..WORD完美格式技術資料專業整理畢業設計〔論文課題名稱基于Webots軟件掃地機器人的研究與設計學院電氣工程學院專業自動化班級學號姓名指導老師二〇一七年五月摘要掃地機器人在人們的日常生活中發揮著重要作用,在許多人的家里,經常有個小巧靈活的身影,穿梭在各個房間里,它經過的地面都被打掃的干干凈凈。掃地機器人是憑借著一定人工智能自動完成室內地板清潔工作的智能家電用電器,目前主流的掃地機器人主要是通過機內高速運轉的電動機在主機內形成一個類真空環境,利用由此產生的高速氣流將垃圾吸入集塵盒,從而完成清潔工作。仿真技術在機器人的設計研究中有著不可忽視的作用,它可以改善機器人的機構質量和對機器人的運動性能進行分析。在仿真軟件上對機器人進行研究有以下優點：研究成本低、研發周期短,方便修正,可以監控機器人運行中的各種參數和運動狀態。本設計在Webots仿真平臺上對掃地機器人進行設計。設計的掃地機器人應能能實現以下技術指標：能夠實現灰塵識別,實現多種清掃模式,具有防跌落、防撞、自動返回充電等功能,能夠進行電量低、塵盒滿等信息提示。設計的過程如下：首先為機器人搭建一個環境,模擬一個房間,內有各種家具；然后構造機器人的身體,身體是扁平的圓柱體,移動機構是三輪式,有可實現防碰撞和防跌落等功能的傳感器,接著給器件設置參數,最后給機器人創建一個控制器作為機器人的控制系統。最后,本設計完成之后,經過仿真運行,基本能實現掃地功能,并且不會碰上障礙物和跌落。同時分析了設計的機器人的不足之處,以及在未來的研究中該掃地機器人還可以繼續改進的地方和可能增加的功能。關鍵詞：掃地機器人仿真技術Webots..ResearchandDesignofSweepingRobotBasedonWebotsSoftwareABSTRACTSweepingrobotsplayanimportantroleinpeople'sdailylives.Inmanypeople'shomes,thereisoftenasmall,flexiblefigurethattravelsthroughtheroomsandissweptthroughtheground.Sweptroboticrobotisbyvirtueofacertainartificialintelligencetoautomaticallycompletetheindoorfloorcleaningsmarthomeappliances,thecurrentmainstreamofthesweepingrobotismainlythroughthemachinerunninghigh-speedmotorinthehosttoformavacuum-likeenvironment,theuseoftheresultinghigh-speedairThegarbageissuckedintothedustbox,thuscompletingthecleaningwork.Simulationtechnologycannotbeneglectedinthedesignofrobotdesign.Itcanimprovethequalityoftherobotandanalyzethemotionperformanceoftherobot.Theresearchontherobotinthesimulationsoftwarehasthefollowingadvantages:lowresearchcost,shortresearchanddevelopmentcycle,easytocorrect,canmonitortherobotrunningavarietyofparametersandmovementstate.ThisdesignisdesignedontheWebsitesimulationplatformforsweepingrobots.Thedesignofthesweepingrobotshouldbeabletoachievethefollowingtechnicalindicators:toachievedustrecognition,toachieveavarietyofcleaningmode,withanti-drop,anti-collision,automaticreturnchargingandotherfunctions,tolowpower,dustboxfullinformationtips.Thedesignprocessisasfollows:firstfortherobottobuildanenvironment,simulatearoom,thereareavarietyoffurniture;andthenconstructtherobot'sbody,thebodyisaflatcylinder,mobilebodyisthree-wheeled,canachieveanti-collisionandanti-Andthensettheparameterstothedevice,andfinallytotherobottocreateacontrollerasarobotcontrolsystem.Finally,afterthecompletionofthisdesign,afterthesimulationrun,thebasicabilitytoachievesweepingfunction,andwillnotrunintoobstaclesandfall.Atthesametime,itanalyzestheshortcomingsofthedesignoftherobot,andinthefuturestudyofthesweepingrobotcancontinuetoimprovethelocalandmayincreasethefunction.KEYWORDS:Sweepingrobot；SimulationTechnology；Webots..目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 本章節主要討論了掃地機器人的一些相關理論,包括掃地機器人完成清掃任務的工作原理、掃地機器人的主要特點、構成掃地機器人的主要機構和掃地機器人研究的關鍵技術。掃地機器人的工作原理掃地機器人由多個工作模塊組成,在這些模塊的共同作用下,機器人才能完成清潔工作。系統主控制模塊是整個機器人的核心,傳感器模塊用來探測和接受信號,然后把信息傳給系統主控制模塊,系統主控制模塊接收到信號后進行處理和分析,然后把結果返還到執行模塊中,機器人開始工作。圖2-1工作中的掃地機器人機器人的工作過程如下：〔1發送指令給掃地機器人,把機器人打開,使機器人進入工作狀態。〔2機器人開始工作后,傳感器探測模塊不斷地將探測外界得到的信息收集起來并把收集到的信息發送給系統主控制模塊,系統主控主模塊接收到之后,對這些信息進行分析和處理,最終計算出一條覆蓋面最全,效率最高的最優路徑。〔3機器人按著規劃出來的路徑進行清掃工作,當機器人遇到障礙物需要轉向繞開時,系統主控制模塊就會通過執行模塊的行走驅動子模塊的驅動輪上的獨立電機改變兩輪的速度比實現機器人的轉向。〔4在清掃的過程中,掃地機器人是通過機器人內部高速運轉的電機,形成具有吸力的風量和內部的類真空環境,使得機體內外的壓強不平衡,形成了壓強差,在內外壓差和風量的共同作用下,灰塵從吸風口處被吸入集塵盒,帶有灰塵毛發等雜物的風經過過濾后再排出。掃地機器人的特點掃地機器人具有以下特點：〔1掃地機器人自帶電源,體積小巧輕便,自主程度高,功能齊全,操作簡單,可實用性高。〔2掃地機器人的主要功能是完成地面清掃工作,清潔的對象是地板上的灰塵、毛發、紙片碎屑等一些輕質量、體積小的垃圾,而重質量、大體積的垃圾則不在機器人的清掃范圍內。〔3掃地機器人在自主完成任務時,掃地機器人不得損壞房間里面的家具、物品等,還應具有自我保護的能力。〔4掃地機器人的工作環境要求較高,應為有限的封閉環境,地面較為平整,可以是家庭環境或者圖書館、機場大廳等。掃地機器人的結構系統〔1移動機構。移動機構是執行電機模塊的一部分,包括驅動電機和行走驅動輪。功能是讓機器人在地面上自由的行走。