近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，服務(wù)機(jī)器人開(kāi)辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。

隨著人們生活水平的提高，健康、舒適的家居環(huán)境越來(lái)越被更多的人所關(guān)注。買(mǎi)房、裝修成為人們茶余飯后談?wù)摰臒狳c(diǎn)話(huà)題，但裝修后又臟又累的衛(wèi)生清掃工作，成為困擾家庭主婦的又一大難題。對(duì)不少家庭而言，清潔機(jī)器人已成為清潔家庭的必備小家電。

自動(dòng)進(jìn)行房間地面清潔的自動(dòng)掃地機(jī)器人，集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自動(dòng)掃地作為智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者，

掃地機(jī)器人，又稱(chēng)自動(dòng)打掃機(jī)、智能吸塵、機(jī)器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。本設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人采用刷掃吸塵方式，機(jī)身為無(wú)線機(jī)器，以圓盤(pán)型為主，使用充電電池運(yùn)作，操作方式使用遙控器、或是按機(jī)器上的操作面板相應(yīng)按鈕。本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人可設(shè)定時(shí)間預(yù)約打掃，自行充電。前方設(shè)置超聲破測(cè)距傳感器，可偵測(cè)障礙物，如碰到墻壁或其他障礙物，會(huì)自行轉(zhuǎn)彎，從室內(nèi)邊沿開(kāi)始走矩形路線，有規(guī)劃清掃地區(qū)。

掃地機(jī)器人的工作原理及特點(diǎn)

掃地機(jī)器人由微電腦控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航并對(duì)地面進(jìn)行清掃和吸塵，通過(guò)碰撞頭實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避和繞過(guò)可以使所到角落得到清潔，同時(shí)兩個(gè)超大邊掃輪的設(shè)計(jì)，可使角落和地面掃的更徹底，更干凈，兩個(gè)清掃輪的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，更使得垃圾不會(huì)從機(jī)體底部溜掉，清潔更完善，同時(shí)清掃吸塵一體的雙重作用，使掃起來(lái)的塵土更有規(guī)律和順暢的進(jìn)入垃圾收集盒內(nèi)，并且通過(guò)在前輪和清掃輪動(dòng)力箱內(nèi)上安裝光電傳感器，可以使該機(jī)器人擁有自動(dòng)防機(jī)體卡死和掃輪卡死的功能，當(dāng)被卡住使其自動(dòng)后退或關(guān)機(jī)，并在碰撞頭上裝有紅外反射探測(cè)器，可自動(dòng)判斷前方是否懸崖，并自動(dòng)繞開(kāi)。

特點(diǎn)：

1、掃地省時(shí)、省力、提高工作效率、能源利用率：整個(gè)清潔過(guò)程不需要人控制，減輕人的操作負(fù)擔(dān)，人們可以利用節(jié)省的時(shí)間做其他有意義的事。

2、低噪音：小于50分貝，清潔房間的過(guò)程免受噪音之苦。

3、凈化空氣：內(nèi)置活性碳、吸附空氣中有害物質(zhì)。

4、輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角。

掃地機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

掃地機(jī)器人系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成：移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)。

移動(dòng)機(jī)構(gòu)是掃地機(jī)器人的主體，決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)。

感知系統(tǒng)一般采用超聲波測(cè)距儀、接觸和接近覺(jué)傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機(jī)等。

隨著近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，掃地機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。掃地機(jī)器人的控制與工作環(huán)境往往是不確定的或多變的，因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性以及清潔度。用傳感器探測(cè)環(huán)境、分析信號(hào)，以及通過(guò)適當(dāng)?shù)慕７椒▉?lái)理解環(huán)境，具有特別重要的意義。近年來(lái)對(duì)智能機(jī)器人的研究表明，對(duì)于工作在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的自主式移動(dòng)機(jī)器人，要進(jìn)一步提高其自動(dòng)化程度，主要依靠模式識(shí)別及障礙物識(shí)別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及適當(dāng)人工智能方法，還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)全局模型，從而為機(jī)器人獲取全局信息。

目前發(fā)展較快、對(duì)掃地機(jī)器人發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是:傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、掃地技術(shù)、電源技術(shù)等。

