智能吸尘机器人设计方案

吸尘机器人作为服务机器人领域的一个新产品，结合了机器人和吸尘器技术，能在无人看守情况下轻松地完成室内环境的吸尘等清洁工作，越来越受到人们的欢迎。

　　其结合了机器人和吸尘器的核心技术，能在无人看守情况下轻松地完成实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的全自动清洁。虽然自主吸尘机器人已经形成产品并推向了市场，但其性能还有待进一步提高。

作者在结合传统的行为技术和传感器技术的基础上，选取最有效的行为搭配构建了整个系统，使整个系统的工作效率较传统的随机覆盖有了很大的提高。

　　l 基于行为

　　Rodney Brooks在1986年发表的论文中提到的包容式结构表明了基于行为的编程方法的正式起源。包容式结构：在进化过程中，人类永远不会丧失比较低级的和原始的大脑工程，而高级功能则在此基础上进行添加，因此在每个人的大脑内部都保留有类似于爬行动物的低级意识残余。与此类似，采用基于行为的方法需要为机器人设计一系列简单行为(所谓的行为也就是通过感知信息控制执行过程的算法)，这些行为相互协调和协作，产生所需求的机器人整体行为。系统的行为并不是完全确定的，而是包含了很多随机的东西。执行过程并不十分稳定，但系统的整体行为是非常稳定的。基于行为的机器人将尽可能地将传感器信息同执行过程直接连接。具有很强的反射性：只要机器人对相关环境做出了判断，就立即采取行动。一有信息就立即据此动作。

　　2 行为设计

　　行为分为2种类型：伺服行为和弹道式行为。伺服行为采用反馈控制环作为他的控制单元。弹道式行为，自始至终都会按照预先没定好的模式运行。弹道式行为的整体规划过程同实现程序代码密切相关，执行过程中的环境变化或者行为初始化过程中的任何微小错误(如噪声假信号所导致的误操作)，都会给机器人带来麻烦，导致彻底失效。伺服行为具有良好的抗噪声能力，对工作过程中的其他微小故障也具有较强的容错性。 本文的行为采用有限状态机(Finite state Machine，FSM)使能够更方便地理解系统工作过程，从而可以容易地编写系统实现代码。

　　2．1 巡航行为

　 巡航行为是一种最简单的预定义行为，该行为具有两个参数：左轮速度和右轮速度。在每个运动时步内，巡航行为都要求左右两个驱动轮的速度被设定为指定值！　　

2．2 沿墙行走行为

　　机器人借助左右两个红外接近觉传感器能够执行沿墙行走操作。它与逃离行为非常相似，它也起始于开始状态start，并且保持该状态，直到左侧或者右侧物体接触到接近觉传感器，该行为就会进入左侧有墙状态或者右侧有墙状态。然后控制机器人向左或者向右行驶。当执行有墙状态沿曲线前进时，如果转向太大以至于相应的接近觉传感器不再能检测到物体，那么机器人将进入左墙迷失状态或者右墙迷失状态。左墙迷失状态将会驱动机器人向左前方行驶，右墙迷失状态状态将会驱动机器人向右前方行驶。直到某个传感器触发，将会返回到左侧有墙或者右侧有墙状态。如果墙壁迷失状态超过设定时间，沿墙行走行为将会彻底返回到开始状态。此进程和逃离等行为必须是并行操作。如图1所示：

　　2．3 归航行为

　　归航行为试图驱动机器人到达某个光源位置。只要机器人的光电传感器检测到某个光源，机器人使自己对准光源，然后再进行前进操作就能完成整个归航过程。机器人对准光源进行快速调整由某个增益参数决定，而速度参数决定了机器人行驶过程的快速性能。 机器人前进的同时旋转，旋转角度ω=k(L一R)，其中k为增益参数；L，R为红外接受器接收到的接受信号强度。当机器人电量不足时，机器人未必处于充电的房间，因此检测不到红外信标的信号，此时应触发沿墙行走行为使机器人走到能检测到信标信号的房间再触发归航行为。如图2所示。