清洁机器人作为服务机器人最典型的代表之一,能够自主且智能地完成清洁任务,将人们从枯燥、繁重的体力劳动中解救出来,具有极为广阔的市场前景。其涉及到的关键技术如避障、定位导航、地图构建和路径规划等都是机器人研究的热点,其中,定位与全覆盖路径规是清洁机器人智能化水平的最直接体现。针对目前清洁机器人定位精度不高,路径规划存在低覆盖率、高重复率等问题,本文对清洁机器人的定位方法和全覆盖路径规划技术展开研究。首先,对清洁机器人进行了需求分析和总体方案设计。通过对目前常用定位方法和全覆盖路径规划技术的分析与比较,确定了本课题所采用的定位与全覆盖路径规划方案。此外,完成了清洁机器人的硬件系统设计,包括控制系统、驱动机构、清洁机构、传感系统和电源系统五个方面的设计。其次,基于航位推算的运动学模型,对基于编码器加陀螺仪的定位算法进行实现。通过实验发现单独基于编码器定位存在的问题,而通过增加陀螺仪来获取机器人运动过程中准确的航向角信息可以提高转弯过程中机器人的定位精度。基于WiFi模块实现了机器人与上位机的数据传输,并采用Matlab对上位机的功能及界面进行设计,用于对机器人进行有效控制和定位轨迹的实时展示。然后,为了解决清洁机器人覆盖率低,重复率高的问题,研究了基于单元分解法实现环境区域全覆盖的过程。利用栅格法对环境地图建模,在已知地图信息的基础上,基于矩形分解的思想对地图单元分解,通过图的深度优先遍历确定各子区域的连接顺序,引入A*算法规划相邻子区域的最短衔接路径,并对A*算法进行了仿真实现。对于子区域内部的遍历,采用迂回式遍历作为基本遍历方式,并对环境中存在边界障碍物和孤立障碍物的情况进行了分析。为了实现两点之间的路径规划,提出了一种基于PID控制的路径规划方法,对环境中目标点的多种分布情况进行了研究,设计了不同的路径规划策略。最后,基于搭建的清洁机器人实验平台进行了各类实验验证算法的有效性。包括各模块的测试实验,环境中包含边界障碍物和孤立障碍物的局部区域遍历实验,以及目标点在正前方的直线行走实验和直线拐弯行走实验。实验结果表明,本文采用的迂回式遍历策略相比传统的迂回式遍历方式能够提高单次遍历的覆盖率,而基于PID控制的两点之间路径规划算法能够有效提高定点规划的精度。