基于Webots軟件掃地機器人的研究與設(shè)計電氣工程自動化專業(yè)

1、基于Webots軟件掃地機器人的研究與設(shè)計 電氣工摘 要掃地機器人在人們的日常生活中發(fā)揮著重要作用，在許多人的家里，經(jīng)常有個小巧靈活的身影，穿梭在各個房間里，它經(jīng)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(nèi)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(nèi)高速運轉(zhuǎn)的電動機在主機內(nèi)形成一個類真空環(huán)境，利用由此產(chǎn)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(shù)在機器人的設(shè)計研究中有著不可忽視的作用，它可以改善機器人的機構(gòu)質(zhì)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(yōu)點：研究成本低、研發(fā)周期短，方便修正，可以監(jiān)控機器人運行中的各

2、種參數(shù)和運動狀態(tài)。本設(shè)計在Webots仿真平臺上對掃地機器人進行設(shè)計。設(shè)計的掃地機器人應(yīng)能能實現(xiàn)以下技術(shù)指標：能夠?qū)崿F(xiàn)灰塵識別，實現(xiàn)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(shè)計的過程如下：首先為機器人搭建一個環(huán)境，模擬一個房間，內(nèi)有各種家具；然后構(gòu)造機器人的身體，身體是扁平的圓柱體，移動機構(gòu)是三輪式，有可實現(xiàn)防碰撞和防跌落等功能的傳感器，接著給器件設(shè)置參數(shù)，最后給機器人創(chuàng)建一個控制器作為機器人的控制系統(tǒng)。最后，本設(shè)計完成之后，經(jīng)過仿真運行，基本能實現(xiàn)掃地功能，并且不會碰上障礙物和跌落。同時分析了設(shè)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

3、還可以繼續(xù)改進的地方和可能增加的功能。關(guān)鍵詞：掃地機器人 仿真技術(shù) Webots Research and Design of Sweeping Robot Based on Webots SoftwareABSTRACT Sweeping robots play an important role in peoples daily lives. In many peoples homes, there is often a small, flexible figure that travels through the rooms and is swept through the ground

4、. Swept robotic robot is by virtue of a certain artificial intelligence to automatically complete the indoor floor cleaning smart home appliances, the current mainstream of the sweeping robot is mainly through the machine running high-speed motor in the host to form a vacuum-like environment, the us

5、e of the resulting high-speed air The garbage is sucked into the dust box, thus completing the cleaning work.Simulation technology can not be neglected in the design of robot design. It can improve the quality of the robot and analyze the motion performance of the robot. The research on the robot in

6、 the simulation software has the following advantages: low research cost, short research and development cycle, easy to correct, can monitor the robot running a variety of parameters and movement state.This design is designed on the Web site simulation platform for sweeping robots. The design of the

7、 sweeping robot should be able to achieve the following technical indicators: to achieve dust recognition, to achieve a variety of cleaning mode, with anti-drop, anti-collision, automatic return charging and other functions, to low power, dust box full information tips. The design process is as foll

8、ows: first for the robot to build an environment, simulate a room, there are a variety of furniture; and then construct the robots body, the body is a flat cylinder, mobile body is three-wheeled, can achieve anti-collision and anti- And then set the parameters to the device, and finally to the robot

9、 to create a controller as a robot control system.Finally, after the completion of this design, after the simulation run, the basic ability to achieve sweeping function, and will not run into obstacles and fall. At the same time, it analyzes the shortcomings of the design of the robot, and in the fu

10、ture study of the sweeping robot can continue to improve the local and may increase the function.KEYWORDS: Sweeping robot；Simulation Technology；Webots目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc10176 摘 要 PAGEREF _Toc26483 6 HYPERLINK l _Toc18758 2.2 掃地機器人的工作原理 PAGEREF _Toc18758 6 HYPERLINK l _Toc10710 2.3 掃

11、地機器人的特點 PAGEREF _Toc10710 7 HYPERLINK l _Toc19008 2.4 掃地機器人的結(jié)構(gòu)系統(tǒng) PAGEREF _Toc19008 7 HYPERLINK l _Toc26148 2.5 掃地機器人關(guān)鍵技術(shù) PAGEREF _Toc26148 8 HYPERLINK l _Toc4289 2.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc4289 9 HYPERLINK l _Toc16210 第3章 3D機器人總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc16210 10 HYPERLINK l _Toc20912 3.1 引言 PAGEREF _Toc20912 10 H

12、YPERLINK l _Toc784 3.2 掃地機器人的外形設(shè)計 PAGEREF _Toc784 10 HYPERLINK l _Toc16244 3.3 掃地機器人的移動機構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc16244 11 HYPERLINK l _Toc15089 3.4 掃地機器人的傳感器設(shè)計 PAGEREF _Toc15089 13 HYPERLINK l _Toc4082 3.5 路徑規(guī)劃方法 PAGEREF _Toc4082 14 HYPERLINK l _Toc28211 3.6 掃地機器人的控制程序設(shè)計 PAGEREF _Toc28211 14 HYPERLINK l _Toc