掃地機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

掃地機(jī)器人主要包括以下幾部分：

1、個(gè)行走驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動(dòng)。殼體前端和側(cè)面裝有紅外開(kāi)關(guān)，作為碰撞檢測(cè)傳感器。底面的3個(gè)紅外開(kāi)關(guān)作為臺(tái)階檢測(cè)傳感器，防止跌落。驅(qū)動(dòng)輪上裝有光電編碼盤(pán)，可以對(duì)輪速進(jìn)行檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。同時(shí)還擴(kuò)展了超聲波傳感器，用于精確定位的需要；

2、清掃機(jī)構(gòu)。用電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)清掃刷，使左面清掃刷順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以在清掃灰塵時(shí)將灰塵集中于吸風(fēng)口處，為掃地機(jī)構(gòu)的工作做準(zhǔn)備；

3、掃地機(jī)構(gòu)。制造強(qiáng)大的吸力，將灰塵吸入灰塵存儲(chǔ)箱中；

4、擦地機(jī)構(gòu)。在清掃、掃地之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在?地面上的細(xì)小灰塵，保證清潔工作的質(zhì)量。

掃地機(jī)器人的工作流程

1、首先可以通過(guò)鍵盤(pán)或者遙控器啟動(dòng)清潔機(jī)器人，讓它開(kāi)始清掃工作。

2、機(jī)器人一旦開(kāi)始工作，便控制清掃機(jī)構(gòu)進(jìn)行清掃、掃地機(jī)構(gòu)開(kāi)始掃地、擦地機(jī)構(gòu)開(kāi)始擦地。

3、機(jī)器人開(kāi)始工作，傳感探測(cè)模塊就開(kāi)始不斷地采集外部信息，送到CPU進(jìn)行分析和決策產(chǎn)生機(jī)器人行走的路徑。

4、當(dāng)路徑規(guī)劃需要機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的時(shí)候。CPU就分別改變左右輪的速度，通過(guò)差速來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

5、工作期間機(jī)器人可以通過(guò)LCD顯示一些相關(guān)信息(比如工作模式、工作計(jì)時(shí)或溫度)。

6、遙控器除了可以控制清潔機(jī)器人的啟停，還可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)，讓機(jī)器人在一定時(shí)間后開(kāi)始工作或者工作一定時(shí)間后停止工作。

機(jī)器人利用安裝的各類(lèi)傳感器來(lái)獲取室內(nèi)環(huán)境以及自身的基本信息，如障礙物的位置、自身走過(guò)的距離等;然后根據(jù)獲得的信息，選定相應(yīng)的控制策略;通過(guò)以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)進(jìn)行障礙物判斷、避障策略選擇和運(yùn)動(dòng)行走實(shí)施。機(jī)器人面板上有控制其開(kāi)始/停止工作的按鍵。同時(shí)也可以通過(guò)遙控來(lái)控制，遙控還可以用來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)，LCD實(shí)時(shí)的顯示定時(shí)的倒記時(shí)和當(dāng)前的溫度值。

掃地機(jī)器人傳感器系統(tǒng)

任何機(jī)器人都離不開(kāi)傳感器，機(jī)器人要具備智能行為必須不斷感知外界環(huán)境，從而做出相應(yīng)的決策行為。

超聲波傳感器

超聲波是一種一定頻率范圍的聲波它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象利用這一特性，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用其具體的計(jì)算公式如下：

s＝v×t／2

注：s：為障礙物與吸塵器之間的距離；

t：為發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間；

v：為聲波在空氣中傳播的速度

在掃地機(jī)器人中，避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測(cè)距的原理它的傳感器部分由三對(duì)（每對(duì)包括一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭）共六個(gè)超聲波傳感頭組成

由單獨(dú)的振蕩電路產(chǎn)生頻率固定為40kHz，幅值為5V的超聲波信號(hào)在控制器送來(lái)的路選信號(hào)的作用下，40kHz的振蕩信號(hào)被加在超聲發(fā)射探頭的兩端，從而產(chǎn)生超聲信號(hào)向外發(fā)射；該信號(hào)遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生反射波，當(dāng)這一反射波被接收器接收后，根據(jù)前述測(cè)距的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠(yuǎn)近；同時(shí)，根據(jù)信號(hào)的幅值大小，也可以初步確定障礙物的大小。

超聲波傳感器采用直接反射式的檢測(cè)模式。位于傳感器前面的被檢測(cè)物通過(guò)將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測(cè)到被測(cè)物，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)處理判斷前方物體的大小、遠(yuǎn)近及大體屬性。

紅外測(cè)距傳感器

紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管接收，經(jīng)過(guò)處理之后，即可利用紅外線的返回信號(hào)來(lái)識(shí)別周?chē)h(huán)境的變化。

接觸式傳感器

接觸式厚度傳感器，通常采用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍耳式位移傳感器等（見(jiàn)位移傳感器）進(jìn)行接觸式厚度測(cè)量。為了連續(xù)測(cè)量移動(dòng)著的物體的厚度，常在位移傳感器的可動(dòng)端頭上安裝滾動(dòng)觸頭，以減少磨損。接觸式厚度傳感器可測(cè)量物體高度，空間大小。全能清潔機(jī)器人可利用這一點(diǎn)探測(cè)障礙物的高度，進(jìn)一步做出判斷發(fā)揮它的功能.

