基于Webots软件扫地机器人的设计研究及设计

..WORD完美格式技术资料专业整理毕业设计〔论文课题名称基于Webots软件扫地机器人的研究与设计学院电气工程学院专业自动化班级学号姓名指导老师二〇一七年五月摘要扫地机器人在人们的日常生活中发挥着重要作用,在许多人的家里,经常有个小巧灵活的身影,穿梭在各个房间里,它经过的地面都被打扫的干干净净。扫地机器人是凭借着一定人工智能自动完成室内地板清洁工作的智能家电用电器,目前主流的扫地机器人主要是通过机内高速运转的电动机在主机内形成一个类真空环境,利用由此产生的高速气流将垃圾吸入集尘盒,从而完成清洁工作。仿真技术在机器人的设计研究中有着不可忽视的作用,它可以改善机器人的机构质量和对机器人的运动性能进行分析。在仿真软件上对机器人进行研究有以下优点：研究成本低、研发周期短,方便修正,可以监控机器人运行中的各种参数和运动状态。本设计在Webots仿真平台上对扫地机器人进行设计。设计的扫地机器人应能能实现以下技术指标：能够实现灰尘识别,实现多种清扫模式,具有防跌落、防撞、自动返回充电等功能,能够进行电量低、尘盒满等信息提示。设计的过程如下：首先为机器人搭建一个环境,模拟一个房间,内有各种家具；然后构造机器人的身体,身体是扁平的圆柱体,移动机构是三轮式,有可实现防碰撞和防跌落等功能的传感器,接着给器件设置参数,最后给机器人创建一个控制器作为机器人的控制系统。最后,本设计完成之后,经过仿真运行,基本能实现扫地功能,并且不会碰上障碍物和跌落。同时分析了设计的机器人的不足之处,以及在未来的研究中该扫地机器人还可以继续改进的地方和可能增加的功能。关键词：扫地机器人仿真技术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..目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 本章节主要讨论了扫地机器人的一些相关理论,包括扫地机器人完成清扫任务的工作原理、扫地机器人的主要特点、构成扫地机器人的主要机构和扫地机器人研究的关键技术。扫地机器人的工作原理扫地机器人由多个工作模块组成,在这些模块的共同作用下,机器人才能完成清洁工作。系统主控制模块是整个机器人的核心,传感器模块用来探测和接受信号,然后把信息传给系统主控制模块,系统主控制模块接收到信号后进行处理和分析,然后把结果返还到执行模块中,机器人开始工作。图2-1工作中的扫地机器人机器人的工作过程如下：〔1发送指令给扫地机器人,把机器人打开,使机器人进入工作状态。〔2机器人开始工作后,传感器探测模块不断地将探测外界得到的信息收集起来并把收集到的信息发送给系统主控制模块,系统主控主模块接收到之后,对这些信息进行分析和处理,最终计算出一条覆盖面最全,效率最高的最优路径。〔3机器人按着规划出来的路径进行清扫工作,当机器人遇到障碍物需要转向绕开时,系统主控制模块就会通过执行模块的行走驱动子模块的驱动轮上的独立电机改变两轮的速度比实现机器人的转向。〔4在清扫的过程中,扫地机器人是通过机器人内部高速运转的电机,形成具有吸力的风量和内部的类真空环境,使得机体内外的压强不平衡,形成了压强差,在内外压差和风量的共同作用下,灰尘从吸风口处被吸入集尘盒,带有灰尘毛发等杂物的风经过过滤后再排出。扫地机器人的特点扫地机器人具有以下特点：〔1扫地机器人自带电源,体积小巧轻便,自主程度高,功能齐全,操作简单,可实用性高。