一種新型智能清潔機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　D＝{近，中，遠(yuǎn)}

　　設(shè)定其相應(yīng)的語(yǔ)言變量，記作：

　　ND＝近，MD＝中，LD＝遠(yuǎn)

　　以各路傳感器在機(jī)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(shè)方位信號(hào)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(shè)定其相應(yīng)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(shè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)作集合為：

{右轉(zhuǎn)，稍微右轉(zhuǎn)，后退，減速，前進(jìn)，稍微左轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)}

　　設(shè)定其相應(yīng)的語(yǔ)言變量，記作：

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

　　對(duì)于清潔機(jī)器人來(lái)說(shuō)，在避障的同時(shí)，還要能夠?qū)η鍧崊^(qū)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(jì)算量并避免程序復(fù)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(jù)障礙物方位即可獲得另一輸入量即機(jī)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(lái)自于最先被傳感器系統(tǒng)檢測(cè)到的障礙物，而且控制器將根據(jù)最先獲得的障礙物信息來(lái)調(diào)用相應(yīng)的避障策略。因此，當(dāng)有2個(gè)或2個(gè)以上方位有障礙物時(shí)，執(zhí)行避障策略時(shí)機(jī)器人有可能與障礙物發(fā)生碰撞。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)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(xiàn)障礙物時(shí)，才有可能導(dǎo)致機(jī)器人與障礙物發(fā)生碰撞。為了避免這種情況發(fā)生，將機(jī)器人左右兩邊都發(fā)現(xiàn)障礙物的情況也作為一個(gè)障礙物方位變量，不論機(jī)器人左右2邊是同時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)還是2個(gè)障礙物，都僅設(shè)其模糊語(yǔ)言為左右，設(shè)定相應(yīng)的語(yǔ)言變量為L(zhǎng)R。根據(jù)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(jī)器人有效避障并保證盡量少的重復(fù)先前行走軌跡的角度出發(fā)，當(dāng)確定了障礙物的方位和機(jī)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(jī)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(duì)不同方位的障礙物信息，對(duì)機(jī)器人左右驅(qū)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(yīng)的合成輸出量，記作Fi(i＝1，2，3…)。根據(jù)前述方法，最終可歸納出 10種控制規(guī)則，即避障策略，如表2所示。

表2 控制規(guī)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(jī)器人有效避障和相關(guān)功能的情況下，有效避障的控制規(guī)則大大減少，使避障算法簡(jiǎn)單化。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　在智能清潔機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)在一間約10m2的房間中進(jìn)行，在房間中隨機(jī)擺放幾件日常物品作為障礙物，將通過(guò)智能清潔機(jī)器人的行走實(shí)驗(yàn)，對(duì)本文所述的智能清潔機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)的軟硬件性能進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)中，智能清潔機(jī)器人始終保持直線行走，遇到障礙物時(shí)，根據(jù)障礙物信息選擇合適的避障策略避開(kāi)障礙物，然后繼續(xù)保持直線行走，直到遇到下一個(gè)障礙物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該測(cè)控系統(tǒng)工作可靠，避障算法有效可行，智能清潔機(jī)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?qū)崿F(xiàn)家居環(huán)境下的智能化清掃。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　在智能清潔機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)的進(jìn)一步研究中，設(shè)計(jì)信息量更加豐富的檢測(cè)系統(tǒng)，探討非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下機(jī)器人的導(dǎo)航和自主定位技術(shù)，尋找更加有效的路徑規(guī)劃和避障算法，將是研究的方向和重點(diǎn)。