【正文】 分散卡爾曼濾波；統(tǒng)計(jì)決策理論用于融合多個傳感器的同一種數(shù)據(jù)，常用于圖像觀測數(shù)據(jù)；DS證據(jù)推理是貝葉斯估計(jì)法的擴(kuò)展，它將局部成立的前提與全局成立的前提分離開來，以處理前提條件不完整的信息融合；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法根據(jù)系統(tǒng)要求和融合形式，選擇網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)確定網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值，對各傳感器的的輸入信息進(jìn)行融合。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯性和魯棒性；模糊推理法首先對多傳感器輸出進(jìn)行模糊化，將所測得的距離等信息分級，表示成相應(yīng)的模糊子集，并確定模糊子集的隸屬度函數(shù)，通過融合算法對隸屬度函數(shù)綜合處理，再將模糊融合結(jié)果清晰化，求出融合值；帶置信因子的產(chǎn)生式規(guī)則主要用于符號水平層表達(dá)傳感器信息，結(jié)合專家系統(tǒng)對多傳感器信息進(jìn)行融合。今年來，全球許多機(jī)器人研究機(jī)構(gòu)都展開與仿生機(jī)構(gòu)的研究工作。在生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上，研究昆蟲、爬行動物等自然界生物的各種生存策略與形態(tài)，如：螞蟻的群體協(xié)作、覓食、路線跟蹤與搜索和信息傳遞等策略，蜜蜂的定位和采粉策略，蛇的爬行動態(tài)等，將各種生物的特長再現(xiàn)于機(jī)器人上。NASA的Snakerrobot蛇形機(jī)器人，能夠穿梭在受災(zāi)現(xiàn)場的瓦礫狹縫之中，尋找幸存者。該蛇形機(jī)器人由于重心低且完全模仿蛇的動作因而行動靈敏、魯棒性好，可以用于受災(zāi)現(xiàn)場生還者的尋找和軍事偵察；SONY公司1999年推出的寵物機(jī)器狗Aibo具有喜、怒、哀、厭、驚和奇6種情感狀態(tài)。它能爬行、坐立、伸展和打滾，而且摔倒后可立即爬起來。本田公司1997年研制的Honda P3類人機(jī)器人代表著當(dāng)今世界雙足步行機(jī)器人的最高水平。Honda P3的CPU采用了兩個主頻為110MHz的MicrospecII處理器，身上裝有用于視覺導(dǎo)航的視覺傳感器、感知自身姿態(tài)的陀螺儀、保持平衡的重力加速度傳感器和兩個腳踝的6處維力傳感器、實(shí)現(xiàn)語音功能的麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，以及用于測量行走在顛簸起伏的路面上，也能夠在傾斜的路面上行走，甚至能夠上、下樓梯，單腳站立。多機(jī)器人系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代。隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展、機(jī)器人工作環(huán)境復(fù)雜度、任務(wù)的加重，對機(jī)器人的要求不再局限于單個機(jī)器人，多機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器人學(xué)研究的一個熱點(diǎn)。多機(jī)器人系統(tǒng)的研究分為多機(jī)器人合作和多機(jī)器人協(xié)調(diào)兩大類，主要研究給定一個機(jī)器人系統(tǒng)任務(wù)后，如何組織多個機(jī)器人去完成任務(wù)，如何分解和分配任務(wù)以及如何保持機(jī)器人之間的運(yùn)動協(xié)調(diào)一致。美國Oak Ridge國家試驗(yàn)室的Cooperative Robotics實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)【26】研究的協(xié)作機(jī)器人是集成了感知、推理、動作的智能系統(tǒng)，著重研究在環(huán)境未知且在任務(wù)執(zhí)行過程中環(huán)境動態(tài)變化的情況下，機(jī)器人如何協(xié)作完成任務(wù)。美國USC大學(xué)的Socially Mobile和The Nerd Herd【27】實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在多機(jī)器人學(xué)習(xí)、群行為、協(xié)調(diào)與協(xié)作等方面開展工作。（三） 課題的背景和內(nèi)容移動機(jī)械手控制系統(tǒng)是一個集環(huán)境感知、動態(tài)決策和規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能于一體的綜合機(jī)器人系統(tǒng)。移動機(jī)械手是由機(jī)械手固定在移動平臺上構(gòu)成的一類移動機(jī)器人系統(tǒng)。其中機(jī)械手用來實(shí)現(xiàn)如抓取、放置等動作，平臺的移動用來擴(kuò)展機(jī)械手的工作空間，使機(jī)械手以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)機(jī)械手的加入也極大提高了移動機(jī)器人大的性能。 