13、24723 3.7 本章小結(jié) PAGEREF _Toc24723 18 HYPERLINK l _Toc2647 第4章 機器人建模實現(xiàn)方法 PAGEREF _Toc2647 19 HYPERLINK l _Toc29296 4.1 引言 PAGEREF _Toc29296 19 HYPERLINK l _Toc8660 4.2 Webots仿真軟件介紹 PAGEREF _Toc8660 19 HYPERLINK l _Toc3276 4.3 環(huán)境建模 PAGEREF _Toc3276 20 HYPERLINK l _Toc4070 4.4 機器人建模 PAGEREF _Toc4070 22

14、HYPERLINK l _Toc27720 4.5 控制器的實現(xiàn) PAGEREF _Toc27720 24 HYPERLINK l _Toc20743 4.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc20743 25 HYPERLINK l _Toc6269 第5章 仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc6269 26 HYPERLINK l _Toc15017 5.1 引言 PAGEREF _Toc15017 26 HYPERLINK l _Toc15790 5.2 仿真結(jié)果分析 PAGEREF _Toc15790 26 HYPERLINK l _Toc30258 5.3 本章小結(jié) PAGEREF

15、 _Toc30258 29 HYPERLINK l _Toc13669 第6章 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc13669 30 HYPERLINK l _Toc9638 6.1 總結(jié) PAGEREF _Toc9638 30 HYPERLINK l _Toc18695 6.2 未來研究展望 PAGEREF _Toc18695 30 HYPERLINK l _Toc31464 參考文獻 PAGEREF _Toc31464 31 HYPERLINK l _Toc26595 附錄 PAGEREF _Toc26595 32 HYPERLINK l _Toc21769 致謝 PAGEREF _Toc

16、21769 33緒論研究背景和意義隨著社會的的發(fā)展，社會老齡化越來越嚴重，而科學技術(shù)在計算機、微電子、信息處理及智能控制等方面的快速發(fā)展，使機器人技術(shù)向著智能化和多樣化發(fā)展，并且逐步深入和細化，研究范圍也越來越廣闊，越來越多的機器人研究從工業(yè)機器人轉(zhuǎn)向移動服務(wù)型機器人，服務(wù)型機器人則在一定程度上解決了社會老齡化而勞動力缺失的問題。機器人技術(shù)的發(fā)展是一個國家科學技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制理論、機構(gòu)學、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術(shù)，集成了多學科的發(fā)展成果，代表著高技術(shù)的發(fā)展前沿。服務(wù)型機器人是一種能夠半自主或全自主去執(zhí)行各種服務(wù)性活動的的機器人，

17、它出現(xiàn)的時間相比其他許多年長的機器人要短一些，是機器人家族里面年輕的一員。按照服務(wù)型機器人的應(yīng)用范圍，可以將其分成專業(yè)領(lǐng)域機器人和個人家庭服務(wù)機器人兩類。服務(wù)型機器人雖然不能參與生產(chǎn)活動，但是可以從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作。其中，具有清潔功能的服務(wù)型機器人稱為掃地機器人。掃地機器人，是一種配備了微電腦系統(tǒng)、可以智能掃地和吸塵的電動保潔設(shè)備，人們可以通過一定的設(shè)置使它只清潔房間的某一小部分或著全部區(qū)域。掃地機器人與普通的吸塵器相比，它有著省時、省力的優(yōu)點，它不需要人的控制就可以自主完成整個清潔過程，大大地減輕了人們的操作負擔；掃地機器人的噪音很小，清潔房間的過程中主人

18、不會受到噪音的影響；它里面放置了活性炭，可以吸附空氣中的有害物質(zhì)，凈化空氣；輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角?？傊?，智能掃地機器人有著許許多多的優(yōu)點，還有操作簡單、使用方便、清潔效果明顯等特點。掃地機器人在各種服務(wù)機器人中有著廣泛的應(yīng)用前景。社會的發(fā)展使得如今人們的生活節(jié)奏變得非常快，人們身上的壓力也變得越來越大，一天的工作下來，人們疲憊不已，所以很少有人愿意在一天的忙碌后繼續(xù)打掃自己的房間，而掃地機器人可以自主的完成清潔工作，使得人們在工作結(jié)束后回到家里免于家務(wù)勞動從而得到更多的休息時間，這就使得掃地機器人有了廣大的市場。但是現(xiàn)在市場上質(zhì)量比較好的掃地機器人的價格比較昂貴，所以針對