機器人移動機構主要有輪式、履帶式、步行式或其他方式等幾種類型。輪式和履帶式適合較平整地面,而步行式可應用于條件較差的地面。由2.3掃地機器人的特點可知,掃地機器人的工作環境比較良好,一般為室內,所以掃地機器人采用輪式結構。〔2清掃機構。清掃機構是執行電機模塊的另一部分。主要是由兩個獨立電機控制的兩個逆向旋轉毛刷組成。電機啟動后,帶動毛刷旋轉,左邊的毛刷順時針轉動,右邊的毛刷逆時針轉動,在這兩個毛刷的共同作用下,將垃圾集中掃到吸風口。〔3傳感器機構。傳感器機構在機器人運行過程中發揮著重要的作用,是充當著機器人的眼睛的重要角色,如為了實現防碰撞功能和防跌落功能,在掃地機器人的身體里裝有許多的傳感器。圖2-2掃地機器人的組成機構掃地機器人關鍵技術由于人的走動或者其他因素,掃地機器人的工作環境往往是不確定或者多變的,這給機器人帶來一定的干擾,機器人的幾大關鍵技術則幫助機器人在這種情況下很好的完成任務。〔1傳感器技術掃地機器人在工作的過程中,隨著自身的移動,環境的狀態和機器人自身的狀態都不斷的變化著,所以需要不斷的更新自身的狀態信息和外界的信息,以監控自身的運動狀態、進行路徑規劃等。通常傳感器分為內部傳感器和外部傳感器。內部傳感器一般有編碼器、加速度計、陀螺儀和電子羅盤等,編碼器可以用來確定機器人的位置,加速度計可以獲取加速度信息,陀螺儀可以測取機器人運動時的角度、角速度、角加速度等。我們通過這些信息可以了解到機器人的實時運動狀態。而外部傳感器一般是壓力傳感器或距離傳感器如紅外線傳感器、激光傳感器、超聲波傳感器等,機器人通過傳感器可以獲得機器人附近是否有障礙物等信息,這些信息可以避免機器人發生碰撞或跌落等情況。通過將這多種傳感器收集到的信息融合在一起,可以使得掃地機器人適應動態的工作環境,及時的對突發狀況做出判斷然后進行處理。〔2路徑規劃技術路徑規劃就是在有障礙物的環境中,機器人首先通過傳感器獲得外界信息認識工作的環境狀態,然后按照一定的規劃規則計算出起點到終點的一條避開障礙物進行導航,并且達到清掃區域覆蓋最全的路徑。路徑規劃一般分為全局路徑規劃和局部路徑規劃。路徑規劃技術可以極大得提高掃地機器人的清潔效率。..〔3電源技術電源相對于掃地機器人就像心臟相對于人,人失去心臟就是去了生命,機器人沒有電源就無法工作。電源是機器人動力的來源,電源為移動機構提供動力,為系統控制模塊提供穩定的電壓,為驅動模塊、吸塵模塊和傳感器模塊提供能源。目前掃地機器人的電源一般為可充電池。本章小結本章介紹了掃地機器人的工作原理,并且分析了工作過程,指出了掃地機器人的特點和對工作環境的一般要求,然后分析了掃地機器人的組成機構,最后簡單介紹了掃地機器人的幾種關鍵技術：傳感器技術、路徑規劃技術和電源技術。..3D機器人總體設計方案引言本章節主要給出了3D機器人總體設計方案,分別對掃地機器人的外形、移動機構和傳感器進行分析做出設計方案設計,然后對掃地機器人的路徑規劃方法進行選擇,最后給出了掃地機器人控制程序的設計方案。掃地機器人的外形設計掃地機器人的整體結構外形設計為圓盤形,相對于其他有棱角的物體如三角形物體或矩形物體而言,圓形物體更容易躲避障礙物,即使機器人發生故障沒有及時繞開障礙物而發生碰撞時,產生的損傷也相對較小；而且設計為圓盤型的機器人外形高度較低,可以進入床底、沙發底、茶幾底等地進行清掃。因此本設計將掃地機器人的身體設為厚度為10cm,半徑為20cm的圓柱體。機器人的外形俯視圖如圖3-1,側視圖如圖3-2。圖3-1掃地機器人的外形俯視圖圖3-2掃地機器人的外形側視圖掃地機器人的移動機構設計移動機構是掃地機器人的基礎結構,主要作用是使機器人可以在平面上移動。因掃地機器人的工作環境多為室內,且地面平整,因此本設計中掃地機器人的移動機構采用輪式。為與掃地機器人的身體部分協調,設計的輪子是高度為3cm、半徑為4.8cm、轉軸垂直于Y軸的圓柱體。為使掃地機器人有良好的直線性,并且實現機器人的0半徑轉彎,移動機構采用雙電機進行兩輪驅動,兩輪對稱分布在機器人中心線的兩邊,吸塵及后的后邊。三角形機構是世界上最穩定的機構,因此在移動機構上添加一個隨動輪,與另兩輪組成一個三角形結構,這種三輪結構能保持機器人的平衡。