〔2扫地机器人的主要功能是完成地面清扫工作,清洁的对象是地板上的灰尘、毛发、纸片碎屑等一些轻质量、体积小的垃圾,而重质量、大体积的垃圾则不在机器人的清扫范围内。〔3扫地机器人在自主完成任务时,扫地机器人不得损坏房间里面的家具、物品等,还应具有自我保护的能力。〔4扫地机器人的工作环境要求较高,应为有限的封闭环境,地面较为平整,可以是家庭环境或者图书馆、机场大厅等。扫地机器人的结构系统〔1移动机构。移动机构是执行电机模块的一部分,包括驱动电机和行走驱动轮。功能是让机器人在地面上自由的行走。机器人移动机构主要有轮式、履带式、步行式或其他方式等几种类型。轮式和履带式适合较平整地面,而步行式可应用于条件较差的地面。由2.3扫地机器人的特点可知,扫地机器人的工作环境比较良好,一般为室内,所以扫地机器人采用轮式结构。〔2清扫机构。清扫机构是执行电机模块的另一部分。主要是由两个独立电机控制的两个逆向旋转毛刷组成。电机启动后,带动毛刷旋转,左边的毛刷顺时针转动,右边的毛刷逆时针转动,在这两个毛刷的共同作用下,将垃圾集中扫到吸风口。〔3传感器机构。传感器机构在机器人运行过程中发挥着重要的作用,是充当着机器人的眼睛的重要角色,如为了实现防碰撞功能和防跌落功能,在扫地机器人的身体里装有许多的传感器。图2-2扫地机器人的组成机构扫地机器人关键技术由于人的走动或者其他因素,扫地机器人的工作环境往往是不确定或者多变的,这给机器人带来一定的干扰,机器人的几大关键技术则帮助机器人在这种情况下很好的完成任务。〔1传感器技术扫地机器人在工作的过程中,随着自身的移动,环境的状态和机器人自身的状态都不断的变化着,所以需要不断的更新自身的状态信息和外界的信息,以监控自身的运动状态、进行路径规划等。通常传感器分为内部传感器和外部传感器。内部传感器一般有编码器、加速度计、陀螺仪和电子罗盘等,编码器可以用来确定机器人的位置,加速度计可以获取加速度信息,陀螺仪可以测取机器人运动时的角度、角速度、角加速度等。我们通过这些信息可以了解到机器人的实时运动状态。而外部传感器一般是压力传感器或距离传感器如红外线传感器、激光传感器、超声波传感器等,机器人通过传感器可以获得机器人附近是否有障碍物等信息,这些信息可以避免机器人发生碰撞或跌落等情况。通过将这多种传感器收集到的信息融合在一起,可以使得扫地机器人适应动态的工作环境,及时的对突发状况做出判断然后进行处理。〔2路径规划技术路径规划就是在有障碍物的环境中,机器人首先通过传感器获得外界信息认识工作的环境状态,然后按照一定的规划规则计算出起点到终点的一条避开障碍物进行导航,并且达到清扫区域覆盖最全的路径。路径规划一般分为全局路径规划和局部路径规划。路径规划技术可以极大得提高扫地机器人的清洁效率。..〔3电源技术电源相对于扫地机器人就像心脏相对于人,人失去心脏就是去了生命,机器人没有电源就无法工作。电源是机器人动力的来源,电源为移动机构提供动力,为系统控制模块提供稳定的电压,为驱动模块、吸尘模块和传感器模块提供能源。目前扫地机器人的电源一般为可充电池。本章小结本章介绍了扫地机器人的工作原理,并且分析了工作过程,指出了扫地机器人的特点和对工作环境的一般要求,然后分析了扫地机器人的组成机构,最后简单介绍了扫地机器人的几种关键技术：传感器技术、路径规划技术和电源技术。..3D机器人总体设计方案引言本章节主要给出了3D机器人总体设计方案,分别对扫地机器人的外形、移动机构和传感器进行分析做出设计方案设计,然后对扫地机器人的路径规划方法进行选择,最后给出了扫地机器人控制程序的设计方案。