19、掃地機器人的研究仍然很重要。國內(nèi)外研究概況自從第一臺掃地機器在英國問世，掃地機器人開始逐步進入人們的日常生活當中。隨著時間的流逝和科學技術(shù)的發(fā)展，掃地機器人技術(shù)也越來越成熟，掃地機器人得到了很好的發(fā)展，現(xiàn)在的掃地機器人更加的輕薄、靈活、智能、清潔效率更高，擁有的功能也越來越多。在人們的日常生活中，掃地機器人可以發(fā)揮的作用越來越大。1.2.1國外研究概況早在20世紀80年代SANYO公司就正式開始進行自主吸塵機器人的研發(fā)工作。但由于自主吸塵機器人的研究才剛剛開始，研究出來的自主吸塵機器人的自主能力還不夠高，清掃的效率也比較低，在這些方面都還有待提高。2001年初，英國Dyson（戴森）公司推出了

20、DC06智能吸塵器，其裝備的感應(yīng)器非常多，這就是世界首次研發(fā)出來的全自動“吸塵機器人”。圖1-1 DC06智能吸塵器著名的“三葉蟲”也是誕生于英國，這是一款問世較早但功能強大的吸塵器?！叭~蟲”內(nèi)部裝有超聲波探測器，可以探測出障礙物如桌腿墻壁等的位置，能夠繞開障礙物在房間里自由行走；還可以探測出房間的尺寸，從而自主的計算出最佳的行走路線。其工作檔位一共有三個：正常、快速和點清理，當塵盒裝滿時機器人還會發(fā)出警告。這款機器人還有個特殊的功能，可以利用特制的磁帶來限制機器人的清掃范圍，如想讓機器人只清掃客房時，就在客房門口放上特制磁帶，掃地機器人就不會走出客房而只對客房內(nèi)部進行清掃?！叭~蟲”高度只

21、有13厘米，因此可以方便的清掃到如沙發(fā)底或者床底等不易清掃的區(qū)域。圖1-2 伊萊克斯的“三葉蟲”美國iRobot是全球家用機器人領(lǐng)航者與開拓者。從2002年至今，Roomba一共有8代產(chǎn)品。最早的是2002年9月推出的清潔機器人“Roomba”，它擁有高度的自主能力，打掃的時候動作不會太快但是效果很好。最新的型號是2015年底發(fā)布的900系列，暫時未引入中國市場。iRobot主打三段式清掃系統(tǒng)，即“掃卷吸”。這也是現(xiàn)在其他品牌爭相模仿的。而現(xiàn)在他們放棄了傳統(tǒng)的主刷，改為無刷防塵吸取器配以真空氣流增強系統(tǒng)和高效真空吸塵馬達，達到了真空吸塵的新高度。每一款Roomba都能完成自動清掃、自動回充，部

22、分型號還擁有更高級功能如：（1）定時清掃功能（2）遙控器與指揮功能（3）虛擬墻與區(qū)分功能（4）虛擬墻燈塔與挨個房間清掃功能。圖1-3 美國“Roomba”清掃機器人德國TOMEFON(斐納)環(huán)境公司始建于1976年，是德國智能掃地機器人行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)品牌。斐納是行業(yè)內(nèi)第一家應(yīng)用仿生學超聲波偵測技術(shù)的智能掃地機器人品牌。斐納TOMEFON-TF-S450這款智能掃地機器人采用雙重紅外防碰撞設(shè)計，一共有18組紅外傳感器，能有效防止發(fā)生碰撞事件，避免撞壞家具和機器，這是它最大特色。它的第二個優(yōu)點是它的清潔系統(tǒng)是浮動式升降式的，由滾刷和雙邊刷組成，這使得機器清潔的時候更貼近地面，因此地面清潔能力非常強大。而

23、現(xiàn)在最新的TOMEFON-TF-S880主打的是弓形拖掃功能。圖1-4 德國“TOMEFON-TF-S450”掃地機器人1.2.2國內(nèi)研究概況現(xiàn)在國內(nèi)也有著相關(guān)的研究開發(fā)工作，一些知名的大學也對掃地機器人進行了大量的研究工作，研究得比較成熟主要是掃地機器人的相關(guān)技術(shù)如機器人的定位和導(dǎo)航與路徑規(guī)劃、機器人控制系統(tǒng)、機器人的傳感器、機器人電源系統(tǒng)等方面有著較多的研究，尤其是移動機器人的路徑規(guī)劃和運動控制方面，獲得了一定的研究成果，為未來對掃地機器人進行更深入的研發(fā)打下了技術(shù)基礎(chǔ)。哈爾濱工業(yè)大學在20世紀90年代開始致力于這方面的研究工作，它與香港中文大學合作，一起研發(fā)出全方位移動地面清掃機器人，并

