【文章內容簡介】 =f (x ，y) ，其中(x ，y)為仿真機器人此時此刻所處的地理位置，而f ( x ，y)= 0為我們期望機器人所做的運動軌跡，則 （2yx222xyxyyxyxy=+fcosindfcosinfcosfinffi=cosin??????????????? ???????? （ ）（ ）3）式中， 為我們剛剛設的控制變量。?由式（23）得: d=?? 室內巡視機器人的開發(fā)環(huán)境 仿真環(huán)境 Microsoft Robotics Developer Studio 2022 R3本文所采用的仿真環(huán)境是 Microsoft Robotics Developer Studio 2022 R3，微軟機器人的通用開發(fā)平臺 Robotics Developer Studio 2022 第三個版本 R3 版本，簡稱 RDS 2022 R3。Robotics Developer Studio 是微軟在 06 年開始，面向機器人應用開發(fā)而推出的一個平臺， Framework 的開發(fā)環(huán)境，微軟 RDS 支持多種機器人平臺，既可以在運行著 Windows 系統(tǒng)的嵌入式 PC 上直接運行，也可以在 Windows PC 上通過藍牙、WiFi 等無寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）6線連接遠程控制。 編程環(huán)境 visual studio 2022本文所采用的仿真環(huán)境是 Microsoft Visual Studio，是面向 Windows Vista、Office 202Web 的開發(fā)工具。VS2022 引入了 250 個新特性，整合了對象、關系型數(shù)據(jù)、XML 訪問方式，語言更加簡潔。這個版本包含了眾多版本，分別面向不同的開發(fā)角色。能創(chuàng)建滿足關鍵性要求的多層次智能客戶端、Web、或基于 Microsoft Office 等應用程序。使用 Visual Studio 2022 可以高效地開發(fā) Windows 應用程序，可以實時反映變更，智能感知功能可以提高開發(fā)效率。同時 Visual Studio 2022 支持項目模板、部署程序和調試器。 仿真機器人的總體巡視方案 總體巡視方案室內巡視機器人的總體巡視方案結構框圖如 所示。總體方案主要包括：激光傳感器、攝像頭數(shù)據(jù)的接口，避障，路徑規(guī)劃，實時監(jiān)控，手動控制。 總體巡視方案結構框圖 傳感器數(shù)據(jù)接口激光傳感器、攝像頭數(shù)據(jù)的接口，它主要是將采集到激光傳感器、攝像頭的數(shù)據(jù)實時寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）3 的傳送到機器人。機器人，巡視的主體，它將接收到的數(shù)據(jù)進行處理，然后根據(jù)程序做出相應的正確的動作，使其能夠順利的進行巡視。 避障避障，就是機器人在接收到激光傳感器傳來的關于前方障礙物的距離信息后，根據(jù)已經(jīng)編寫好的程序來控制機器人偏轉的方向和角度達到避開障礙物的目的。本文所采用的避障方法：獲取激光數(shù)據(jù)后，我們可以根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)編寫一個避障的控制程序，即當激光檢測到的前方障礙物距離小于 500，就轉個方向。 路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃，路徑規(guī)劃是機器人在室內進行巡視的基本環(huán)節(jié)。它所要達到的目的是使機器人在存在障礙物的環(huán)境中，按照一定的標準，尋找到一條從起點到終點的最優(yōu)或近似最優(yōu)的無障礙路徑。這里我們可以根據(jù)獲得的傳感器信息，即障礙物的尺寸、形狀和位置等信息，然后對這些信息進行處理，并根據(jù)所要到達的效果來設計一條最合適的路徑。本文所采用的路徑規(guī)劃方法是沿墻走，即機器人沿著室內的墻壁進行巡視。 實時監(jiān)控實時監(jiān)控，它主要將機器人在室內巡視時所到的地方的圖像顯示在窗口中，便于我們觀察，有利于我們對室內的一切狀況進行實時的監(jiān)控。一旦遇到什么情況，我們可以第一時間知道并及時的做出相應的正確的反應。 手動控制手動控制，雖然自動巡視具有很多的優(yōu)點，如方便，快捷，自主等，但是也有些不足，比如操作不靈活，功能單一等。為此我們專門引入了手動控制器來增加操作的靈活性和多樣化的功能。我們設計出一個可視化的操作界面來介入機器人的仿真過程，譬如啟動/暫停仿真，自動/手動的切換，手工設置機器人的速度和前進、后退、左轉、右轉等。寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）83 仿真機器人巡視算法及實現(xiàn) 仿真環(huán)境建立及編程調試 仿真環(huán)境建立首先啟動 Microsoft Visual Simulation Environment 2022 仿真軟件，選擇軟件自帶的Apartment Environment 場景，然后在場景中添加一個差分驅動輪機器人，并且機器人上添加攝像頭、激光傳感器。如下圖： 圖 仿真環(huán)境 控制程序的編寫首先打開 Visual C 2022，新建一個項目，選擇 Microsoft Robotics 的 DSS Service 模板，如下圖，名稱命名為 zmh：寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）3 圖 新建 DSS 模板點擊“確定”后，出現(xiàn)如下選項：（如圖 所示）圖 選項卡寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）10點擊“Partners”選項卡，選擇希望添加的合作關系，然后點擊 “Add as Partner”按鈕。我們在仿真環(huán)境中使用了差分驅動輪，激光，Web 攝像頭。因此，總共需要添加四個Partner：Simulation Engine, Simulated Generic Differential Driver, Simulated Laser Range Finder, Simulated Webcam。然后點擊“OK”后即可根據(jù)選項自動創(chuàng)建項目文件?？偟目刂撇襟E可以概括如下：機器人從激光傳感器獲得數(shù)據(jù)→進行運算→輸出控制命令。 避障 獲取激光數(shù)據(jù)對于一個控制程序，一般的步驟是：從機器人的傳感器獲取傳感數(shù)據(jù)運算輸出控制命令。為了獲取激光數(shù)據(jù)，我們去要向激光傳感器發(fā)送一個 Get 消息，等待其返回后即可得到激光傳感器數(shù)據(jù)了。因此定義一個更新激光數(shù)據(jù)的任務函數(shù)：IEnumeratorITask UpdateLaser(DateTime dateTime) {var sensorOrFault = ()。 yield return ()。 if (!HasError(sensorOrFault)) { sensorState = ()sensorOrFault。 //激光數(shù)據(jù)放在sensorState的DistanceMeasurements屬性中。 } Activate((false, _dateTimePort, UpdateLaser))。 ((60), _dateTimePort)。 yield break。 }圖 獲取激光數(shù)據(jù)程序為了使 UpdateLaser 任務不斷地重復執(zhí)行，我們定義一個計數(shù)器消息端口，延時一定時間后就執(zhí)行 UpdateLaser 任務。zmhService 類中定義一個時間端口：PortDateTime _dateTimePort = new PortDateTime()。圖 定義時間端口程序在類方法 Start 中，啟動計時器：寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）3 Activate((false, _dateTimePort, UpdateLaser))。((600), _dateTimePort)。圖 啟動計時器程序第一句告訴 DSS，當_dateTimePort 消息來時，執(zhí)行 UpdateLaser 任務，第一個參數(shù)false 表示只執(zhí)行一次。由于_dateTimePort 的消息類型是 DateTime，所以我們需要重新定義 UpdateLaser 任務為：IEnumeratorITask UpdateLaser(DateTime dateTime)。第二句啟動一個延時計數(shù)，當經(jīng)過 600 毫秒后，就往_dateTimePort 發(fā)送一個消息。這樣當 600 毫秒之后，就會執(zhí)行 UpdateLaser 任務。這樣只能執(zhí)行一次，為了使 UpdateLaser 任務不斷重復執(zhí)行，我們在 UpdateLaser 任務函數(shù)的結尾再加上上述兩句，這樣的話 UpdateLaser 就能不斷地重復了。 避障的實現(xiàn)避障就是機器人在接收到激光傳感器傳來的關于前方障礙物的距離信息后，根據(jù)已經(jīng)編寫好的程序來控制機器人偏轉的方向和角度達到避開障礙物的目的。