基于行為的智能吸塵機器人設計

　　2.7 系統結構

　　機器人的功能和運行方式決定了機器人的結構。系統結構圖如圖4所示。

　　2.8 差速驅動

　　差速驅動底盤通過控制2個驅動輪之間的運動差異來控制機器人的整體運動。無論多么復雜的運動都可以分解為平移運動和原地旋轉運動。圖5為差速驅動模型，描述了2個驅動輪的速度同機器人曲率半徑之間的關系，曲率半徑為rL=VLW/(VR一VL)。當兩個驅動輪的旋轉速度完全相同時.半徑rL的值將趨于無窮大，此時機器入沿直線行駛的過程可以理解為機器人沿某個半徑為無窮大的圓的旋轉過程;當左輪速度為O時，rL等于0，機器人將會圍繞左輪進行原地旋轉操作，此時vL=v，Vr=wW+v;當左右2個輪子的速度相同而符號相反時，機器人將會圍繞著自己的中心位置進行原地旋轉(rL=w/2)。差速驅動機器人可以圍繞2個驅動輪軸心連線上的任意一點進行旋轉操作(包括機器人本體外的點)。負半徑表示機器人沿弧線方向逆時針行駛;正半徑方向表示沿弧線方向順時針行駛。

　　3仲裁器設計

　　在某個時刻僅有一個行為觸發，系統能夠比較平穩地運行。但當多個行為同時觸發，并且每個行為都需要機器人執行不同的操作時，機器人就需要利用仲裁機制來妥善處理這種關系。這里采用固定優先級仲裁，每個行為都被惟一地賦予一個優先級值，沖突發生時，執行優先級高的行為。行為在發出控制請求后，需要知道自己是否已經得到仲裁器的批準。仲裁器帶有一定的輸出，每個行為都賦予一個惟一標識符(ID：Identifer)。仲裁器輸出仲裁獲勝行為的標識符。每個行為通過將自己的標識符同仲裁器輸出相比較，能夠確定出自己是否已經擁有了對仲裁資源的控制權。

　　機器人在運行時，環境存在很多不可控因素，機器人的實際運行方式與所期望的有很大差異，有時傳感器徹底失效，有時在信息檢測過程中經常出現漏報和誤報錯誤(漏報是指當環境中存在某種傳感器應該能夠檢測到的信息時，傳感器卻檢測不到;誤報則是指傳感器所檢測到的信息在環境中是不存在或不正確的)。盡管在重要信息損失或者運動控制命令變質的情況下，性能會受到一定程度的影響，機器人程序也應該能夠盡其可能地做到最好，而不是完全徹底地癱瘓。在子系統發生錯誤或者工作失敗的情況下，系統這種能夠降低水準繼續工作的能力被稱為優雅降級。本文設計的機器人具有完善的優雅降級功能(見圖6)。在碰撞傳感器失效的情況下，防堵轉和防靜止行為將保證機器人繼續完成任務。

　　4機器人仿真及分析

　　對以上提出的基于行為吸塵機器人設計方案進行仿真，圖7為機器人在模擬房間中清潔任務的仿真界面。機器人采用隨機覆蓋的模式，不知道自己的具體位置，因此不可避免地會再次訪問已訪問過的某個區域。隨著機器人的運行，覆蓋區域的增長速度呈遞減趨勢，區域覆蓋率則可以近似表達為：覆蓋率=(1-e-t/a)其中，f為時間變量;a為一時間常數。表明了機器人在不訪問舊區域的情況下進行確定性覆蓋所花費的時間。通過實驗仿真運行情況來看，本文的設計方案完全可以滿足要求。雖然隨機覆蓋方法沒有確定性覆蓋的低重復性，但他卻能避免確定性覆蓋所帶來的價格、復雜性以及系統脆弱性問題。

　　5 結 語

　　基于行為的機器人設計方法不采用價格昂貴的單一類型傳感器去獲取難以達到的精度和可靠性，而是綜合使用多個可靠性相對來說比較差一些的傳感器系統，通過這些系統之間的優勢互補使機器人具有更強的魯棒性。

　　作者在結合傳統的基于行為技術和傳感器技術的基礎上，選取最有效的行為搭配構建了整個系統，使整個系統的工作效率較傳統的隨機覆蓋有了很大的提高。