總的來說,掃地機器人的移動機構采用三輪式移動機構,由兩個驅動輪和一個萬向輪〔隨動輪組成。三輪式移動機構如下圖3-3所示。圖3-3三輪式移動機構圖3-4三輪移動的結構簡圖三輪移動的結構簡圖如上圖3-4所示。圖中為絕對坐標系,為掃地機器人的前輪運動速度,、分別為掃地機器人兩個驅動輪的速度,為掃地機器人萬向輪和驅動輪之間的距離,為兩個驅動輪之間的距離,點為掃地機器人的質心,點為兩個驅動輪軸心連線的中點。設：掃地機器人的萬向輪相對于車體縱軸的旋轉角度為,掃地機器人的車體縱軸與軸的夾角為。設萬向輪在轉彎時的瞬時圓心也是位于兩驅動輪軸心的連線上,設瞬時轉彎半徑為,為車體的轉彎角速度[11]。則車體的速度為〔3-1經過簡單的計算,可求得萬向輪在轉彎時的瞬時轉彎半徑為〔3-2于是可求得車體運動方程〔3-3掃地機器人的傳感器設計掃地機器人的許多功能都是通過傳感器完成的,本系統的傳感器設計主要包括防撞傳感器的設計、防跌落傳感器的設計和灰塵盒滿防滿的傳感器設計。〔1防撞傳感器的設計為了防止掃地機器人裝上各種各樣的家具,設計在機器人的側邊均勻的放置4個紅外線傳感器。紅外線傳感器可以在短時間內探測到遠處的障礙物,當掃地機器人遇到障礙物時,紅外線傳感器可以及時的探測到,機器人就可以通過避障程序控制機器人轉彎,繞過障礙物行走,從而達到避障的目的。圖3-5掃地機器人防撞傳感器分布示意圖〔2防跌落傳感器的設計為了防止掃地機器人從懸空處跌落,設計在掃地機器人的底部、3三個輪子的附近放置3個防跌落傳感器。超聲波傳感器是一種可以測量距離的傳感器,超聲波傳感器發射超聲波,超聲波到達被測物體表面后被反射回去,通過超聲波傳感器接收到反射回去的超聲波的時間可計算出超聲波傳感器與被測物體的距離。當掃地機器人檢測到機體下懸空時,超聲波傳感器利用超聲波測出掃地機器人與地面之間的距離,當測量值超出限定值時,掃地機器人通過防跌落程序控制機器人離開,從而達到防跌落地目的。圖3-6掃地機器人遇臺階時示意圖〔3塵盒防滿的傳感器設計為了檢測掃地機器人的集塵盒是否裝滿,在塵盒滿時可以及時發出提示,讓用戶及時清理集塵盒,設計在塵盒相對兩側的最高點安裝變介質型電容傳感器。當塵盒裝滿時,兩側的變介質電容傳感器之間的介質就由空氣變成了灰塵,由于空氣的介電常數和灰塵的介電常數不一樣,電容傳感器的電容值就發生了變化。當電容器傳感器的只發生變化時,就意味著塵盒已裝滿灰塵,需要清理了。圖3-7電容傳感器的位置示意圖路徑規劃方法機器人的路徑規劃方法可以分為隨機覆蓋法和非隨機覆蓋法,分隨機覆蓋法包括人工勢場法、柵格法、模板模型法和人工智能法,其中的人工智能法又可以分為模糊控制算法、神經網絡路徑規劃和遺傳算法。本設計采用簡單的隨機覆蓋法。機器人采用隨機覆蓋法不需要對環境有預先的了解,它屬于未知環境的路徑規劃。其采用的策略是讓掃地機器人直線行進,在遇到障礙物時再通過避障程序使機器人轉向,避開障礙物后繼續直線行進。掃地機器人的控制程序設計本系統的控制程序設計主要包括主程序設計、防撞子程序設計、防跌落子程序設計和充電尋找子程序設計。〔1程序初始化一般程序開始前都要進行程序初始化,或者程序故障時也要進行初始化,初始化的目的是使變量等回到初始值。〔2主程序的設計系統初始化后就執行主程序,首先對系統執行電壓檢測程序,如果電壓檢測程序結果顯示為YES則執行充電尋找子程序,找到充電基座后執行充電程序,充電完成后再執行一次電壓檢測程序,確定充電完成后則執行清掃程序,在掃地機器人移動的過程中,執行障礙檢測程序和懸空子程序,如果遇到障礙物則執行避障子程序,如果遇到階梯或懸空的地面則執行防跌落子程序,避開障礙物和懸空區后則繼續運行清掃程序。主程序流程圖如下圖3-8。圖3-8主程序流程圖〔3防撞子程序的設計防撞子程序用來控制掃地機器人轉彎從而確保機器人不會撞上障礙物,而是從障礙物的旁邊繞開。當傳感器1檢測到有障礙物存在時,執行右轉程序后返回避障程序；當傳感器2檢測到有障礙物存在時則先執行后退程序然后再執行右轉程序后返回避障程序；當傳感器3檢測到有障礙物存在時執行左轉程序后返回避障程序；當傳感器4檢測到有障礙物存在時則執行右轉程序。