24、且與海爾公司協(xié)議，由海爾公司將這種全方位移動地面清掃機器人制作成產(chǎn)品。這種機器人具有兩種運行方式，分別是遙控操作方式和自主操作方式，并且能進行智能化的電源管理，將電源有效分配給系統(tǒng)的不同組件，可以延長機器人的運行時間，提高移動機構(gòu)地移動動力資源的利用率。采用全方位的移動技術(shù)，使用萬向輪讓機器人能向任意方向移動，由此可以去到清潔死區(qū)完成清潔工作。其吸塵機構(gòu)可實現(xiàn)吸塵腔路的自主轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率。該機器人采用了開放式的機器人鉸鏈機構(gòu)，可以實現(xiàn)硬件可擴展、軟件可移植和繼承的功能，使機器人作為服務(wù)載體具有更強的功能適應(yīng)性。1999年初，浙江大學也開始了智能吸塵機器人的研究工作。浙江大學機械電子研究所

25、與蘇州TEK公司合作，兩年后設(shè)計成功研發(fā)出了國內(nèi)第一個具有初步智能的吸塵機器人，到2003年機器人系統(tǒng)在自主能力和工作效率上有了顯著的提高。這個機器人在開始清潔任務(wù)之前，先進行環(huán)境學習，利用超聲波測距，從而獲得清掃范圍的尺寸信息，決定清掃時間，然后，利用隨機加局部遍歷規(guī)劃的策略產(chǎn)生高效的掃地路徑，清掃結(jié)束后，自行回到充電座，補充能量。目前系統(tǒng)還在升級中，致力于引入機器人視覺和全局定位功能，提高清潔效率，所以現(xiàn)在還沒有進入生產(chǎn)。國內(nèi)眾多掃地機器人品牌中，科沃斯是比較有名的?？莆炙怪鳡I地寶、窗寶、沁寶、魔鏡等機器人吸塵器產(chǎn)品。其中地寶是通過整個渦輪增壓系統(tǒng)來保證清潔效果的：渦輪增壓電機產(chǎn)生渦輪增壓

26、吸力，將灰塵從進風口吸入到渦輪增壓塵盒（塵盒的前部進風，后部出風直接連到渦輪增壓電機，中間沒有損失），而當?shù)貙毠ぷ鞯臅r候，進灰口的滾刷每分鐘4000轉(zhuǎn)高速旋轉(zhuǎn)，也會產(chǎn)生一個云狀渦輪增壓，通過清掃加拍打高效將灰塵集中收納起來，在滾刷的周圍是一圈渦輪保壓幕墻，可以持續(xù)的保持滾刷產(chǎn)生的渦輪壓力，從而產(chǎn)生持久穩(wěn)定的清潔能力。圖1-5 科沃斯掃地機器人“地寶”本課題研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)本課題是以Webots作為軟件開發(fā)程序，設(shè)計一個掃地機器人。首先在世界中建立一個環(huán)境，模擬一個房間，里面放置一些桌子沙發(fā)等家具，給掃地機器人提供了一個工作環(huán)境。然后開始搭建掃地機器人模型，編寫控制器，仿真運行。本文的結(jié)構(gòu)分為以下

27、幾個部分。第一章論述了掃地機器人的研究背景和意義，概括了目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。第二章分析了關(guān)于掃地機器人的一些相關(guān)理論，包括掃地機器人的工作原理，掃地機器人的特點，掃地機器人的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，以及掃地機器人的關(guān)鍵技術(shù)。第三章給出了仿真模型的設(shè)計方案：機器人整體造型為圓盤式；移動機構(gòu)采用三輪式，由受兩個獨立電機單獨控制的兩個驅(qū)動輪和一個萬向輪組成，當掃地機器人轉(zhuǎn)彎時可以改變兩個驅(qū)動輪的速度比來達成；掃地機器人的底盤上輪子的附近裝有三個超聲波傳感器，用來實現(xiàn)防跌落功能，掃地機器人身體的側(cè)邊上裝有4個紅外線傳感器，用于實現(xiàn)避障功能；機器人的身體內(nèi)部還裝有一個旋轉(zhuǎn)電機，以實現(xiàn)吸塵作用；還設(shè)計了控制程序的流程

28、。第四章先介紹了Webots軟件，第五章測試了該機器人的運行效果，對機器人的仿真模型的不足進行了分析。第六章寫了對本次設(shè)計的工作進行的總結(jié)分析，以及掃地機器人研究工作的展望。掃地機器人相關(guān)理論引言 MACROBUTTON MTEditEquationSection2 方程段 SEQ MTEqn r h * MERGEFORMAT SEQ MTSec r 1 h * MERGEFORMAT SEQ MTChap r 2 h * MERGEFORMAT 本章節(jié)主要討論了掃地機器人的一些相關(guān)理論，包括掃地機器人完成清掃任務(wù)的工作原理、掃地機器人的主要特點、構(gòu)成掃地機器人的主要機構(gòu)和掃地機器人研究的關(guān)