移動平臺總體布局示意圖本論文做的是移動平臺本體的控制，平臺建立在一輛3輪小車上，前邊兩輪獨(dú)立驅(qū)動，后邊一個隨動輪。車輪轉(zhuǎn)向通過兩輪差速來完成。為在有限的空間內(nèi)合理放置電機(jī)，電機(jī)軸和車輪軸采用鏈條連接。車體四周裝有超聲波傳感器，用來測量車體周圍障礙物的距離。車體前端裝有一個近距離超聲波傳感器，用來測量平臺與工作臺的距離。車體前后還裝有碰撞傳感器，在機(jī)器人受到碰撞時(shí)及時(shí)保護(hù)機(jī)器人本體。（四）論文主要內(nèi)容第一章 綜述了移動機(jī)器人的基本概念，著重討論了移動機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)，闡明課題的研究背景以及我的研究內(nèi)容。第二章 設(shè)計(jì)了移動平臺控制系統(tǒng)的硬件體系，詳細(xì)討論了LPC2119控制電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路和機(jī)器人傳感器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，并且給出了詳細(xì)的電路原理圖以及調(diào)試方法二．移動機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)移動機(jī)器人設(shè)計(jì)的核心部分，涉及到微控制器的選擇，驅(qū)動電機(jī)的選擇，電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)，機(jī)器人相關(guān)傳感器的選擇與涉及方法。在本系統(tǒng)中，我們的微控制器采用一片高性能ARM單片機(jī)LPC2119，主要完成車輪驅(qū)動電機(jī)的控制和傳感器信號的采集和處理；與主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過串口進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。電機(jī)驅(qū)動單元采用MOSFET構(gòu)成的H橋驅(qū)動電路，由驅(qū)動芯片IR2110驅(qū)動，從而帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。傳感器系統(tǒng)包括3部分：避撞超聲傳感器，精密超聲傳感器和碰撞開關(guān)傳感器。（一）系統(tǒng)硬件設(shè)務(wù)劃分根據(jù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能，將移動機(jī)器人系統(tǒng)劃分為以下的幾個單元。上位機(jī) ARM控制系統(tǒng) 超聲傳感碰撞傳感器精密超聲電機(jī)驅(qū)動根據(jù)硬件設(shè)計(jì)需要，將平臺控制系統(tǒng)劃分為以下幾個部分實(shí)現(xiàn)：1）LPC2119控制電路設(shè)計(jì)2）直流電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)3）傳感器系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)ARM控制電路是整個移動平臺控制系統(tǒng)的核心部分，它包括LPC2119應(yīng)用電路，精密超聲采集電路，串口通信電路，碰撞開關(guān)檢測電路。完成的主要功能為接收上位機(jī)的命令，將命令解算為電機(jī)驅(qū)動信號，驅(qū)動電機(jī)使小車完成命令規(guī)定的運(yùn)動：實(shí)時(shí)地通過LPC2119的捕獲端口采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速信息，通過模糊PID算法完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制；通過I2C電路與避碰超聲傳感器子系統(tǒng)通信，獲取碰撞超聲的信息，并通過串口將該信息發(fā)送給上位機(jī)。傳感器電路精密超聲檢測電路、碰撞檢測電路和避碰超聲控制電路組成。精密超聲檢測電路通過LPC2119的ADC端口檢測精密超聲傳感器輸出的模擬電壓，依此確定待抓取的目標(biāo)物體距離小車的精確距離；通過檢測碰撞開關(guān)的16—4編碼器信息確定小車是否與障礙物發(fā)生碰撞，如發(fā)生碰撞則要做緊急處理；避碰超聲控制電路由AT89C2051和18路超聲波發(fā)射∕檢測電路組成。完成的主要功能為18路超聲波的循環(huán)發(fā)射及檢測，并通過I2C電路將超聲波傳感器編號和回波時(shí)間發(fā)送給LPC2119。電機(jī)驅(qū)動單元采用MOSFET構(gòu)成的H橋驅(qū)動電路，LPC2119發(fā)出的PWM信號經(jīng)驅(qū)動芯片IR2110后，驅(qū)動H橋電路，進(jìn)而帶動電機(jī)旋轉(zhuǎn)。F2260直流電機(jī)自帶光電式增量編碼器，LPC2119利用其捕獲功能實(shí)時(shí)采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度模糊PID控制。