這里的傳感器指的都是防撞傳感器。防撞子程序流程圖如下圖3-9。圖3-9防撞子程序流程圖〔4防跌落子程序的設計防跌落子程序主要是防止掃地機器人從樓梯上跌落而摔壞。當掃地機器人懸空檢測結果顯示機器人機身下方出現懸空時,防跌落子程序運行。傳感器1位于萬向輪的前方,傳感器2和傳感器3分別位于兩個驅動輪的旁邊。當傳感器1檢測到懸空時,先執行后退程序再執行左轉程序后返回防跌落檢測程序；當傳感器2檢測到懸空時,先執行前進程序再執行右轉程序后返回防跌落檢測程序；當傳感器3檢測到懸空時,先執行前進程序再執行左轉程序后返回防跌落檢測程序。這里的傳感器指的是防跌落子程序。防跌落子程序流程圖如下圖3-10。圖3-10防跌落子程序流程圖〔5充電尋找子程序當主程序運行時最先進行的就是電壓檢測程序,當電壓不夠時,機器人就要執行充電尋找子程序去尋找充電基座進行充電,目的是保證掃地機器人有足夠的動力去執行完成清掃工作。當紅外線探頭沒有接收到充電基座發出的紅外發射信號時,執行防撞子程序和防跌落子程序；而當接收到紅外發射信號時則執行充電尋找子程序,此時需要關閉防撞子程序。充電尋找子程序流程圖如下圖3-11。圖3-11充電尋找子程序流程圖本章小結本章主要介紹了整個掃地機器人系統設計。本系統設計主要包括了掃地機器人的外形設計、移動機構的設計、傳感器的設計、電機的設計和控制程序的設計。本系統設計將機器人的外形設計為高度為10cm、半徑為20cm的圓盤形；將移動機構設計為由兩個驅動輪一個萬向輪組成的三輪式移動機構；將實現掃地機器人避障功能的傳感器設計為紅外線傳感器,實現掃地機器人的防跌功能的傳感器為超聲波傳感器,實現掃地機器人的塵盒防滿功能的傳感器為電容傳感器；而對路徑規劃的選擇,則設計采用隨機覆蓋法,即直行遇障后轉向繼續直行；同時還進行了掃地機器人的主程序和防撞子程序等程序設計。..機器人建模實現方法引言本章將上章設計好的機器人模型在Webots仿真平臺上實現,包括環境建模、機器人建模和控制器的實現。Webots仿真軟件介紹Webots軟件是由瑞士聯邦技術研究院研發的一款集建模、編程、仿真和程序移植為一體的多功能專業化機器人研究軟件,它是一款商業化的機器人仿真軟件,目前有多所大學和研究機構采用它進行相關的機器人研究工作。Webots仿真軟件是基于VRML〔虛擬現實語言對環境和機器人進行建模仿真的,它具有良好的人機交互功能。Webots的用戶界面主要由四部分組成：場景樹編輯窗口、3D模型的顯示窗口、機器人控制程序的編輯窗口和顯示對象參數信息的輸出窗口。圖4-1Webots仿真環境Webots機器人仿真主要由以下幾個步驟：環境建模、機器人建模、參數設置、編輯控制程序和仿真實驗。流程如圖3-1：圖4-2基于Webots軟件的機器人設計流程圖Webots采用ODE〔開源物理引擎對仿真模型的物理屬性進行精確模擬,檢測物體碰撞和模擬剛性結構的動力學特性,可以模擬物體的速度、慣性等物理特性。在編程方面,Webots支持多種語言,可以使用C、C++、MATLAB、Python和JAVA等計算機語言進行編寫。環境建模不同的機器人都有其對應的特定工作環境,掃地機器人的工作環境一般是家庭環境等,所以我們在開始建模時,先為掃地機器人建立一個模擬房間的環境。環境包括地面、圍墻、燈源和家具。〔1地面建模：每當打開一個新建的世界窗口時場景樹里都會自帶一個面積為1m×1m的地面實體節點〔solid,將其面積換成為10m×10m,即將地面的四個坐標點按順序設置為[505]、[-505]、[-50-5]、[50-5],為了使地面更有真實感,我們可以將地面的方格圖形換成木地板的圖片：將木地板的網址輸入appearance節點的來源中。設置效果如下圖3-3〔a。圖4-3〔a地面設置效果〔2圍墻建模：選擇場景樹窗口中的最后一個實體節點,然后單擊插入按鈕。選擇一個實體節點。從+號打開新創建的newnode,并在其name字段中鍵入"wall"。選擇children字段后插入Shape節點。打開此shape節點,選擇appearance字段,并從"newnode"按鈕創建"Appearance"節點。