扫地机器人的外形设计扫地机器人的整体结构外形设计为圆盘形,相对于其他有棱角的物体如三角形物体或矩形物体而言,圆形物体更容易躲避障碍物,即使机器人发生故障没有及时绕开障碍物而发生碰撞时,产生的损伤也相对较小；而且设计为圆盘型的机器人外形高度较低,可以进入床底、沙发底、茶几底等地进行清扫。因此本设计将扫地机器人的身体设为厚度为10cm,半径为20cm的圆柱体。机器人的外形俯视图如图3-1,侧视图如图3-2。图3-1扫地机器人的外形俯视图图3-2扫地机器人的外形侧视图扫地机器人的移动机构设计移动机构是扫地机器人的基础结构,主要作用是使机器人可以在平面上移动。因扫地机器人的工作环境多为室内,且地面平整,因此本设计中扫地机器人的移动机构采用轮式。为与扫地机器人的身体部分协调,设计的轮子是高度为3cm、半径为4.8cm、转轴垂直于Y轴的圆柱体。为使扫地机器人有良好的直线性,并且实现机器人的0半径转弯,移动机构采用双电机进行两轮驱动,两轮对称分布在机器人中心线的两边,吸尘及后的后边。三角形机构是世界上最稳定的机构,因此在移动机构上添加一个随动轮,与另两轮组成一个三角形结构,这种三轮结构能保持机器人的平衡。总的来说,扫地机器人的移动机构采用三轮式移动机构,由两个驱动轮和一个万向轮〔随动轮组成。三轮式移动机构如下图3-3所示。图3-3三轮式移动机构图3-4三轮移动的结构简图三轮移动的结构简图如上图3-4所示。图中为绝对坐标系,为扫地机器人的前轮运动速度,、分别为扫地机器人两个驱动轮的速度,为扫地机器人万向轮和驱动轮之间的距离,为两个驱动轮之间的距离,点为扫地机器人的质心,点为两个驱动轮轴心连线的中点。设：扫地机器人的万向轮相对于车体纵轴的旋转角度为,扫地机器人的车体纵轴与轴的夹角为。设万向轮在转弯时的瞬时圆心也是位于两驱动轮轴心的连线上,设瞬时转弯半径为,为车体的转弯角速度[11]。则车体的速度为〔3-1经过简单的计算,可求得万向轮在转弯时的瞬时转弯半径为〔3-2于是可求得车体运动方程〔3-3扫地机器人的传感器设计扫地机器人的许多功能都是通过传感器完成的,本系统的传感器设计主要包括防撞传感器的设计、防跌落传感器的设计和灰尘盒满防满的传感器设计。〔1防撞传感器的设计为了防止扫地机器人装上各种各样的家具,设计在机器人的侧边均匀的放置4个红外线传感器。红外线传感器可以在短时间内探测到远处的障碍物,当扫地机器人遇到障碍物时,红外线传感器可以及时的探测到,机器人就可以通过避障程序控制机器人转弯,绕过障碍物行走,从而达到避障的目的。图3-5扫地机器人防撞传感器分布示意图〔2防跌落传感器的设计为了防止扫地机器人从悬空处跌落,设计在扫地机器人的底部、3三个轮子的附近放置3个防跌落传感器。超声波传感器是一种可以测量距离的传感器,超声波传感器发射超声波,超声波到达被测物体表面后被反射回去,通过超声波传感器接收到反射回去的超声波的时间可计算出超声波传感器与被测物体的距离。当扫地机器人检测到机体下悬空时,超声波传感器利用超声波测出扫地机器人与地面之间的距离,当测量值超出限定值时,扫地机器人通过防跌落程序控制机器人离开,从而达到防跌落地目的。图3-6扫地机器人遇台阶时示意图〔3尘盒防满的传感器设计为了检测扫地机器人的集尘盒是否装满,在尘盒满时可以及时发出提示,让用户及时清理集尘盒,设计在尘盒相对两侧的最高点安装变介质型电容传感器。当尘盒装满时,两侧的变介质电容传感器之间的介质就由空气变成了灰尘,由于空气的介电常数和灰尘的介电常数不一样,电容传感器的电容值就发生了变化。当电容器传感器的只发生变化时,就意味着尘盒已装满灰尘,需要清理了。