紅外光電傳感器

把渾濁度傳感器的外殼固定在被測(cè)箱體內(nèi)，采用一定波長(zhǎng)的紅外發(fā)光二極管作為檢測(cè)光源，穿透被測(cè)溶液，檢測(cè)其透射光強(qiáng)來(lái)檢測(cè)溶液渾濁度的程度。紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光穿透被測(cè)溶液的介質(zhì)，被接收端的光電三極管接受，產(chǎn)生光電流。由于溶液含有的介質(zhì)、灰塵的顆粒大小、密度不同，光電三極管的光電流近似為線性變化。經(jīng)濾波后輸出，即得到與渾濁度相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)。

防碰撞傳感器

因各種因素的影響，掃地機(jī)器人難免會(huì)有撞上障礙物的可能。為了處理這種情況，我們利用光電開(kāi)關(guān)傳感器來(lái)感應(yīng)車(chē)體受到的碰撞，及碰撞的大概位置，以使掃地機(jī)器人做出相應(yīng)的決策。

在掃地機(jī)器人的前端設(shè)計(jì)了約180°的碰撞板，在碰撞板左右兩側(cè)各裝有一個(gè)光電開(kāi)關(guān)。光電開(kāi)關(guān)由一對(duì)紅外發(fā)射對(duì)管組成，發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光線通過(guò)掃地機(jī)器人機(jī)身特制的小孔被光敏二極管接受，當(dāng)機(jī)身碰撞板受到碰撞時(shí)，碰撞板就會(huì)擋住機(jī)身特制小孔，阻礙紅外線的接受從而向控制系統(tǒng)傳達(dá)信息。光電開(kāi)關(guān)工作原理如圖所示。此結(jié)構(gòu)可避免測(cè)量盲區(qū)帶來(lái)的誤差。掃地機(jī)器人在任何方向上的碰撞，都會(huì)引起左右光電開(kāi)關(guān)的響應(yīng)，從而根據(jù)碰撞的方向做出相應(yīng)的反應(yīng)。

防跌落傳感器

為了防止掃地機(jī)器人遇到臺(tái)階時(shí)跌落，在掃地機(jī)器人背面安裝3個(gè)防跌落傳感器。防跌落傳感器安裝位置如圖所示。

防跌落傳感器也是利用超聲波進(jìn)行測(cè)距。當(dāng)掃地機(jī)器人行進(jìn)至臺(tái)階邊緣時(shí)，防跌落傳感器利用超聲波測(cè)得掃地機(jī)器人與地面之間的距離，當(dāng)超過(guò)限定值時(shí)，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向，改變掃地機(jī)器人前進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)防止跌落的目的。掃地機(jī)器人防止跌落示意圖如圖所示。

防過(guò)熱傳感器

為了防止掃地機(jī)器人持續(xù)工作導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱，從而導(dǎo)致電路的燒毀，在掃地機(jī)器人電路板上安裝兩個(gè)溫度傳感器。當(dāng)掃地機(jī)器人工作一段時(shí)間電機(jī)溫度達(dá)到一定限度后一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器再控制掃地機(jī)器人停止工作，并運(yùn)行散熱風(fēng)扇進(jìn)行散熱。當(dāng)溫度降到一定程度后，另一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器在控制掃地機(jī)器人繼續(xù)工作。

床底深度清掃

床底、沙發(fā)底、柜子底等地方相對(duì)較臟，因此這些地方需要重點(diǎn)清掃，以保證清潔度。為實(shí)現(xiàn)此功能，在掃地機(jī)器人正面安裝8個(gè)光敏傳感器。

掃地機(jī)器人在床底或柜子底開(kāi)始工作后，光敏傳感器接收的光強(qiáng)較弱。當(dāng)掃地機(jī)器人運(yùn)行離開(kāi)床底或柜子底時(shí)，光敏傳感器接收到的光強(qiáng)發(fā)生變化，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器發(fā)出控制信號(hào)，使掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，重新回到暗處，繼續(xù)進(jìn)行清掃。

