- 基于行为的移动式智能吸尘机器人设计

　　2．5 防堵转行为

　　永磁直流电动机的输出转矩同电流成正比。当电动机两端施加电压而电动机没有旋转时，转矩和电流达到最大值。如果机器人同某个障碍物发生碰撞，并且驱动轮同地面之间具有很大的摩檫力，那么驱动电动机将会处于停转状态。因此，如果电动机具有最大电流，并且电流已经持续了相对比较长的时间，那么表明机器人已经同环境中的某个物体发生了碰撞。堵转检测传感器只有当电动机在高电流状态(高于某个阈值)下持续了一段时间才能断定已发生碰撞的判断(电机启动会产生瞬间电流峰值)。

2．6防静止行为

　　虚拟静止检测传感器只要通过软件实现即可。机器人在运动时各传感器的输出信息都可能在不停地变化，而一旦停止运动，所有传感器的输出信息都将保持不变。


　　2．7 系统结构

　　机器人的功能和运行方式决定了机器人的结构。系统结构图如图4所示。

 

　　2．8 差速驱动

　　差速驱动底盘通过控制2个驱动轮之间的运动差异来控制机器人的整体运动。无论多么复杂的运动都可以分解为平移运动和原地旋转运动。图5为差速驱动模型，描述了2个驱动轮的速度同机器人曲率半径之间的关系，曲率半径为rL=VLW／(VR一VL)。当两个驱动轮的旋转速度完全相同时．半径rL的值将趋于无穷大，此时机器入沿直线行驶的过程可以理解为机器人沿某个半径为无穷大的圆的旋转过程；当左轮速度为O时，rL等于0，机器人将会围绕左轮进行原地旋转操作，此时vL=v，Vr=wW+v；当左右2个轮子的速度相同而符号相反时，机器人将会围绕着自己的中心位置进行原地旋转(rL=w／2)。差速驱动机器人可以围绕2个驱动轮轴心连线上的任意一点进行旋转操作(包括机器人本体外的点)。负半径表示机器人沿弧线方向逆时针行驶；正半径方向表示沿弧线方向顺时针行驶。

　　3 仲裁器设计

　　在某个时刻仅有一个行为触发，系统能够比较平稳地运行。但当多个行为同时触发，并且每个行为都需要机器人执行不同的操作时，机器人就需要利用仲裁机制来妥善处理这种关系。这里采用固定优先级仲裁，每个行为都被惟一地赋予一个优先级值，冲突发生时，执行优先级高的行为。行为在发出控制请求后，需要知道自己是否已经得到仲裁器的批准。仲裁器带有一定的输出，每个行为都赋予一个惟一标识符(ID：Identifer)。仲裁器输出仲裁获胜行为的标识符。每个行为通过将自己的标识符同仲裁器输出相比较，能够确定出自己是否已经拥有了对仲裁资源的控制权。

　　机器人在运行时，环境存在很多不可控因素，机器人的实际运行方式与所期望的有很大差异，有时传感器彻底失效，有时在信息检测过程中经常出现漏报和误报错误(漏报是指当环境中存在某种传感器应该能够检测到的信息时，传感器却检测不到；误报则是指传感器所检测到的信息在环境中是不存在或不正确的)。尽管在重要信息损失或者运动控制命令变质的情况下，性能会受到一定程度的影响，机器人程序也应该能够尽其可能地做到最好，而不是完全彻底地瘫痪。在子系统发生错误或者工作失败的情况下，系统这种能够降低水准继续工作的能力被称为优雅降级。本文设计的机器人具有完善的优雅降级功能(见图6)。在碰撞传感器失效的情况下，防堵转和防静止行为将保证机器人继续完成任务。

　　4 机器人仿真及分析

　　对以上提出的基于行为吸尘机器人设计方案进行仿真，图7为机器人在模拟房间中清洁任务的仿真界面。机器人采用随机覆盖的模式，不知道自己的具体位置，因此不可避免地会再次访问已访问过的某个区域。随着机器人的运行，覆盖区域的增长速度呈递减趋势，区域覆盖率则可以近似表达为：覆盖率=(1-e-t/a)其中，f为时间变量；a为一时间常数。表明了机器人在不访问旧区域的情况下进行确定性覆盖所花费的时间。通过实验仿真运行情况来看，本文的设计方案完全可以满足要求。虽然随机覆盖方法没有确定性覆盖的低重复性，但他却能避免确定性覆盖所带来的价格、复杂性以及系统脆弱性问题。

　　5 结 语

　　基于行为的机器人设计方法不采用价格昂贵的单一类型传感器去获取难以达到的精度和可靠性，而是综合使用多个可靠性相对来说比较差一些的传感器系统，通过这些系统之间的优势互补使机器人具有更强的鲁棒性。

　　作者在结合传统的基于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。

STM32/STM8

意法半导体/ST/STM