图3-7电容传感器的位置示意图路径规划方法机器人的路径规划方法可以分为随机覆盖法和非随机覆盖法,分随机覆盖法包括人工势场法、栅格法、模板模型法和人工智能法,其中的人工智能法又可以分为模糊控制算法、神经网络路径规划和遗传算法。本设计采用简单的随机覆盖法。机器人采用随机覆盖法不需要对环境有预先的了解,它属于未知环境的路径规划。其采用的策略是让扫地机器人直线行进,在遇到障碍物时再通过避障程序使机器人转向,避开障碍物后继续直线行进。扫地机器人的控制程序设计本系统的控制程序设计主要包括主程序设计、防撞子程序设计、防跌落子程序设计和充电寻找子程序设计。〔1程序初始化一般程序开始前都要进行程序初始化,或者程序故障时也要进行初始化,初始化的目的是使变量等回到初始值。〔2主程序的设计系统初始化后就执行主程序,首先对系统执行电压检测程序,如果电压检测程序结果显示为YES则执行充电寻找子程序,找到充电基座后执行充电程序,充电完成后再执行一次电压检测程序,确定充电完成后则执行清扫程序,在扫地机器人移动的过程中,执行障碍检测程序和悬空子程序,如果遇到障碍物则执行避障子程序,如果遇到阶梯或悬空的地面则执行防跌落子程序,避开障碍物和悬空区后则继续运行清扫程序。主程序流程图如下图3-8。图3-8主程序流程图〔3防撞子程序的设计防撞子程序用来控制扫地机器人转弯从而确保机器人不会撞上障碍物,而是从障碍物的旁边绕开。当传感器1检测到有障碍物存在时,执行右转程序后返回避障程序；当传感器2检测到有障碍物存在时则先执行后退程序然后再执行右转程序后返回避障程序；当传感器3检测到有障碍物存在时执行左转程序后返回避障程序；当传感器4检测到有障碍物存在时则执行右转程序。这里的传感器指的都是防撞传感器。防撞子程序流程图如下图3-9。图3-9防撞子程序流程图〔4防跌落子程序的设计防跌落子程序主要是防止扫地机器人从楼梯上跌落而摔坏。当扫地机器人悬空检测结果显示机器人机身下方出现悬空时,防跌落子程序运行。传感器1位于万向轮的前方,传感器2和传感器3分别位于两个驱动轮的旁边。当传感器1检测到悬空时,先执行后退程序再执行左转程序后返回防跌落检测程序；当传感器2检测到悬空时,先执行前进程序再执行右转程序后返回防跌落检测程序；当传感器3检测到悬空时,先执行前进程序再执行左转程序后返回防跌落检测程序。这里的传感器指的是防跌落子程序。防跌落子程序流程图如下图3-10。图3-10防跌落子程序流程图〔5充电寻找子程序当主程序运行时最先进行的就是电压检测程序,当电压不够时,机器人就要执行充电寻找子程序去寻找充电基座进行充电,目的是保证扫地机器人有足够的动力去执行完成清扫工作。当红外线探头没有接收到充电基座发出的红外发射信号时,执行防撞子程序和防跌落子程序；而当接收到红外发射信号时则执行充电寻找子程序,此时需要关闭防撞子程序。充电寻找子程序流程图如下图3-11。图3-11充电寻找子程序流程图本章小结本章主要介绍了整个扫地机器人系统设计。本系统设计主要包括了扫地机器人的外形设计、移动机构的设计、传感器的设计、电机的设计和控制程序的设计。本系统设计将机器人的外形设计为高度为10cm、半径为20cm的圆盘形；将移动机构设计为由两个驱动轮一个万向轮组成的三轮式移动机构；将实现扫地机器人避障功能的传感器设计为红外线传感器,实现扫地机器人的防跌功能的传感器为超声波传感器,实现扫地机器人的尘盒防满功能的传感器为电容传感器；而对路径规划的选择,则设计采用随机覆盖法,即直行遇障后转向继续直行；同时还进行了扫地机器人的主程序和防撞子程序等程序设计。..