本文所采用的避障方法：獲取激光數(shù)據(jù)后，我們可以根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)編寫一個避障的控制程序，即當激光檢測到的前方障礙物距離小于 500mm，就轉個方向。又因為激光數(shù)據(jù)是 180176。范圍的，我們取中間的 60176。作為障礙判斷依據(jù)，如圖 所示。為了更好的實現(xiàn)避障功能，使避障時機器人的轉向與下面將要講到的沿墻走路徑規(guī)劃有效的結合起來，以達到巡視時的最佳效果，現(xiàn)我們將這 60176。的范圍分成左右各 30176。（即 60176。~90176。和 90176。~120176。） 。當激光檢測到 60176。~90176。范圍內有障礙物且只小于 500 的安全距離時，機器人向左轉，如圖 （a ）所示；當激光檢測到 90176。~120176。范圍內有障礙物且只小于 500mm 的安全距離時，機器人向右轉，如圖 （b）所示。這樣就實現(xiàn)了機器人的避障功能。圖 激光探測示意圖寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）12避障示意圖如下所示：圖 （a ） 機器人避障示意圖圖 （b） 機器人避障示意圖 避障程序根據(jù)機器人獲取來的激光傳感器數(shù)據(jù)，結合我們選擇的避障方法，按照我們的要求編寫的避障程序。（1）當激光檢測到 60176。~90176。范圍內有障礙物且只小于 500mm 的安全距離時，機器人向左轉的避障程序如下圖所示。寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）3 int laserCount = 。 for (int i = laserCount / 3。 i laserCount / 2。 i++) {if ([i] 500) { (, )。 LogInfo(Obstacle Avoid!)。Activate((false, _dateTimePort, UpdateLaser))。 ((200), _dateTimePort)。 yield break。 } }圖 避障程序int laserCount = 。圖 這條語句是將存放在 sensorState 的 DistanceMeasurements 屬性中的激光數(shù)據(jù)賦值給我們設的整型變量 laserCount。int i = laserCount/3。 i laserCount/2。i++圖 這條語句是實現(xiàn)取激光數(shù)據(jù) 60176。~90176。的范圍的數(shù)據(jù)。if ([i] 500) { (, )。 LogInfo(Obstacle Avoid!)。Activate((false, _dateTimePort, UpdateLaser))。 ((200), _dateTimePort)。 yield break。 }圖 這段程序是實現(xiàn)避障，當機器人與障礙物的距離小于 500mm 時，機器人的右輪子的速度就減小，而左輪子的速度不變，這樣就實現(xiàn)了機器人向左轉；當機器人與障礙物的距離大于 500mm 時，機器人左右輪的速度保持不變且一樣，這樣機器人就直線前進。寧波大學信息科學與工程學院本科畢業(yè)設計（論文）14Activate((false, _dateTimePort, UpdateLaser))。((200), _dateTimePort)。圖 這兩條程序是用來刷新激光數(shù)據(jù)，這里我們設定的定時器定時時間是 200ms，即。每隔 就刷新一次激光數(shù)據(jù)，這樣就可以達到實時采集激光數(shù)據(jù)的目的了，使機器人更好的完成避障任務。（2）當激光檢測到 90176。~120176。范圍內有障礙物且只小于 500 的安全距離時，機器人向右轉的避障程序如下圖所示。for (int i = laserCount / 2。 i 2 * laserCount / 3。 i++){if ([i] 500) {(, )。LogInfo(Obstacle Avoid!)。Activate((false, _dateTimePort, UpdateLaser))。 ((200), _dateTimePort)。 yield break。 }}圖 這種情況與（1）的情況相似，程序解釋請參照上面解釋，在此不再進行累述。在這里，我們用到了差分驅動輪的消息端口_simulatedDifferentialDriveServicePort，并根據(jù)激光數(shù)據(jù)向其發(fā)送驅動參數(shù)。 路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃是機器人在室內進行巡視的基本環(huán)節(jié)。它所要達到的目的是使機器人在存在障礙物的環(huán)境中，按照一定的標準，尋找