【正文】 分為以下的幾個單元。第二章 設(shè)計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、直流電機驅(qū)動電路和機器人傳感器系統(tǒng)的實現(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．移動機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計時移動機器人設(shè)計的核心部分，涉及到微控制器的選擇，驅(qū)動電機的選擇，電機驅(qū)動電路的設(shè)計，機器人相關(guān)傳感器的選擇與涉及方法。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。其中機械手用來實現(xiàn)如抓取、放置等動作，平臺的移動用來擴展機械手的工作空間，使機械手以更合適的姿態(tài)執(zhí)行任務(wù)，同時機械手的加入也極大提高了移動機器人大的性能。美國Oak Ridge國家試驗室的Cooperative Robotics實驗系統(tǒng)【26】研究的協(xié)作機器人是集成了感知、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，機器人如何協(xié)作完成任務(wù)。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、實現(xiàn)語音功能的麥克風(fēng)和揚聲器，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。NASA的Snakerrobot蛇形機器人，能夠穿梭在受災(zāi)現(xiàn)場的瓦礫狹縫之中，尋找幸存者。其中加權(quán)平均法是最簡單也最直觀的方法，一般用于對動態(tài)低水平的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，但結(jié)果不是統(tǒng)計上的最優(yōu)估計；貝葉斯估計是融合靜態(tài)環(huán)境中多傳感器底層數(shù)據(jù)的常用方法，適用于具有高斯白噪聲的不確定性傳感信息融合；對于系統(tǒng)噪聲和觀測噪聲為高斯白噪聲的線性系統(tǒng)模型用卡爾曼濾波來融合動態(tài)低層次冗余傳感信息，對于非線性系統(tǒng)模型采用擴展卡爾曼濾波或者分散卡爾曼濾波；統(tǒng)計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)推理是貝葉斯估計法的擴展，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。文獻(xiàn)[35]將預(yù)見預(yù)測控制方法應(yīng)用于CNC機床的伺服控制中，取得了良好的效果。文獻(xiàn)[31]通過誤差的分解，使用PD控制方法實現(xiàn)運動控制，但在實際使用中控制參數(shù)難以調(diào)節(jié)。鎮(zhèn)定控制方面，現(xiàn)在的主要研究成果有不連續(xù)控制方法、時變控制方法和混亂控制方法等。針對不同的運動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動設(shè)備，運動控制的研究會進(jìn)一步的細(xì)化。它不要求適應(yīng)度函數(shù)是可導(dǎo)或連續(xù)的，而只要求適應(yīng)度函數(shù)為正，同時作為并行算法，它的隱并行性適用于全局搜索。其基本思想是將機器人在環(huán)境中的運動視為一種虛擬的人工受力場中的運動。柵格劃分打了，環(huán)境信息存儲量小，規(guī)劃時間按短，但分辨率下降，在密集環(huán)境下發(fā)現(xiàn)路徑的能力減弱；柵格劃分小了環(huán)境分辨率高，在密集環(huán)境下發(fā)現(xiàn)路徑的能力強，但環(huán)境信息存儲量打，規(guī)劃時間長，可采用改進(jìn)的柵格法【19】彌補柵格法的不足?？梢晥D法【15】視機器人為一點，將機器人、目標(biāo)點和障礙物各頂點之間以及各障礙物頂點和頂點之間的連線，均不能穿越障礙物，即直線是可視的。該方法把在不同時段建立的證據(jù)柵格匹配起來，使用一種爬山算法搜索可能的平移與轉(zhuǎn)動空間，來消除推測航行法的誤差累積。主要方法有：碼盤定位、陸標(biāo)定位和聲音定位等。智能移動機器人的“智能”特征在于它具有與外部世界相協(xié)調(diào)的工作機能，這種協(xié)調(diào)在具體的實現(xiàn)上首先要求機器人確定自身與周圍環(huán)境的位置關(guān)系，以便根據(jù)目標(biāo)任務(wù)做出正確決策和路徑選擇，因此導(dǎo)航的定位成為移動機器人的兩個最為重要問題。設(shè)計合理的體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于多機器人系統(tǒng)在多變的工作環(huán)境中完成復(fù)雜的工作任務(wù)時起到至關(guān)重要的作用。機器人利用事先設(shè)計好的基本行為，根據(jù)實際環(huán)境和具體任務(wù)要求，自主創(chuàng)建滿足任務(wù)要求和適應(yīng)環(huán)境的具體行為。2）進(jìn)化控制體系結(jié)構(gòu)面對任務(wù)的復(fù)雜性和環(huán)境的不確定性以及動態(tài)特性，移動機器人系統(tǒng)應(yīng)該具有主動學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力。（二）移動機器人的主要研究方向1）分布式體系結(jié)構(gòu)分布式體系結(jié)構(gòu)【】是多智能體技術(shù)在移動機器人研究領(lǐng)域的應(yīng)用。與此同時，移動機器人的研究工作也進(jìn)入了快速發(fā)展階段。.. . . ..一、緒 論（一）引言移動機器人技術(shù)是一門多科學(xué)交叉及綜合的高新技術(shù)，是機器人研究領(lǐng)域的一個重要分支，它涉及諸多的學(xué)科，包括材料力學(xué)、機械傳動、機械制造、動力學(xué)、運動學(xué)、控制論、電氣工程、自動控制理論、計算機技術(shù)、生物、倫理學(xué)等諸多方面。移動機器人按其控制方式的不同可以分為遙控式、半自動式和自主式三種；按其工作環(huán)境的不同可以分為戶外移動機器人和室內(nèi)機器人兩種。