机器人建模实现方法引言本章将上章设计好的机器人模型在Webots仿真平台上实现,包括环境建模、机器人建模和控制器的实现。Webots仿真软件介绍Webots软件是由瑞士联邦技术研究院研发的一款集建模、编程、仿真和程序移植为一体的多功能专业化机器人研究软件,它是一款商业化的机器人仿真软件,目前有多所大学和研究机构采用它进行相关的机器人研究工作。Webots仿真软件是基于VRML〔虚拟现实语言对环境和机器人进行建模仿真的,它具有良好的人机交互功能。Webots的用户界面主要由四部分组成：场景树编辑窗口、3D模型的显示窗口、机器人控制程序的编辑窗口和显示对象参数信息的输出窗口。图4-1Webots仿真环境Webots机器人仿真主要由以下几个步骤：环境建模、机器人建模、参数设置、编辑控制程序和仿真实验。流程如图3-1：图4-2基于Webots软件的机器人设计流程图Webots采用ODE〔开源物理引擎对仿真模型的物理属性进行精确模拟,检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性,可以模拟物体的速度、惯性等物理特性。在编程方面,Webots支持多种语言,可以使用C、C++、MATLAB、Python和JAVA等计算机语言进行编写。环境建模不同的机器人都有其对应的特定工作环境,扫地机器人的工作环境一般是家庭环境等,所以我们在开始建模时,先为扫地机器人建立一个模拟房间的环境。环境包括地面、围墙、灯源和家具。〔1地面建模：每当打开一个新建的世界窗口时场景树里都会自带一个面积为1m×1m的地面实体节点〔solid,将其面积换成为10m×10m,即将地面的四个坐标点按顺序设置为[505]、[-505]、[-50-5]、[50-5],为了使地面更有真实感,我们可以将地面的方格图形换成木地板的图片：将木地板的网址输入appearance节点的来源中。设置效果如下图3-3〔a。图4-3〔a地面设置效果〔2围墙建模：选择场景树窗口中的最后一个实体节点,然后单击插入按钮。选择一个实体节点。从+号打开新创建的newnode,并在其name字段中键入"wall"。选择children字段后插入Shape节点。打开此shape节点,选择appearance字段,并从"newnode"按钮创建"Appearance"节点。使用相同的技术在"Appearance"节点的素材字段中创建一个"Material"节点。选择Material节点的diffuseColor字段,然后选择粉紫色来定义墙壁的颜色。接着通过设置围墙的交点坐标设置墙体形状,坐标设置如下图3-3〔b。为了防止机器人穿过墙壁,我们必须定义墙的boundingObject字段来设定墙的边界。图4-3〔b墙角坐标设置〔3灯源设置：设置四个相同点光源〔PointLight均匀的分布在房间的四个角模拟灯光,使房间的每一角落都能被照到。选择ambientIntensity〔环境亮度将其设为1,选择intenuation〔强度并设为0.6,更改其坐标为[0.482.90.48],并将这个点光源节点复制粘贴三次作为其他三个点光源,分别将其坐标改为[0.482.9-0.48]、[-0.482.90.48]、[-0.482.90.48]。〔4放置家具：经过以上步骤,我们已经建好了一个空的房间,我们接下来就为房间添加一些家具。在webots中,已经有了搭好的一些仿实物的实体节点,我们只要在增加节点中的"PROTO〔webots"中选择并加入就可以了。