29、鍵技術(shù)。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(tǒng)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(tǒng)主控制模塊，系統(tǒng)主控制模塊接收到信號后進行處理和分析，然后把結(jié)果返還到執(zhí)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(fā)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(tài)。（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(fā)送給系統(tǒng)主控制模塊，系統(tǒng)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

30、優(yōu)路徑。（3）機器人按著規(guī)劃出來的路徑進行清掃工作，當機器人遇到障礙物需要轉(zhuǎn)向繞開時，系統(tǒng)主控制模塊就會通過執(zhí)行模塊的行走驅(qū)動子模塊的驅(qū)動輪上的獨立電機改變兩輪的速度比實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向。（4）在清掃的過程中，掃地機器人是通過機器人內(nèi)部高速運轉(zhuǎn)的電機，形成具有吸力的風量和內(nèi)部的類真空環(huán)境，使得機體內(nèi)外的壓強不平衡，形成了壓強差，在內(nèi)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(fā)等雜物的風經(jīng)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

31、的對象是地板上的灰塵、毛發(fā)、紙片碎屑等一些輕質(zhì)量、體積小的垃圾，而重質(zhì)量、大體積的垃圾則不在機器人的清掃范圍內(nèi)。（3）掃地機器人在自主完成任務(wù)時，掃地機器人不得損壞房間里面的家具、物品等，還應(yīng)具有自我保護的能力。（4）掃地機器人的工作環(huán)境要求較高，應(yīng)為有限的封閉環(huán)境，地面較為平整，可以是家庭環(huán)境或者圖書館、機場大廳等。掃地機器人的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（1）移動機構(gòu)。移動機構(gòu)是執(zhí)行電機模塊的一部分，包括驅(qū)動電機和行走驅(qū)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(gòu)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(yīng)用于條件較差的地面。由2.3掃地機器人的特點可知，

32、掃地機器人的工作環(huán)境比較良好，一般為室內(nèi)，所以掃地機器人采用輪式結(jié)構(gòu)。（2）清掃機構(gòu)。清掃機構(gòu)是執(zhí)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(zhuǎn)毛刷組成。電機啟動后，帶動毛刷旋轉(zhuǎn)，左邊的毛刷順時針轉(zhuǎn)動，右邊的毛刷逆時針轉(zhuǎn)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(gòu)。傳感器機構(gòu)在機器人運行過程中發(fā)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(xiàn)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(gòu)掃地機器人關(guān)鍵技術(shù)由于人的走動或者其他因素，掃地機器人的工作環(huán)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

33、器人的幾大關(guān)鍵技術(shù)則幫助機器人在這種情況下很好的完成任務(wù)。（1）傳感器技術(shù)掃地機器人在工作的過程中，隨著自身的移動，環(huán)境的狀態(tài)和機器人自身的狀態(tài)都不斷的變化著，所以需要不斷的更新自身的狀態(tài)信息和外界的信息，以監(jiān)控自身的運動狀態(tài)、進行路徑規(guī)劃等。通常傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。內(nèi)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(tài)。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

34、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(fā)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(yīng)動態(tài)的工作環(huán)境，及時的對突發(fā)狀況做出判斷然后進行處理。（2）路徑規(guī)劃技術(shù)路徑規(guī)劃就是在有障礙物的環(huán)境中，機器人首先通過傳感器獲得外界信息認識工作的環(huán)境狀態(tài)，然后按照一定的規(guī)劃規(guī)則計算出起點到終點的一條避開障礙物進行導(dǎo)航，并且達到清掃區(qū)域覆蓋最全的路徑。路徑規(guī)劃一般分為全局路徑規(guī)劃和局部路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃技術(shù)可以極大得提高掃地機器人的清潔效率。（3）電源技術(shù)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

35、人動力的來源，電源為移動機構(gòu)提供動力，為系統(tǒng)控制模塊提供穩(wěn)定的電壓，為驅(qū)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(jié)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(huán)境的一般要求，然后分析了掃地機器人的組成機構(gòu)，最后簡單介紹了掃地機器人的幾種關(guān)鍵技術(shù)：傳感器技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)和電源技術(shù)。3D機器人總體設(shè)計方案引言本章節(jié)主要給出了3D機器人總體設(shè)計方案，分別對掃地機器人的外形、移動機構(gòu)和傳感器進行分析做出設(shè)計方案設(shè)計，然后對掃地機器人的路徑規(guī)劃方法進行選擇，最后給出了掃地機器人控制程序的設(shè)計方案。掃地機器人的外形設(shè)計掃地機器

