表示從節(jié)點(diǎn)n-1移動(dòng)到節(jié)點(diǎn)n所消耗的估計(jì)代價(jià)；

g(n)與h(n)的大小參照基準(zhǔn)值計(jì)算，而基準(zhǔn)值的選取一般根據(jù)實(shí)際移動(dòng)的消耗作為參考值。假如小車(chē)橫向和縱向移動(dòng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)消耗為1，那么斜向45度運(yùn)動(dòng)則消耗為1.4。

所述的由評(píng)價(jià)函數(shù)f(n)確定節(jié)點(diǎn)，包括以下步驟：

2-1)將工作空間的起始位置節(jié)點(diǎn)的信息添加到開(kāi)啟列表中；

2-2)查找開(kāi)啟列表，如果開(kāi)啟列表中添加了路徑規(guī)劃的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則執(zhí)行步驟2-4)；如果開(kāi)啟列表中沒(méi)有添加路徑規(guī)劃的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)則執(zhí)行步驟2-3)；

2-3)將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)添加到開(kāi)啟列表中，利用評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算開(kāi)啟列表中可選節(jié)點(diǎn)的f(n)值，接著查找f(n)值最小的節(jié)點(diǎn)；將該節(jié)點(diǎn)保存到關(guān)閉列表中，并將該節(jié)點(diǎn)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)繼續(xù)計(jì)算其鄰近節(jié)點(diǎn)的f(n)值；

2-4)根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)判斷最佳節(jié)點(diǎn)是否為工作空間的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)：若是工作空間的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則保存至關(guān)閉列表；若不是工作空間的目標(biāo)點(diǎn)，則把當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鄰近節(jié)點(diǎn)添加到開(kāi)啟列表中，執(zhí)行步驟2-3；如此循環(huán)，直到找到工作空間的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；

2-5)輸出工作空間中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，即最終由評(píng)價(jià)函數(shù)f(n)確定的節(jié)點(diǎn)。

步驟3：設(shè)備依次沿節(jié)點(diǎn)路徑行進(jìn)，當(dāng)環(huán)境信息感測(cè)組件檢測(cè)到節(jié)點(diǎn)n與節(jié)點(diǎn)n+1之間突然出現(xiàn)障礙物時(shí)，判斷其行進(jìn)方向和速度，如果障礙物停止運(yùn)動(dòng)則再次運(yùn)行a*算法臨時(shí)規(guī)劃一條從節(jié)點(diǎn)n到目標(biāo)位置的路徑后再行走；如果障礙物繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，待其運(yùn)動(dòng)超過(guò)環(huán)境信息感測(cè)范圍后繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

由此實(shí)現(xiàn)家用移動(dòng)設(shè)備從起始位置到達(dá)目標(biāo)位置，需要指出的是，柵格法劃分工作空間單元格的大小對(duì)a*算法的效率非常重要。

如圖7中的實(shí)線(xiàn)路線(xiàn)是a*算法規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)路徑，但是設(shè)備運(yùn)動(dòng)到節(jié)點(diǎn)n處時(shí)，正有物體m(陰影區(qū)域)沿黑色箭頭方向運(yùn)動(dòng)到規(guī)劃的路徑當(dāng)中時(shí)如果繼續(xù)按照a*算法規(guī)劃的路徑行走便會(huì)發(fā)生碰撞。此時(shí)利用環(huán)境信息感測(cè)組件的輔助，設(shè)備會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，然后在此利用a*算法重新規(guī)劃一條如圖7中的虛線(xiàn)路線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)路徑，由此實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)避障。

上述路徑規(guī)劃算法針對(duì)自主運(yùn)動(dòng)的方式而言，也可以遠(yuǎn)程時(shí)由用戶(hù)在攝像頭的輔助下步進(jìn)操作家用移動(dòng)設(shè)備逐漸到達(dá)目標(biāo)位置。

環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊7包含有co傳感器7-1、溫濕度傳感器7-2、煙霧傳感器7-3等多種檢測(cè)傳感器，當(dāng)檢測(cè)值異常時(shí)將發(fā)出警報(bào)并通過(guò)通訊模塊發(fā)送信息給戶(hù)主。

電源模塊8負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)供電，安放于車(chē)架1-2內(nèi)的電源安放處1-22。

通訊模塊9含有兩個(gè)部分，一種是近距離時(shí)戶(hù)主使用手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙控制家用移動(dòng)設(shè)備，一種是遠(yuǎn)距離時(shí)家用移動(dòng)設(shè)備通過(guò)wifi接入互聯(lián)網(wǎng)，戶(hù)主可以遠(yuǎn)距離遙控。

設(shè)備的多功能體現(xiàn)在可以扮演多種工具的角色，下面以不同工作模式進(jìn)行說(shuō)明，所述功能并不限于所舉例子。

(1)運(yùn)輸模式

如圖8所示，沒(méi)有安裝扶手時(shí)升降裝置的上端面平整開(kāi)闊，可輔助老人運(yùn)輸各種家庭用品。

(2)替代爬梯模式

如圖9所示，借助于升降模塊以及機(jī)械手充當(dāng)支點(diǎn)，老人無(wú)需在傳統(tǒng)爬梯中上下，免于摔倒危險(xiǎn)。

(3)輪椅工作模式

如圖10所示，安裝扶手后，借助于家庭用的坐墊和靠枕等軟綿物品，家用移動(dòng)設(shè)備即進(jìn)入輪椅模式。借助升降模塊的高度調(diào)整，可以輔助大人在喂養(yǎng)小孩時(shí)不用再?gòu)澭劚场?/p>