如添加一个椅子,选择场景树窗口中的最后一个实体节点,然后单击插入按钮,在增加节点窗口中选择PROTO〔webots并选中其中的SimpleTable〔Solid后加入。图4-3〔c环境一角机器人建模扫地机器人的建模主要包括扫地机器人的身体、扫地机器人的移动机构和添加扫地机器人的传感器及设置参数等。〔1建立扫地机器人的身体：在场景树窗口中选择最后一个实体节点。在之后插入Robot节点,将其名称设置为"robot"。在children字段中,首先引入一个包含带有圆柱体的形状的shape节点,然后在其子节点几何节点里设置它的高度为10cm,半径为20cm。图4-4〔a扫地机器人的身体〔2增加扫地机器人的移动机构：在刚才的Robot节点的子节点中再添加一个servo〔伺服节点节点,伺服节点是在机械仿真中增加〔主动或被动自由度,可用于模拟旋转〔电机或线性运动；然后在servo节点的子字段添加轮子的实体节点设置轮子的形状,在这里要注意修改rotation的参数,旋转轮子驱动电机的转轴,使其垂直于y轴,平行于xoz平面,其中rotation的alpha参数表示的是旋转的角度：1.57表示旋转了90°、3.14表示旋转了180°；另外,轮子需要特别设置一些物理量如弹性、质量、摩擦因数等,这些都在physics节点里设置；最后对轮子定义一个边界。图4-4〔b扫地机器人的轮子〔3添加传感器：传感器相当于机器人的视觉,本设计实现机器人避障功能的传感器为红外线传感器,实现防跌落功能的是超声波传感器,传感器的类别可以在传感器节点里的type进行设置。首先还是在刚才的Robot节点的子节点中添加一个DistanceSensor节点,然后设置传感器的形状在定义其在机器人身体上的位置,同时要注意旋转传感器的方向,使防撞传感器向外,防跌传感器向下对准地面；在传感器节点里可以对传感器的射线和孔径大小等进行设定,射线数量无限制但数量太多会影响机器人的性能,所以对于防撞传感器统一将numberOfRays设为6、aperture设为1.5,而防跌传感器只要将numberOfRays设为1、aperture设为0.1就可以了。图4-4〔b扫地机器人的传感器在以上设置完成后,要对整个机器人设置一个边界,并设置其物理特性。控制器的实现在向导中选择新建机器人控制器,选择C语言作为编程语言。在程序的编辑界面,新建的控制器给出了主函数的结构和包括循环的语句,在机器人的控制原理上,按照设计的机器人程序结构进行程序编辑。程序主要包括主程序和防撞、防跌、自动回充等子程序。在程序主函数中通过wb_robot_int<>函数初始化控制程序和机器人模型之间的通信,然后通过wb_robot_get_device<>函数来获取设备如电机等并进行参数设置,再通过wb_distance_sensor_enable<>函数来使能距离传感器,通过分析传感器的信息,控制运动速度和方向。图4-5控制器的主函数结构本章小结本章主要首先简单介绍了webots软件和用webots软件进行机器人建模的流程；然后详细地讲述了扫地机器人的环境搭建,将环境设置为10m×10m的房间并搭建了围墙和添置家具；接着介绍了扫地机器人模型的实现方法：先用solid节点将扫地机器人的身体设置机器人的身体部分,然后通过servo节点添加扫地机器人的轮子,最后添加传感器充当扫地机器人的视觉；本章还介绍了扫地机器人的控制器的实现方法。..仿真结果分析引言在模型搭建完成之后,开始在仿真平台上运行,其运行结果可以反映扫地机器人的设计是否成功。扫地机器人应具备的能力为清洁能力、防撞能力、防跌能力等。