36、人的整體結(jié)構(gòu)外形設(shè)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(fā)生故障沒有及時繞開障礙物而發(fā)生碰撞時，產(chǎn)生的損傷也相對較?。欢以O(shè)計為圓盤型的機器人外形高度較低，可以進入床底、沙發(fā)底、茶幾底等地進行清掃。因此本設(shè)計將掃地機器人的身體設(shè)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(cè)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(cè)視圖掃地機器人的移動機構(gòu)設(shè)計移動機構(gòu)是掃地機器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，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(huán)境多為室內(nèi)，且地面平整，因此本設(shè)計中掃地機器

37、人的移動機構(gòu)采用輪式。為與掃地機器人的身體部分協(xié)調(diào)，設(shè)計的輪子是高度為3cm、半徑為4.8cm、轉(zhuǎn)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(xiàn)機器人的0半徑轉(zhuǎn)彎，移動機構(gòu)采用雙電機進行兩輪驅(qū)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(gòu)是世界上最穩(wěn)定的機構(gòu)，因此在移動機構(gòu)上添加一個隨動輪，與另兩輪組成一個三角形結(jié)構(gòu)，這種三輪結(jié)構(gòu)能保持機器人的平衡?？偟膩碚f，掃地機器人的移動機構(gòu)采用三輪式移動機構(gòu)，由兩個驅(qū)動輪和一個萬向輪（隨動輪）組成。三輪式移動機構(gòu)如下圖3-3所示。圖3-3 三輪式移動機構(gòu)圖3-4 三輪移動的結(jié)構(gòu)簡圖三輪移動的結(jié)構(gòu)簡圖如上圖3-4所示。圖中為

38、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(qū)動輪的速度，為掃地機器人萬向輪和驅(qū)動輪之間的距離，為兩個驅(qū)動輪之間的距離，點為掃地機器人的質(zhì)心，點為兩個驅(qū)動輪軸心連線的中點。設(shè)：掃地機器人的萬向輪相對于車體縱軸的旋轉(zhuǎn)角度為，掃地機器人的車體縱軸與軸的夾角為。設(shè)萬向輪在轉(zhuǎn)彎時的瞬時圓心也是位于兩驅(qū)動輪軸心的連線上，設(shè)瞬時轉(zhuǎn)彎半徑為，為車體的轉(zhuǎn)彎角速度11。則車體的速度為 （3-1）經(jīng)過簡單的計算，可求得萬向輪在轉(zhuǎn)彎時的瞬時轉(zhuǎn)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(shè)計掃地機器人的許多功能都是通過傳感器完成的，本系統(tǒng)的傳感器設(shè)計主要包括防撞傳感器的設(shè)

39、計、防跌落傳感器的設(shè)計和灰塵盒滿防滿的傳感器設(shè)計。（1）防撞傳感器的設(shè)計為了防止掃地機器人裝上各種各樣的家具，設(shè)計在機器人的側(cè)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(nèi)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(zhuǎn)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(shè)計為了防止掃地機器人從懸空處跌落，設(shè)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(fā)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

40、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(shè)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(fā)出提示，讓用戶及時清理集塵盒，設(shè)計在塵盒相對兩側(cè)的最高點安裝變介質(zhì)型電容傳感器。當塵盒裝滿時，兩側(cè)的變介質(zhì)電容傳感器之間的介質(zhì)就由空氣變成了灰塵，由于空氣的介電常數(shù)和灰塵的介電常數(shù)不一樣，電容傳感器的電容值就發(fā)生了變化。當電容器傳感器的只發(fā)生變

41、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(guī)劃方法機器人的路徑規(guī)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑規(guī)劃和遺傳算法。本設(shè)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(huán)境有預(yù)先的了解，它屬于未知環(huán)境的路徑規(guī)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(zhuǎn)向，避開障礙物后繼續(xù)直線行進。掃地機器人的控制程序設(shè)計本系統(tǒng)的控制程序設(shè)計主要包括主程序設(shè)計、防撞子程序設(shè)計、防跌落子程序設(shè)計和充電尋找子程序設(shè)計。（1）程序

42、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(shè)計系統(tǒng)初始化后就執(zhí)行主程序，首先對系統(tǒng)執(zhí)行電壓檢測程序，如果電壓檢測程序結(jié)果顯示為YES則執(zhí)行充電尋找子程序，找到充電基座后執(zhí)行充電程序，充電完成后再執(zhí)行一次電壓檢測程序，確定充電完成后則執(zhí)行清掃程序，在掃地機器人移動的過程中，執(zhí)行障礙檢測程序和懸空子程序，如果遇到障礙物則執(zhí)行避障子程序，如果遇到階梯或懸空的地面則執(zhí)行防跌落子程序，避開障礙物和懸空區(qū)后則繼續(xù)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(shè)計防撞子程序用來控制掃地機器人轉(zhuǎn)彎從而

