基于時(shí)間條件算法的滅火機(jī)器人設(shè)計(jì)

胡改蝶 樊孝仁 崔藝馨

摘 ?要： 詳細(xì)介紹了滅火機(jī)器人的組裝，在組裝機(jī)器人的基礎(chǔ)上，概括性的介紹了滅火機(jī)器人的各種算法及無火不進(jìn)房算法中的時(shí)間算法和條件算法。為了讓滅火機(jī)器人更加穩(wěn)定的退出每個(gè)房間，結(jié)合時(shí)間算法和條件算法的優(yōu)點(diǎn)，提出了時(shí)間條件算法，從而讓機(jī)器人采用時(shí)間條件算法在迷宮中行走，并完成滅火任務(wù)。實(shí)驗(yàn)表明，此算法的應(yīng)用使機(jī)器人在滅火過程中穩(wěn)定性很高，并能及時(shí)避開迷宮墻壁;不但效果好，而且在很大程度上縮短了時(shí)間。

關(guān)鍵詞： 滅火機(jī)器人; 時(shí)間算法; 條件算法; 時(shí)間條件算法; 迷宮

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1006-8228（2015）07-15-02

Design of fire-fighting robot based on time-condition algorithm

Hu Gaidie， Fan Xiaoren， Cui Yixin

（Network and Information Center， Taiyuan Institute of Technology， Taiyuan， Shanxi 030008， China）

Abstract： This paper introduces the fire-fighting robot installation， on the basis of installation of fire-fighting robot， synoptically introduces all kinds of algorithms including time algorithm and conditional algorithm. In order to make fire-fighting robot get out of each room more stable， this paper combined with the advantages of time algorithm and condition algorithm， puts forward a time-condition algorithm， so that the robot using the time-condition algorithm can walk in a maze， and complete the task in the maze. The experiment show that， the robot using the algorithm has a very high stability in the process of fire-fighting， can timely avoid the maze walls， and the effect is good.

Key words： fire-fighting robot; time algorithm; conditional algorithm; time-condition algorithm; maze

0 引言

機(jī)器人技術(shù)正在以飛快的速度發(fā)展著，它的應(yīng)用已容入到人們的日常生活，如工業(yè)機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人，軍用機(jī)器人等等，機(jī)器人的使用使得教育機(jī)器人引起了各界的重視[1]。為了讓更多的學(xué)生了解機(jī)器人，本文以教育機(jī)器人中的滅火機(jī)器人實(shí)驗(yàn)為例探討基于時(shí)間條件算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及功能

紅外傳感器是數(shù)字傳感器，其作用是讓機(jī)器人避開迷宮的墻壁，從而順利的在迷宮中行走。安裝位置是正前方兩個(gè)，分別插在控制主板的1、2號(hào)端口;左右各一個(gè)，分別插在控制主板的3、4號(hào)端口;左右45度各一個(gè)，分別插在控制主板的5、6號(hào)端口;正后方一個(gè)，插在控制主板的7號(hào)端口。灰度傳感器是模擬傳感器，其作用是判斷每個(gè)房間門口的白線，從而使機(jī)器人識(shí)別是否到達(dá)房間門口。安裝位置在正前方下側(cè)，距離地面3-5mm，插在控制主板的14號(hào)端口?；鹧?zhèn)鞲衅魇悄M傳感器，其作用是尋找火源，并且進(jìn)行準(zhǔn)確的尋火、定位和靠近火源。安裝位置距離地面大約17cm處，正前方火焰?zhèn)鞲衅鞑逶诳刂浦靼宓?5號(hào)端口，左45度火焰?zhèn)鞲衅鞑逶诳刂浦靼宓?6號(hào)端口，右45度火焰?zhèn)鞲衅鞑逶诳刂浦靼宓?7號(hào)端口。風(fēng)扇作用是進(jìn)行滅火，安裝與火焰在同一水平面，以便于滅火。

2 算法的介紹與提出

滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)算法有很多，一般有左右迷宮滅火算法、進(jìn)房滅火算法、無火不進(jìn)房滅火算法和直接尋火源滅火算法等[2-3]。無火不進(jìn)房滅火算法是機(jī)器人在檢測(cè)到房間門口的白線時(shí)，并不直接進(jìn)入房間尋火，而是在房間門口進(jìn)行尋火，若尋到火則進(jìn)入房間滅火，若沒有尋到火（即無火）則直接往下一個(gè)房間搜索。無火不進(jìn)房滅火算法有退房算法和旋轉(zhuǎn)算法兩種方法。退房算法又有時(shí)間和條件兩種算法，所謂時(shí)間算法，是機(jī)器人發(fā)現(xiàn)本房間無火，后退幾秒后，轉(zhuǎn)彎，繼續(xù)下一個(gè)房間;所謂條件算法，是機(jī)器人發(fā)現(xiàn)本房間無火時(shí)，后退，當(dāng)機(jī)器人后方的傳感器有信號(hào)，則停止后退，繼續(xù)向下一個(gè)房間。本文提出的算法是將時(shí)間算法和條件算法結(jié)合起來，簡(jiǎn)稱為時(shí)間條件算法。它是機(jī)器人在檢測(cè)到房間門口的白線時(shí)，沒有尋到火的情況下，退房時(shí)的操作過程，機(jī)器人先后退，然后判斷后方傳感器是否有信號(hào)，若無信號(hào)則繼續(xù)后退，若有信號(hào)則停止后退，繼續(xù)下一個(gè)房間。

3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部分程序

編程采用NST Robot軟件，由一個(gè)主程序和多個(gè)子程序共同實(shí)現(xiàn)，本程序設(shè)計(jì)分為五個(gè)模塊，分別是啟動(dòng)模塊、左/右迷宮模塊、尋火模塊、滅火模塊和回家模塊[4-5]。啟動(dòng)模塊一般有開關(guān)啟動(dòng)、接觸傳感器啟動(dòng)和聲控傳感器啟動(dòng)三種方式，本文采用的是第三種方式。左/右迷宮模塊，采用常規(guī)則的左手/右手法則編寫程序，讓機(jī)器人順利的在迷宮中行走[6]。為了處理機(jī)器人進(jìn)房間時(shí)轉(zhuǎn)彎不穩(wěn)定的情況，本文經(jīng)過計(jì)算得出左/右迷宮進(jìn)房間時(shí)的轉(zhuǎn)彎馬達(dá)功率設(shè)置為60和45最為適合。尋火模塊通過比較三個(gè)火焰?zhèn)鞲衅鞯闹祦矶ㄎ换鹪吹奈恢?，然后靠近火源后停止。滅火模塊是啟動(dòng)風(fēng)扇，進(jìn)行滅火?；丶夷K是機(jī)器人滅火后，要順利的回到出發(fā)點(diǎn)。主程序流程圖如圖1所示。

[聲控傳感器

是否有信號(hào)？] [開始走迷宮][是否檢測(cè)到房間

圖1 ?主程序流程圖

4 調(diào)試

調(diào)試分為程序調(diào)試和環(huán)境調(diào)試。程序調(diào)試又包括主程序調(diào)試和子程序調(diào)試。首先調(diào)試各個(gè)子程序，一個(gè)子程序?qū)?yīng)一個(gè)模塊，也就是說，機(jī)器人先完成啟動(dòng)模塊、左/右迷宮模塊、尋火模塊、滅火模塊和回家模塊的調(diào)試后，再將各個(gè)模塊的子程序連在一起進(jìn)行綜合調(diào)試，從而保證整個(gè)主程序的順利進(jìn)行。環(huán)境調(diào)試是機(jī)器人在不同的環(huán)境條件下，會(huì)受到許多因素的影響，例如場(chǎng)地，電池電壓，燈光等等。本文經(jīng)過多次調(diào)試，順利完成機(jī)器人的滅火任務(wù)。

5 結(jié)束語

通過多次實(shí)驗(yàn)證明，采用的算法不同會(huì)影響機(jī)器人在整個(gè)滅火過程中的效果。經(jīng)驗(yàn)證，本文所組裝的機(jī)器人在迷宮中進(jìn)行滅火時(shí)，運(yùn)用了時(shí)間條件算法編寫的退房子程序，不僅解決了機(jī)器人退房時(shí)的不穩(wěn)定問題，而且使機(jī)器人能快速、順利地完成滅火任務(wù)，大大縮短機(jī)器人的整個(gè)滅火時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

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