智能體是指具有各自的輸入、輸出端口，獨立的局部問題求解能力，同時可以彼此通過協(xié)商協(xié)作求解單個或多個全局問題的系統(tǒng)。將進(jìn)化控制的思想融入到移動機器人體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，使得系統(tǒng)哎具備較高反應(yīng)速度大的同時，也具備高性能的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力。文獻(xiàn)【6】考慮到智能體本身具有獨立性、自主性、開放性等優(yōu)點，將智能體的技術(shù)與進(jìn)化控制相結(jié)合，提出了一種基于多智能體的移動機器人導(dǎo)航進(jìn)化控制體系結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)【】在分析了多機器人協(xié)作系統(tǒng)對單機控制體系結(jié)構(gòu)的要求后，分別提出了適合的機器人個體控制體系結(jié)構(gòu)，其基本思想是采用分層式和包容式融合的混合體系結(jié)構(gòu)。移動機器人的導(dǎo)航方式可分為：基于環(huán)境信息的地圖模型匹配導(dǎo)航、基于各種導(dǎo)航信號的陸標(biāo)導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航和味覺導(dǎo)航等。碼盤定位是在移動機器人的車輪上裝有光電編碼器，通過對車輪轉(zhuǎn)動的記錄來粗略的確定位置和姿態(tài)。陸標(biāo)定位【13】是在移動機器人工作的環(huán)境里，人為地設(shè)置一些已知的陸標(biāo)，如超聲波發(fā)射器、激光反射板等，通過對陸標(biāo)的探測來確定機器人自身的位姿。搜索最優(yōu)路徑的問題就轉(zhuǎn)化為從起點到目標(biāo)點經(jīng)過這些可視直線的最短距離問題。路徑搜索策略主要由：A*算法【20】和D*最優(yōu)算法【21】等。障礙物對機器人產(chǎn)生斥力，目標(biāo)點產(chǎn)生引力，引力和斥力的合力作為機器人的加速力，來控制機器人的運動方向和計算機器人的位置。 基于實時傳感信息的模糊邏輯算法【25】參考人的駕駛經(jīng)驗，通過查表得到規(guī)劃信息，實現(xiàn)局部路徑規(guī)劃。對于常用的輪式移動機器人，還會進(jìn)一步分為雙輪、三輪、四輪等。跟蹤控制方面，根據(jù)導(dǎo)航方式的不同可以分為含有時間參數(shù)的軌跡跟蹤以及不含時間參數(shù)的路徑跟蹤；根據(jù)控制變量的不同又可以分為速度控制和力矩控制等。文獻(xiàn)[32]利用魯棒控制方法，文獻(xiàn)[33]利用神經(jīng)元預(yù)測控制實現(xiàn)對移動機器人的運動控制，但并未考慮系統(tǒng)延遲所帶來的影響，運動控制效果存在滯后現(xiàn)象。文獻(xiàn)[30]將預(yù)見預(yù)測控制方法應(yīng)用于移動機器人的運動控制中，首先利用三階Bezier曲線作為路徑生成器生成目標(biāo)軌跡，并以此為輸入信號設(shè)計最優(yōu)預(yù)見控制器作為系統(tǒng)的前饋補償，彌補系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)延遲；然后使用擴展卡爾曼濾波器作為預(yù)測模型，基于廣義預(yù)測控制（GPC）實現(xiàn)了預(yù)見預(yù)測（PPC）運動控制器的設(shè)計，提高系統(tǒng)的魯棒性。系統(tǒng)具有很強的容錯性和魯棒性；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。該蛇形機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年推出的寵物機器狗Aibo具有喜、怒、哀、厭、驚和奇6種情感狀態(tài)。多機器人系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代。美國USC大學(xué)的Socially Mobile和The Nerd Herd【27】實驗系統(tǒng)在多機器人學(xué)習(xí)、群行為、協(xié)調(diào)與協(xié)作等方面開展工作。 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，前邊兩輪獨立驅(qū)動，后邊一個隨動輪。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。在本系統(tǒng)中，我們的微控制器采用一片高性能ARM單片機LPC2119，主要完成車輪驅(qū)動電機的控制和傳感器信號的采集和處理；與主控計算機系統(tǒng)通過串口進(jìn)行實時通訊。上位機 ARM控制系統(tǒng) 超聲傳感碰撞傳感器精密超聲電機驅(qū)動根據(jù)硬件設(shè)計需要，將平臺控制系統(tǒng)劃分為以下幾個部分實現(xiàn)：1）LPC2119控制電路設(shè)計2）直流電機驅(qū)動電路設(shè)計3）傳感器系統(tǒng)電路設(shè)計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間發(fā)送給LPC2119。采用8位，16位處理器，控制系統(tǒng)設(shè)計、制作簡單，硬件開發(fā)周期短，但數(shù)據(jù)處理能力不強，需要借助外加器件例如計數(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，系統(tǒng)控制板的結(jié)構(gòu)尺寸也會很大。獨特的存儲器加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。ARM結(jié)構(gòu)是基于精簡指令集計算機（RISC）原理而設(shè)計的，指令集和相關(guān)的譯碼機制比復(fù)雜指令集計算機要簡單得多。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。1）電源電路LPC2106芯片I∕，因此系統(tǒng)必須提供雙電源。 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。當(dāng)使用JTA