一種新型智能清潔機器人測控系統的設計與實現

　　D＝{近，中，遠}

　　設定其相應的語言變量，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

　　設機器人驅動輪的動作集合為：

{右轉，稍微右轉，后退，減速，前進，稍微左轉，左轉}

　　設定其相應的語言變量，記作：

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

　　對于清潔機器人來說，在避障的同時，還要能夠對清潔區域進行遍歷。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，采用逐一查詢方法意味著控制器獲得的障礙物信息來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調用相應的避障策略。因此，當有2個或2個以上方位有障礙物時，執行避障策略時機器人有可能與障礙物發生碰撞。試驗發現，只有當左邊的最左、較左方位和右邊的最右、較右方位都有一個或2個發現障礙物時，才有可能導致機器人與障礙物發生碰撞。為了避免這種情況發生，將機器人左右兩邊都發現障礙物的情況也作為一個障礙物方位變量，不論機器人左右2邊是同時發現一個還是2個障礙物，都僅設其模糊語言為左右，設定相應的語言變量為LR。根據有利于避碰的原則，將障礙物方位信息的查詢順序確定為：

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，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作集合中某一種動作，而是集合里某幾種動作的合理組合。因此，針對不同方位的障礙物信息，對機器人左右驅動輪動作集合的7種動作 (TR，TRL，GB，SD，GA，TLL，TL)進行合理組合，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，使避障算法簡單化。

　　4 實驗結果

　　在智能清潔機器人實驗平臺上對整個測控系統進行測試。實驗在一間約10m2的房間中進行，在房間中隨機擺放幾件日常物品作為障礙物，將通過智能清潔機器人的行走實驗，對本文所述的智能清潔機器人測控系統的軟硬件性能進行驗證。實驗中，智能清潔機器人始終保持直線行走，遇到障礙物時，根據障礙物信息選擇合適的避障策略避開障礙物，然后繼續保持直線行走，直到遇到下一個障礙物。實驗結果表明，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回避障礙物，可以在無人情況下自主工作，能夠實現家居環境下的智能化清掃。

　　5 結束語

　　在智能清潔機器人測控系統的進一步研究中，設計信息量更加豐富的檢測系統，探討非結構化環境下機器人的導航和自主定位技術，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。