灰塵盒防滿(mǎn)傳感器

為了檢查掃地機(jī)器人灰塵盒中的灰塵是否裝滿(mǎn)，在灰塵盒兩側(cè)安裝變介質(zhì)型電容傳感器。當(dāng)灰塵盒中灰塵高度到達(dá)電容傳感器高度時(shí)，電容傳感器中的介質(zhì)發(fā)生改變，由于灰塵的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)不同，從而引起傳感器電容變化，傳感器將信號(hào)傳給控制器，控制器控制掃地機(jī)器人發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒主人應(yīng)該清理灰塵盒了。

低電量自動(dòng)返回充電功能

掃地機(jī)器人所帶電池容量有限，所以就需要在電量低時(shí)自動(dòng)返回充電基座進(jìn)行充電再返回原位置繼續(xù)打掃。當(dāng)電量低于限定值時(shí)，控制器會(huì)向紅外線發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，紅外線發(fā)射器向四周發(fā)射紅外線。充電基座安裝有紅外線傳感器，感受到來(lái)自?huà)叩貦C(jī)器人發(fā)射來(lái)的紅外線后，會(huì)向掃地機(jī)器人發(fā)射紅外線。掃地機(jī)器人內(nèi)部的紅外線傳感器接收到后會(huì)向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器就會(huì)控制掃地機(jī)器人按照接受到紅外線的方向找到充電基座，并自動(dòng)返回進(jìn)行充電。

邊緣檢測(cè)傳感器

邊緣檢測(cè)傳感器是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)的觸發(fā)端設(shè)計(jì)成一個(gè)滑輪結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人的兩側(cè)各裝有一個(gè)，用于保證機(jī)器人可以始終貼著墻的邊緣走。這樣就可以對(duì)墻壁邊緣死角部分進(jìn)行更好的清掃。

光電編碼器

光電編碼器是掃地機(jī)器人上的位置和速度檢測(cè)的傳感器，掃地機(jī)器人上的光電編碼器通過(guò)減速器和驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸相連，并以增量式編碼的方式記錄驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的脈沖。由于光電編碼器和驅(qū)動(dòng)輪同步旋轉(zhuǎn)，利用碼盤(pán)、減速器、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的物理參數(shù)，可將檢測(cè)到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度，即機(jī)器人相對(duì)于某一參考點(diǎn)的瞬時(shí)位置，這就是所謂的里程計(jì)。光電編碼器已經(jīng)成為在電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部、輪軸，或在操縱機(jī)構(gòu)上測(cè)量角速度和位置的最普遍的裝置。因?yàn)楣怆娋幋a器是本體感受式的傳感器，在機(jī)器人參考框架中，它的位置估計(jì)是最佳的。

電子羅盤(pán)

電子羅盤(pán)是利用地磁場(chǎng)，檢測(cè)電子羅盤(pán)模塊相對(duì)于地磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)角度的傳感器。電子羅盤(pán)模塊是由高可靠性的磁性傳感器及驅(qū)動(dòng)芯片組成，集成度非常高，實(shí)現(xiàn)了高可靠性、高精度、強(qiáng)抗磁場(chǎng)干擾的數(shù)碼電子羅盤(pán)功能。電子羅盤(pán)模塊有兩個(gè)磁性傳感器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。磁性傳感器里面包含一個(gè)LR振蕩電路，當(dāng)磁性傳感器與地球磁感線平行方向夾角發(fā)生變化時(shí)，LR振蕩電路的磁感應(yīng)系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。驅(qū)動(dòng)芯片通過(guò)磁性傳感器磁感應(yīng)系數(shù)的變化可以計(jì)算出磁性傳感器與地球磁感線之間的夾角，驅(qū)動(dòng)芯片可以連接三個(gè)磁性傳感器，這三個(gè)磁性傳感器方向互為垂直，這樣就可以測(cè)量在三維方向上與地球磁感線的夾角，從而得到當(dāng)前的三維方向。電子指南針模組只要得到水平方向上與地球磁感線的夾角就可以測(cè)得方向。