（二）LPC2119控制電路設(shè)計(jì) 目前應(yīng)用在機(jī)器人底層控制系統(tǒng)的微控制器主要有數(shù)字信號處理器 DSP和8∕16位單片機(jī)兩種類型。采用8位，16位處理器，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作簡單，硬件開發(fā)周期短，但數(shù)據(jù)處理能力不強(qiáng)，需要借助外加器件例如計(jì)數(shù)器，PID調(diào)節(jié)器和PWM產(chǎn)生器等，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強(qiáng)，系統(tǒng)控制板的結(jié)構(gòu)尺寸也會很大。DSP具有數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、速度快等優(yōu)點(diǎn)，且體積小，有利于電路板布局，隨著資料的增加以及芯片價(jià)格的下調(diào)，當(dāng)前的大多數(shù)機(jī)器人控制都選DSP作為控制器。本文的微處理器選擇的是PHILIPS公司的LPC2119單片機(jī)。LPC2119是一款支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMIS內(nèi)核的ARM處理器，小型的LQFP64封裝，帶有128KB嵌入的高速Flash存儲器和16KB的SRAM存儲器。獨(dú)特的存儲器加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。與DSP相比較，ARM具有幾乎相同的內(nèi)部資源和運(yùn)算速度，處理復(fù)雜函數(shù)的能力也毫不遜色。需要注意的是，DSP的設(shè)計(jì)初衷畢竟是為了進(jìn)行數(shù)字信號處理，所以在進(jìn)行控制方面與ARM相比還要略微遜色（LPC2119有9個外部中斷引腳），而且許多ARM芯片支持TCP∕IP協(xié)議，這是DSP無法做到的，這一點(diǎn)使得ARM在將來機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)控制方面將有很大的優(yōu)勢。ARM7TDMIS內(nèi)核是通用的32位微處理器，它具有高性能和低功耗的特性。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計(jì)算機(jī)（RISC）原理而設(shè)計(jì)的，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單得多。這樣使用一個小的、廉價(jià)的處理器內(nèi)核就可實(shí)現(xiàn)很高的指令吞吐量和實(shí)時(shí)的中斷響應(yīng)。由于使用了3級流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作，通常在執(zhí)行一條指令的同時(shí)下達(dá)下一條指令進(jìn)行譯碼，并將第三條指令從存儲器中取出。ARM7TDMIS處理器使用了一個被稱為THUMB的獨(dú)特結(jié)構(gòu)化策略，它非常適用于那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。THUMB指令集的16位指令長度使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)ARM代碼兩倍的密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢是使用16位寄存器的16位處理器所不具備的。因?yàn)門HUMB代碼和ARM代碼一樣，在相同32位寄存器上進(jìn)行操作。THUMB代碼僅為ARM代碼規(guī)模的65%，但其性能卻相當(dāng)于運(yùn)行于16存儲器系統(tǒng)的相同ARM處理器性能的160%。LPC2119微處理器可以工作的最小系統(tǒng)一般由電源、復(fù)位電路、系統(tǒng)時(shí)鐘等構(gòu)成，了調(diào)試程序需要把JTAG口包括進(jìn)來，把串口UART0加進(jìn)來可以方便程序的下載和芯片的擦除，LPC2119是可加密的芯片（PHILPSD的專利技術(shù)），一旦芯片加密后，通過JTAG就不能下載程序了，只能通過ISP功能先整片擦除芯片，再下載。1）電源電路LPC2106芯片I∕，因此系統(tǒng)必須提供雙電源。，該芯片最大穩(wěn)壓輸出電流為800mA，精度高，穩(wěn)定性高，功耗低。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，LPC2119 及其外圍芯片需要的電流約為40mA，所以該電源芯片足以勝任。LED作為5V電源指示燈。 ARM系統(tǒng)電源供電原理圖2）復(fù)位電路由于LPC2119芯片的高速，低功耗，低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性以及電源監(jiān)測可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。這里采用專用微處理電源監(jiān)控芯片MAX708，提高了系統(tǒng)的可靠性。 ARM系統(tǒng)復(fù)位電路原理圖74HC125為總線