仿真结果分析〔1清扫功能经过仿真运行,扫地机器人在完成清洁任务时的运行连续效果图如图5-1。当扫地机器人经过有垃圾的地面时,垃圾就被扫地机器人机体内一直运行着的高速旋转电机形成的吸力吸进机体内的集尘盒里,清扫过后的地面上没有了垃圾,变得干干净净。图5-1扫地机器人的清扫过程〔a图5-1扫地机器人的清扫过程〔b图5-1扫地机器人的清扫过程〔c〔2防撞功能经过仿真运行,扫地机器人在遇到障碍物后避开障碍物时的运行连续效果图如图5-2。当扫地机器人遇到障碍物并且距离障碍物的距离已经很近达到了限定值时,机器人开始执行避障程序,图中避障传感器1检测到了障碍物,于是开始向右转,渐渐地避开了障碍物。图5-2扫地机器人的避障过程〔a图5-2扫地机器人的避障过程〔b图5-2扫地机器人的避障过程〔c〔3防跌功能经过仿真运行,扫地机器人在遇到悬空后避开悬空时的运行连续效果图如图5-2。当扫地机器人的防跌传感器测到的距离突然变得很大时,扫地机器人开始执行防跌程序。图中扫地机器人的万向轮前的防跌传感器在前行的过程中测到的距离突然变得很大,超过了限定值,于是机器人开始后退,当传感器测到的距离回复正常之后,扫地机器人渐渐地向右转,这样扫地机器人就不会跌落下去来了。图5-3扫地机器人的防跌过程〔a图5-3扫地机器人的防跌过程〔b图5-3扫地机器人的防跌过程〔c图5-3扫地机器人的防跌过程〔d图5-3扫地机器人的防跌过程〔e本章小结本章对各扫地机器人模型的运行结果进行了分析总结,从整体上看,本设计运行效果良好,基本能达到设计的要求,但还有待提高。..总结与展望总结本文主要在Webots仿真平台上设计了一个扫地机器人的3D仿真模型,分别对其进行了运动学建模和的仿真图形的搭建。本设计在完成本文设计的主要工作如下：〔1扫地机器人分析。在开始设计前,先查阅扫地机器人的相关资料,包括上淘宝看各个品牌的扫地机器人参数价格和去图书馆查找扫起机器人的理论概念,明白扫地机器人的基本构成和功能,然后明确自己所要设计的扫地机器人需要是什么模样,要完成什么样功能,需要怎样控制,从而逐步完成任务。〔2扫地机器人模型的设计。根据所学的理论知识,设计扫地机器人的形状、结构、传感器、电机和控制程序。设计要从合理性、实用性、经济性来考虑。〔3扫地机器人模型的建立。首先是对扫地机器人工作环境的仿真环境的建立,包括建立环境的地面、围墙、光源和家具等仿照出类房间环境；接着搭建扫地机器人模型的搭建,包括身体、用来行走的轮子和充当机器人视觉的传感器等。其中还有对电机的设置和物理参数的添加等；最后扫地机器人的工作程序的编写,即完成扫地机器人的控制器。〔4仿真结果分析。功能验证,设计是否成功主要看设计能否实现设计所要完成的功能和完成的程度,从整体上来说,本设计效果良好,能基本达到本设计的设计要求。未来研究展望本设计虽然基本达到了基本要求,但还是有一些方面做的不够好。在路径规划方面,本文采取的只是简单的随机清扫模式,即遇到障碍物或墙壁后才会转向,否则会一直沿同一方向行走,这样的清扫模式要清扫完整个房间需要很长时间,而且清扫过的地面也很有可能被重复清扫,这样的清扫方式效率极低；另外；本文设计的扫地机器人的功能较少,还有很多其他功能可以去研究开发。我认为扫地机器人还可以从这些方面进行研究：〔1更换扫地机器人的清扫模式,利用路径规划技术,设计扫地机器人的清扫路线,让扫地机器人沿着规划好的路线清扫。〔2增加扫地机器人的功能,如扫地机器人的新环境学习功能,虚拟墙功能〔只在一个限定环境清扫,扫地机器人的记忆功能〔清扫过的地面将不再重复清扫等。../r