基于時間條件算法的滅火機器人設計

胡改蝶 樊孝仁 崔藝馨

摘 ?要： 詳細介紹了滅火機器人的組裝，在組裝機器人的基礎上，概括性的介紹了滅火機器人的各種算法及無火不進房算法中的時間算法和條件算法。為了讓滅火機器人更加穩定的退出每個房間，結合時間算法和條件算法的優點，提出了時間條件算法，從而讓機器人采用時間條件算法在迷宮中行走，并完成滅火任務。實驗表明，此算法的應用使機器人在滅火過程中穩定性很高，并能及時避開迷宮墻壁;不但效果好，而且在很大程度上縮短了時間。

關鍵詞： 滅火機器人; 時間算法; 條件算法; 時間條件算法; 迷宮

中圖分類號：TP311 ? ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? 文章編號：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

機器人技術正在以飛快的速度發展著，它的應用已容入到人們的日常生活，如工業機器人，服務機器人，軍用機器人等等，機器人的使用使得教育機器人引起了各界的重視[1]。為了讓更多的學生了解機器人，本文以教育機器人中的滅火機器人實驗為例探討基于時間條件算法的設計和實現。

1 硬件設計結構及功能

紅外傳感器是數字傳感器，其作用是讓機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，分別插在控制主板的1、2號端口;左右各一個，分別插在控制主板的3、4號端口;左右45度各一個，分別插在控制主板的5、6號端口;正后方一個，插在控制主板的7號端口。灰度傳感器是模擬傳感器，其作用是判斷每個房間門口的白線，從而使機器人識別是否到達房間門口。安裝位置在正前方下側，距離地面3-5mm，插在控制主板的14號端口。火焰傳感器是模擬傳感器，其作用是尋找火源，并且進行準確的尋火、定位和靠近火源。安裝位置距離地面大約17cm處，正前方火焰傳感器插在控制主板的15號端口，左45度火焰傳感器插在控制主板的16號端口，右45度火焰傳感器插在控制主板的17號端口。風扇作用是進行滅火，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

滅火機器人的設計算法有很多，一般有左右迷宮滅火算法、進房滅火算法、無火不進房滅火算法和直接尋火源滅火算法等[2-3]。無火不進房滅火算法是機器人在檢測到房間門口的白線時，并不直接進入房間尋火，而是在房間門口進行尋火，若尋到火則進入房間滅火，若沒有尋到火（即無火）則直接往下一個房間搜索。無火不進房滅火算法有退房算法和旋轉算法兩種方法。退房算法又有時間和條件兩種算法，所謂時間算法，是機器人發現本房間無火，后退幾秒后，轉彎，繼續下一個房間;所謂條件算法，是機器人發現本房間無火時，后退，當機器人后方的傳感器有信號，則停止后退，繼續向下一個房間。本文提出的算法是將時間算法和條件算法結合起來，簡稱為時間條件算法。它是機器人在檢測到房間門口的白線時，沒有尋到火的情況下，退房時的操作過程，機器人先后退，然后判斷后方傳感器是否有信號，若無信號則繼續后退，若有信號則停止后退，繼續下一個房間。

3 軟件結構設計及部分程序

編程采用NST Robot軟件，由一個主程序和多個子程序共同實現，本程序設計分為五個模塊，分別是啟動模塊、左/右迷宮模塊、尋火模塊、滅火模塊和回家模塊[4-5]。啟動模塊一般有開關啟動、接觸傳感器啟動和聲控傳感器啟動三種方式，本文采用的是第三種方式。左/右迷宮模塊，采用常規則的左手/右手法則編寫程序，讓機器人順利的在迷宮中行走[6]。為了處理機器人進房間時轉彎不穩定的情況，本文經過計算得出左/右迷宮進房間時的轉彎馬達功率設置為60和45最為適合。尋火模塊通過比較三個火焰傳感器的值來定位火源的位置，然后靠近火源后停止。滅火模塊是啟動風扇，進行滅火。回家模塊是機器人滅火后，要順利的回到出發點。主程序流程圖如圖1所示。

[聲控傳感器

是否有信號？] [開始走迷宮][是否檢測到房間

圖1 ?主程序流程圖

4 調試

調試分為程序調試和環境調試。程序調試又包括主程序調試和子程序調試。首先調試各個子程序，一個子程序對應一個模塊，也就是說，機器人先完成啟動模塊、左/右迷宮模塊、尋火模塊、滅火模塊和回家模塊的調試后，再將各個模塊的子程序連在一起進行綜合調試，從而保證整個主程序的順利進行。環境調試是機器人在不同的環境條件下，會受到許多因素的影響，例如場地，電池電壓，燈光等等。本文經過多次調試，順利完成機器人的滅火任務。

5 結束語

通過多次實驗證明，采用的算法不同會影響機器人在整個滅火過程中的效果。經驗證，本文所組裝的機器人在迷宮中進行滅火時，運用了時間條件算法編寫的退房子程序，不僅解決了機器人退房時的不穩定問題，而且使機器人能快速、順利地完成滅火任務，大大縮短機器人的整個滅火時間。

參考文獻：

[1] 崔新友，王海花.基于ARM的足球機器人控制系統的研究與設計[J].

計算機時代，2009.11：26-28

[2] 張佐權.競賽用滅火機器人智能優化技術的研究與實現[D].電子科技

大學，2012.

[3] 張英.機器人滅火的設計方案[J].西安郵電學院學報，2006.11（3）：

110-112

[4] 韋艷，楊桂考，徐加新.滅火機器人的設計與實現[J].數字技術與應用，

2011.11：82

[5] 張景川，劉立陽，傅家祥.新型滅火機器人的設計與實現[J].電腦知識

與技術，2008.4（8）：2246-2249

[6] 康冰，梁艷磊.基于機器人迷宮搜索中心算法的優化[J].長春師范學

院學報（自然科學版），2011.30（4）：25-29