使用相同的技術在"Appearance"節點的素材字段中創建一個"Material"節點。選擇Material節點的diffuseColor字段,然后選擇粉紫色來定義墻壁的顏色。接著通過設置圍墻的交點坐標設置墻體形狀,坐標設置如下圖3-3〔b。為了防止機器人穿過墻壁,我們必須定義墻的boundingObject字段來設定墻的邊界。圖4-3〔b墻角坐標設置〔3燈源設置：設置四個相同點光源〔PointLight均勻的分布在房間的四個角模擬燈光,使房間的每一角落都能被照到。選擇ambientIntensity〔環境亮度將其設為1,選擇intenuation〔強度并設為0.6,更改其坐標為[0.482.90.48],并將這個點光源節點復制粘貼三次作為其他三個點光源,分別將其坐標改為[0.482.9-0.48]、[-0.482.90.48]、[-0.482.90.48]。〔4放置家具：經過以上步驟,我們已經建好了一個空的房間,我們接下來就為房間添加一些家具。在webots中,已經有了搭好的一些仿實物的實體節點,我們只要在增加節點中的"PROTO〔webots"中選擇并加入就可以了。如添加一個椅子,選擇場景樹窗口中的最后一個實體節點,然后單擊插入按鈕,在增加節點窗口中選擇PROTO〔webots并選中其中的SimpleTable〔Solid后加入。圖4-3〔c環境一角機器人建模掃地機器人的建模主要包括掃地機器人的身體、掃地機器人的移動機構和添加掃地機器人的傳感器及設置參數等。〔1建立掃地機器人的身體：在場景樹窗口中選擇最后一個實體節點。在之后插入Robot節點,將其名稱設置為"robot"。在children字段中,首先引入一個包含帶有圓柱體的形狀的shape節點,然后在其子節點幾何節點里設置它的高度為10cm,半徑為20cm。圖4-4〔a掃地機器人的身體〔2增加掃地機器人的移動機構：在剛才的Robot節點的子節點中再添加一個servo〔伺服節點節點,伺服節點是在機械仿真中增加〔主動或被動自由度,可用于模擬旋轉〔電機或線性運動；然后在servo節點的子字段添加輪子的實體節點設置輪子的形狀,在這里要注意修改rotation的參數,旋轉輪子驅動電機的轉軸,使其垂直于y軸,平行于xoz平面,其中rotation的alpha參數表示的是旋轉的角度：1.57表示旋轉了90°、3.14表示旋轉了180°；另外,輪子需要特別設置一些物理量如彈性、質量、摩擦因數等,這些都在physics節點里設置；最后對輪子定義一個邊界。圖4-4〔b掃地機器人的輪子〔3添加傳感器：傳感器相當于機器人的視覺,本設計實現機器人避障功能的傳感器為紅外線傳感器,實現防跌落功能的是超聲波傳感器,傳感器的類別可以在傳感器節點里的type進行設置。首先還是在剛才的Robot節點的子節點中添加一個DistanceSensor節點,然后設置傳感器的形狀在定義其在機器人身體上的位置,同時要注意旋轉傳感器的方向,使防撞傳感器向外,防跌傳感器向下對準地面；在傳感器節點里可以對傳感器的射線和孔徑大小等進行設定,射線數量無限制但數量太多會影響機器人的性能,所以對于防撞傳感器統一將numberOfRays設為6、aperture設為1.5,而防跌傳感器只要將numberOfRays設為1、aperture設為0.1就可以了。圖4-4〔b掃地機器人的傳感器在以上設置完成后,要對整個機器人設置一個邊界,并設置其物理特性。控制器的實現在向導中選擇新建機器人控制器,選擇C語言作為編程語言。在程序的編輯界面,新建的控制器給出了主函數的結構和包括循環的語句,在機器人的控制原理上,按照設計的機器人程序結構進行程序編輯。程序主要包括主程序和防撞、防跌、自動回充等子程序。在程序主函數中通過wb_robot_int<>函數初始化控制程序和機器人模型之間的通信,然后通過wb_robot_get_device<>函數來獲取設備如電機等并進行參數設置,再通過wb_distance_sensor_enable<>函數來使能距離傳感器,通過分析傳感器的信息,控制運動速度和方向。