一種新型智能清潔機器人測控系統的設計與實(shí)現

　　D＝{近，中，遠}

　　設定其相應的語(yǔ)言變量，記作：

　　ND＝近，MD＝中，LD＝遠

　　以各路傳感器在機器人上的安裝位置作為障礙物所在方位(記作：A)。超聲波傳感器安裝在正前方，在其左右兩邊依次是接觸傳感器、下方紅外傳感器和周邊紅外傳感器。則設方位信號的模糊語(yǔ)言集合為：

A＝{最左，較左，左，左下，中，右下，右，較右，最右}

　　設定其相應的語(yǔ)言變量，記作：

BL＝最左，ML＝較左，L＝左，LD＝左下，M＝中，R＝右，RD＝右下，MR＝較右，BR＝最右

　　設機器人驅動(dòng)輪的動(dòng)作集合為：

{右轉，稍微右轉，后退，減速，前進(jìn)，稍微左轉，左轉}

　　設定其相應的語(yǔ)言變量，記作：

TR＝右轉，TRL＝稍微右轉，GB＝后退，SD＝減速，GA＝前進(jìn)，TLL＝稍微左轉，TL＝左轉

　　對于清潔機器人來(lái)說(shuō)，在避障的同時(shí)，還要能夠對清潔區域進(jìn)行遍歷。在保證避障和遍歷的前提下，為了減少控制器的計算量并避免程序復雜化，本文采用逐一查詢(xún)方式獲得模糊控制量之一障礙物方位，根據障礙物方位即可獲得另一輸入量即機器人與障礙物間的距離。容易理解，采用逐一查詢(xún)方法意味著(zhù)控制器獲得的障礙物信息來(lái)自于最先被傳感器系統檢測到的障礙物，而且控制器將根據最先獲得的障礙物信息來(lái)調用相應的避障策略。因此，當有2個(gè)或2個(gè)以上方位有障礙物時(shí)，執行避障策略時(shí)機器人有可能與障礙物發(fā)生碰撞。試驗發(fā)現，只有當左邊的最左、較左方位和右邊的最右、較右方位都有一個(gè)或2個(gè)發(fā)現障礙物時(shí)，才有可能導致機器人與障礙物發(fā)生碰撞。為了避免這種情況發(fā)生，將機器人左右兩邊都發(fā)現障礙物的情況也作為一個(gè)障礙物方位變量，不論機器人左右2邊是同時(shí)發(fā)現一個(gè)還是2個(gè)障礙物，都僅設其模糊語(yǔ)言為左右，設定相應的語(yǔ)言變量為L(cháng)R。根據有利于避碰的原則，將障礙物方位信息的查詢(xún)順序確定為：

LD，RD，LR，M，BL，BR，ML，MR，L，R(左下，右下，左右，中，最左，最右，較左，較右，左，右)

　　從機器人有效避障并保證盡量少的重復先前行走軌跡的角度出發(fā)，當確定了障礙物的方位和機器人離障礙物的距離后，我們希望模糊控制的輸出量不僅僅是機器人動(dòng)作集合中某一種動(dòng)作，而是集合里某幾種動(dòng)作的合理組合。因此，針對不同方位的障礙物信息，對機器人左右驅動(dòng)輪動(dòng)作集合的7種動(dòng)作 (TR，TRL，GB，SD，GA，TLL，TL)進(jìn)行合理組合，即得到相應的合成輸出量，記作Fi(i＝1，2，3…)。根據前述方法，最終可歸納出 10種控制規則，即避障策略，如表2所示。

表2 控制規則表

　　按照障礙物方位信息的查詢(xún)順序，其形式是：

if(Ai and D)then Fi

　　i＝1，2，3…10

　　按照此種方法，在不影響機器人有效避障和相關(guān)功能的情況下，有效避障的控制規則大大減少，使避障算法簡(jiǎn)單化。

　　4 實(shí)驗結果

　　在智能清潔機器人實(shí)驗平臺上對整個(gè)測控系統進(jìn)行測試。實(shí)驗在一間約10m2的房間中進(jìn)行，在房間中隨機擺放幾件日常物品作為障礙物，將通過(guò)智能清潔機器人的行走實(shí)驗，對本文所述的智能清潔機器人測控系統的軟硬件性能進(jìn)行驗證。實(shí)驗中，智能清潔機器人始終保持直線(xiàn)行走，遇到障礙物時(shí)，根據障礙物信息選擇合適的避障策略避開(kāi)障礙物，然后繼續保持直線(xiàn)行走，直到遇到下一個(gè)障礙物。實(shí)驗結果表明，該測控系統工作可靠，避障算法有效可行，智能清潔機器人能夠自動(dòng)回避障礙物，可以在無(wú)人情況下自主工作，能夠實(shí)現家居環(huán)境下的智能化清掃。

　　5 結束語(yǔ)

　　在智能清潔機器人測控系統的進(jìn)一步研究中，設計信息量更加豐富的檢測系統，探討非結構化環(huán)境下機器人的導航和自主定位技術(shù)，尋找更加有效的路徑規劃和避障算法，將是研究的方向和重點(diǎn)。