43、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(zhí)行右轉(zhuǎn)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(zhí)行后退程序然后再執(zhí)行右轉(zhuǎn)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(zhí)行左轉(zhuǎn)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(zhí)行右轉(zhuǎn)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(shè)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(jié)果顯示機器人機身下方出現(xiàn)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(qū)動輪的旁邊。

44、當傳感器1檢測到懸空時，先執(zhí)行后退程序再執(zhí)行左轉(zhuǎn)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(zhí)行前進程序再執(zhí)行右轉(zhuǎn)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(zhí)行前進程序再執(zhí)行左轉(zhuǎn)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(zhí)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(zhí)行完成清掃工作。當紅外線探頭沒有接收到充電基座發(fā)出的紅外發(fā)射信號時，執(zhí)行防撞子程序和防跌落子程序；而當接收到紅外發(fā)射信

45、號時則執(zhí)行充電尋找子程序，此時需要關(guān)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(jié)本章主要介紹了整個掃地機器人系統(tǒng)設(shè)計。本系統(tǒng)設(shè)計主要包括了掃地機器人的外形設(shè)計、移動機構(gòu)的設(shè)計、傳感器的設(shè)計、電機的設(shè)計和控制程序的設(shè)計。本系統(tǒng)設(shè)計將機器人的外形設(shè)計為高度為10cm、半徑為20cm的圓盤形；將移動機構(gòu)設(shè)計為由兩個驅(qū)動輪一個萬向輪組成的三輪式移動機構(gòu)；將實現(xiàn)掃地機器人避障功能的傳感器設(shè)計為紅外線傳感器，實現(xiàn)掃地機器人的防跌功能的傳感器為超聲波傳感器，實現(xiàn)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(guī)劃的選擇，則設(shè)計采用隨機覆蓋法，即直行遇障后轉(zhuǎn)

46、向繼續(xù)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(shè)計。機器人建模實現(xiàn)方法引言本章將上章設(shè)計好的機器人模型在Webots仿真平臺上實現(xiàn)，包括環(huán)境建模、機器人建模和控制器的實現(xiàn)。Webots仿真軟件介紹Webots軟件是由瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院研發(fā)的一款集建模、編程、仿真和程序移植為一體的多功能專業(yè)化機器人研究軟件，它是一款商業(yè)化的機器人仿真軟件，目前有多所大學和研究機構(gòu)采用它進行相關(guān)的機器人研究工作。Webots仿真軟件是基于VRML（虛擬現(xiàn)實語言）對環(huán)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

47、制程序的編輯窗口和顯示對象參數(shù)信息的輸出窗口。圖4-1 Webots仿真環(huán)境Webots機器人仿真主要由以下幾個步驟：環(huán)境建模、機器人建模、參數(shù)設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(huán)境建模不同的機器人都有其對應(yīng)的特定工作環(huán)境，掃地機器人的工作環(huán)境一般是家庭環(huán)境等，所以我們在開始建

48、模時，先為掃地機器人建立一個模擬房間的環(huán)境。環(huán)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1m1m的地面實體節(jié)點（solid）,將其面積換成為10m10m，即將地面的四個坐標點按順序設(shè)置為5 0 5、-5 0 5、-5 0 -5、5 0 -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(wǎng)址輸入appearance節(jié)點的來源中。設(shè)置效果如下圖3-3（a）。圖4-3（a） 地面設(shè)置效果（2）圍墻建模：選擇場景樹窗口中的最后一個實體節(jié)點，然后單擊插入按鈕。選擇一個實體節(jié)點。從+號打開新創(chuàng)建的new node，并在

49、其name字段中鍵入“wall”。選擇children字段后插入Shape節(jié)點。打開此shape節(jié)點，選擇appearance字段，并從“new node”按鈕創(chuàng)建“Appearance”節(jié)點。使用相同的技術(shù)在“Appearance”節(jié)點的素材字段中創(chuàng)建一個“Material”節(jié)點。選擇Material節(jié)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(shè)置圍墻的交點坐標設(shè)置墻體形狀，坐標設(shè)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(shè)定墻的邊界。圖4-3（b） 墻角坐標設(shè)置（3）燈源設(shè)置：設(shè)置四個相同點光源（Poin

50、tLight）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(huán)境亮度）將其設(shè)為1，選擇intenuation（強度）并設(shè)為0.6，更改其坐標為0.48 2.9 0.48，并將這個點光源節(jié)點復(fù)制粘貼三次作為其他三個點光源，分別將其坐標改為0.48 2.9 -0.48、-0.48 2.9 0.48、-0.48 2.9 0.48。（4）放置家具：經(jīng)過以上步驟，我們已經(jīng)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(jīng)有了搭好的一些仿實物的實體節(jié)點，我們只要在增加節(jié)點中的“PROTO（webots）”中選擇并加入就可以了。如