圖4-5控制器的主函數結構本章小結本章主要首先簡單介紹了webots軟件和用webots軟件進行機器人建模的流程；然后詳細地講述了掃地機器人的環境搭建,將環境設置為10m×10m的房間并搭建了圍墻和添置家具；接著介紹了掃地機器人模型的實現方法：先用solid節點將掃地機器人的身體設置機器人的身體部分,然后通過servo節點添加掃地機器人的輪子,最后添加傳感器充當掃地機器人的視覺；本章還介紹了掃地機器人的控制器的實現方法。..仿真結果分析引言在模型搭建完成之后,開始在仿真平臺上運行,其運行結果可以反映掃地機器人的設計是否成功。掃地機器人應具備的能力為清潔能力、防撞能力、防跌能力等。仿真結果分析〔1清掃功能經過仿真運行,掃地機器人在完成清潔任務時的運行連續效果圖如圖5-1。當掃地機器人經過有垃圾的地面時,垃圾就被掃地機器人機體內一直運行著的高速旋轉電機形成的吸力吸進機體內的集塵盒里,清掃過后的地面上沒有了垃圾,變得干干凈凈。圖5-1掃地機器人的清掃過程〔a圖5-1掃地機器人的清掃過程〔b圖5-1掃地機器人的清掃過程〔c〔2防撞功能經過仿真運行,掃地機器人在遇到障礙物后避開障礙物時的運行連續效果圖如圖5-2。當掃地機器人遇到障礙物并且距離障礙物的距離已經很近達到了限定值時,機器人開始執行避障程序,圖中避障傳感器1檢測到了障礙物,于是開始向右轉,漸漸地避開了障礙物。圖5-2掃地機器人的避障過程〔a圖5-2掃地機器人的避障過程〔b圖5-2掃地機器人的避障過程〔c〔3防跌功能經過仿真運行,掃地機器人在遇到懸空后避開懸空時的運行連續效果圖如圖5-2。當掃地機器人的防跌傳感器測到的距離突然變得很大時,掃地機器人開始執行防跌程序。圖中掃地機器人的萬向輪前的防跌傳感器在前行的過程中測到的距離突然變得很大,超過了限定值,于是機器人開始后退,當傳感器測到的距離回復正常之后,掃地機器人漸漸地向右轉,這樣掃地機器人就不會跌落下去來了。圖5-3掃地機器人的防跌過程〔a圖5-3掃地機器人的防跌過程〔b圖5-3掃地機器人的防跌過程〔c圖5-3掃地機器人的防跌過程〔d圖5-3掃地機器人的防跌過程〔e本章小結本章對各掃地機器人模型的運行結果進行了分析總結,從整體上看,本設計運行效果良好,基本能達到設計的要求,但還有待提高。..總結與展望總結本文主要在Webots仿真平臺上設計了一個掃地機器人的3D仿真模型,分別對其進行了運動學建模和的仿真圖形的搭建。本設計在完成本文設計的主要工作如下：〔1掃地機器人分析。在開始設計前,先查閱掃地機器人的相關資料,包括上淘寶看各個品牌的掃地機器人參數價格和去圖書館查找掃起機器人的理論概念,明白掃地機器人的基本構成和功能,然后明確自己所要設計的掃地機器人需要是什么模樣,要完成什么樣功能,需要怎樣控制,從而逐步完成任務。〔2掃地機器人模型的設計。根據所學的理論知識,設計掃地機器人的形狀、結構、傳感器、電機和控制程序。設計要從合理性、實用性、經濟性來考慮。〔3掃地機器人模型的建立。首先是對掃地機器人工作環境的仿真環境的建立,包括建立環境的地面、圍墻、光源和家具等仿照出類房間環境；接著搭建掃地機器人模型的搭建,包括身體、用來行走的輪子和充當機器人視覺的傳感器等。其中還有對電機的設置和物理參數的添加等；最后掃地機器人的工作程序的編寫,即完成掃地機器人的控制器。〔4仿真結果分析。功能驗證,設計是否成功主要看設計能否實現設計所要完成的功能和完成的程度,從整體上來說,本設計效果良好,能基本達到本設計的設計要求。未來研究展望本設計雖然基本達到了基本要求,但還是有一些方面做的不夠好。在路徑規劃方面,本文采取的只是簡單的隨機清掃模式,即遇到障礙物或墻壁后才會轉向,否則會一直沿同一方向行走,這樣的清掃模式要清掃完整個房間需要很長時間,而且清掃過的地面也很有可能被重復清掃,這樣的清掃方式效率極低；另外；本文設計的掃地機器人的功能較少,還有很多其他功能可以去研究開發。我認為掃地機器人還可以從這些方面進行研究：〔1更換掃地機器人的清掃模式,利用路徑規劃技術,設計掃地機器人的清掃路線,讓掃地機器人沿著規劃好的路線清掃。〔2增加掃地機器人的功能,如掃地機器人的新環境學習功能,虛擬墻功能〔只在一個限定環境清掃,掃地機器人的記憶功能〔清掃過的地面將不再重復清掃等。../r