陀螺儀

針對(duì)電子羅盤(pán)容易受到電磁干擾以及光電編碼器會(huì)受到輪子打滑等不確定因素造成的角度測(cè)量不準(zhǔn)的特點(diǎn)，確定物體的運(yùn)動(dòng)方向還需要一個(gè)傳感器，在上述情況發(fā)生時(shí)能夠精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的角度。陀螺儀是用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角度、角速度和角加速度的傳感器，它能夠有效解決上述問(wèn)題。

掃地機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)

掃地機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人所感知到的工作環(huán)境信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙無(wú)碰撞的路徑，并且實(shí)現(xiàn)所需清掃區(qū)域的合理完全路徑覆蓋。

根據(jù)機(jī)器人對(duì)環(huán)境信息知道的程度不同，可以分為兩種類(lèi)型:環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未知，通過(guò)傳感器在線地對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，以獲取障礙物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。

對(duì)未知區(qū)域的邊沿學(xué)習(xí)

由于掃地器人采用的是紅外線傳感器，考慮到紅外線的探測(cè)范圍和清掃環(huán)境的未知性，采用了一種沿邊學(xué)習(xí)的方式，即讓清潔機(jī)器人從指定位置沿墻壁及其靠近墻壁的障礙物外緣按逆時(shí)針（或順時(shí)針）方向繞房行走一周，行走過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄清潔機(jī)器人中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，這樣就可以大致描述出清掃環(huán)境的輪廓及靠墻障礙物的分布情況。并記錄下當(dāng)y坐標(biāo)達(dá)到最大值ymax時(shí)，x能達(dá)到的最大值xmax（考慮到障礙物可能存在于墻壁的右下角）。

在機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，采用角度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前的自身角度進(jìn)行檢測(cè)并由光電編碼器得到在該方向上運(yùn)行的位移，通過(guò)實(shí)時(shí)記錄，并對(duì)運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行積分，得到當(dāng)前位置。如下圖所示：

全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃方案

為了使清潔機(jī)器人能按照我們所要求的工作模式進(jìn)行清掃，首先要規(guī)定其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如下圖所示：

若該區(qū)域內(nèi)無(wú)任何障礙物出現(xiàn)，則主要是控制程序驅(qū)動(dòng)掃地機(jī)器人在該區(qū)域內(nèi)做直線帶狀往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人前方的紅外傳感器檢測(cè)到其運(yùn)動(dòng)到x方向最大位置，則機(jī)器人繞右側(cè)輪子轉(zhuǎn)180°，在機(jī)器人轉(zhuǎn)角時(shí)，只驅(qū)動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，以另一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪為支點(diǎn)向左或向右轉(zhuǎn)，這樣做能夠使得機(jī)器人在轉(zhuǎn)過(guò)180°后正好移過(guò)一個(gè)車(chē)位，保證機(jī)器人在往返清掃過(guò)程中不留下清掃死區(qū)。

若在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到障礙物，則機(jī)器人能夠智能越障。障礙物主要分三種情況，一種是靠最遠(yuǎn)處墻壁的障礙物，如障礙物D，第二種是不靠墻障礙物，第三種是其他靠墻障礙物。由于在清掃前，機(jī)器人進(jìn)行了邊沿學(xué)習(xí)，獲得了空間的邊緣信息，因此可自動(dòng)將第三種障礙物作為墻壁處理。若障礙物不是靠墻障礙物，則機(jī)器人能利用紅外測(cè)距傳感器沿障礙物邊沿行走，直到其在y軸方向的位置移動(dòng)一個(gè)車(chē)位，然后轉(zhuǎn)180°運(yùn)動(dòng)。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)單元可以記錄該障礙物的y軸最大坐標(biāo)和最小坐標(biāo)，即記錄障礙物在y軸方向的尺寸，當(dāng)機(jī)器人超高障礙物運(yùn)動(dòng)到x軸最大或者最小位置處時(shí)，需要沿y軸反方向走一個(gè)障礙物尺寸的距離，然后繼續(xù)清潔障礙物另一側(cè)的區(qū)域。若障礙物靠最遠(yuǎn)處墻壁時(shí)，若y軸達(dá)到最大值，且x軸方向未達(dá)到xmax，且前方傳感器檢測(cè)到障礙物，則機(jī)器人繞過(guò)障礙物運(yùn)動(dòng)y軸方向最遠(yuǎn)處，清掃剩余區(qū)域，當(dāng)y軸方向和x軸方向同時(shí)達(dá)到邊沿檢測(cè)時(shí)得到的最大位置值時(shí)，停止檢測(cè)。

掃地機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下表：

編輯：黃飛

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