51、添加一個椅子，選擇場景樹窗口中的最后一個實體節(jié)點，然后單擊插入按鈕，在增加節(jié)點窗口中選擇PROTO（webots）并選中其中的SimpleTable（Solid）后加入。圖4-3（c） 環(huán)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(gòu)和添加掃地機器人的傳感器及設(shè)置參數(shù)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(jié)點。在之后插入Robot節(jié)點，將其名稱設(shè)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(jié)點，然后在其子節(jié)點幾何節(jié)點里設(shè)置它的高度為10cm,半徑為20cm。圖4-4（a） 掃地機器人的身體（2

52、）增加掃地機器人的移動機構(gòu)：在剛才的Robot節(jié)點的子節(jié)點中再添加一個servo（伺服節(jié)點）節(jié)點，伺服節(jié)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(zhuǎn)（電機）或線性運動；然后在servo節(jié)點的子字段添加輪子的實體節(jié)點設(shè)置輪子的形狀，在這里要注意修改rotation的參數(shù)，旋轉(zhuǎn)輪子驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)軸，使其垂直于y軸，平行于xoz平面，其中rotation的alpha參數(shù)表示的是旋轉(zhuǎn)的角度：1.57表示旋轉(zhuǎn)了90、3.14表示旋轉(zhuǎn)了180；另外，輪子需要特別設(shè)置一些物理量如彈性、質(zhì)量、摩擦因數(shù)等，這些都在physics節(jié)點里設(shè)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）

53、添加傳感器：傳感器相當于機器人的視覺，本設(shè)計實現(xiàn)機器人避障功能的傳感器為紅外線傳感器，實現(xiàn)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(jié)點里的type進行設(shè)置。首先還是在剛才的Robot節(jié)點的子節(jié)點中添加一個DistanceSensor節(jié)點，然后設(shè)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(zhuǎn)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(jié)點里可以對傳感器的射線和孔徑大小等進行設(shè)定，射線數(shù)量無限制但數(shù)量太多會影響機器人的性能，所以對于防撞傳感器統(tǒng)一將numberOfRays設(shè)為6、aperture設(shè)為1.5，而防跌傳感器只要將numberOfRays設(shè)為1

54、、aperture設(shè)為0.1就可以了。圖4-4（b） 掃地機器人的傳感器在以上設(shè)置完成后，要對整個機器人設(shè)置一個邊界，并設(shè)置其物理特性。控制器的實現(xiàn)在向?qū)е羞x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(shù)的結(jié)構(gòu)和包括循環(huán)的語句，在機器人的控制原理上，按照設(shè)計的機器人程序結(jié)構(gòu)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(shù)中通過wb_robot_int( )函數(shù)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(shù)來獲取設(shè)備如電機等并進行參數(shù)設(shè)置，再通過wb_distance_sensor

55、_enable( )函數(shù)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(shù)結(jié)構(gòu)本章小結(jié)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(huán)境搭建，將環(huán)境設(shè)置為10m10m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(xiàn)方法：先用solid節(jié)點將掃地機器人的身體設(shè)置機器人的身體部分，然后通過servo節(jié)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(xiàn)方法。仿真結(jié)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(jié)果可以反映掃地機器人的設(shè)計

56、是否成功。掃地機器人應(yīng)具備的能力為清潔能力、防撞能力、防跌能力等。仿真結(jié)果分析（1）清掃功能經(jīng)過仿真運行，掃地機器人在完成清潔任務(wù)時的運行連續(xù)效果圖如圖5-1。當掃地機器人經(jīng)過有垃圾的地面時，垃圾就被掃地機器人機體內(nèi)一直運行著的高速旋轉(zhuǎn)電機形成的吸力吸進機體內(nèi)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(jīng)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(xù)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(jīng)很近達到了限定值時，機器人開始執(zhí)行避障程

57、序，圖中避障傳感器1檢測到了障礙物，于是開始向右轉(zhuǎn)，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(jīng)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(xù)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(zhí)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(fù)正常之后，掃地機器人漸漸地向右轉(zhuǎn)，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

58、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(jié)本章對各掃地機器人模型的運行結(jié)果進行了分析總結(jié)，從整體上看，本設(shè)計運行效果良好，基本能達到設(shè)計的要求，但還有待提高?？偨Y(jié)與展望總結(jié)本文主要在Webots仿真平臺上設(shè)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(shè)計在完成本文設(shè)計的主要工作如下：（1）掃地機器人分析。在開始設(shè)計前，先查閱掃地機器人的相關(guān)資料，包括上淘寶看各個品牌的掃地機器人參數(shù)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(gòu)成和功能，然后明確自己所要設(shè)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(wù)。（2）掃地機器人模型的設(shè)計。根據(jù)所學的理論知識，設(shè)計掃地機器人的形狀