【文章內(nèi)容簡介】 美，都有著其自身的局限性，反應(yīng)控制系統(tǒng)同樣也是，其不具備記憶功能，信息不能直接的儲存，也不能在其已有的知識基礎(chǔ)上進行有效的學習，這種行為的控制，我們通常稱之為延長反應(yīng)系統(tǒng)，它僅僅控制該協(xié)商類型之間的配方和終端之間的反應(yīng)的一種簡單方法。在基于這樣的行為為基礎(chǔ)的控制方法上，單一的控制系統(tǒng)對不同任務(wù)的分解方式不同，并且是同時進行，機器人 任務(wù)的全部操作就是要把整成部分，成為基本的，簡單的，一些行為單元則每個單元進行它們之間的協(xié)調(diào)。每個單位都有自己的小整體，有自己的感知系統(tǒng)的執(zhí)行單元，構(gòu)成感知和執(zhí)行中的一個。機器人會根據(jù)自己的系統(tǒng)先后順序，然后可以完成需要的不同任務(wù)。他的優(yōu)勢是，他的每一個單元的功能特性之一是相對于相對簡單的傳感器，并通過一些簡單的信息處理可以很快得到了良好的經(jīng)營業(yè)績。因此，它是底層控制行為控制機器人的最佳選擇。 論文的主要內(nèi)容 本文主要是對機器人的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計進行的研究。主要的驅(qū)動機構(gòu)是四輪驅(qū)動機構(gòu)。即， 直接連接到每個車輪與框架，它具有行走功能。體內(nèi)裝有一個大直徑的車輪，使之能適應(yīng)戶外，草，沙子和其他的步行環(huán)境。配有獨立的驅(qū)動控制濰坊科技學院學士論文 引言 7 可以在不跨越障礙，避障等功能轉(zhuǎn)彎半徑來實現(xiàn)。 移動機器人的結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這包括機器人主體的行結(jié)構(gòu)和尺寸。 模塊化設(shè)計（移動機器人）。主要在于機器人所具有的的環(huán)保意識，動態(tài)上的決策功能和規(guī)劃上等一些多種的功能。普通機器人之間也存在著區(qū)別，主要的區(qū)別就是安裝在機器人平臺上的可動載體。另外，我們在移動機器人的設(shè)計上，應(yīng)該遵循一系列的設(shè)計原則： 1：一般的機構(gòu)應(yīng)該很容易滿足并快速拆卸， 以方便我們平時的測試，調(diào)試，維修等。 2：給機器人未能及時組件的臨時功能元件和一些傳感器和其他特征留有一定的位置，以備將來在改進和擴展所安裝的優(yōu)先位置。 3：角模塊化設(shè)計，我們必須在每個功能模塊設(shè)備之間隔開一定不能互相干擾。移動機器人的運動控制分析。為了成功地避開障礙物，機器人必須在轉(zhuǎn)向性能的自主權(quán)和靈活性。因此，機器人的操縱性能是它能夠適應(yīng)地面的能力的一個重要方面。 濰坊科技學院學士論文 輪式機器人的運動控制 8 2 輪式機器人的運動控制 2． 1 移動機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 本次設(shè)計的論述移動機器人為以 STC12C5408AD 為控制核心的 后驅(qū)四輪機器人。最前端為信號采集模塊，主要功能是 :線標志的讀取，前輪上的萬向輪主要負責轉(zhuǎn)向功能，后輪是主要功能是驅(qū)動力，為機器人提供動力，另外，應(yīng)該采用差速機構(gòu)進行驅(qū)動，且電源為直流電源。 原理 單片機系統(tǒng)是一種基于信號采集模塊平臺上的，對路面一些標記信號精準的讀取，然后由虛擬量直接快速的轉(zhuǎn)換為機器系統(tǒng)本身能夠有效識別的數(shù)字信號，然后再經(jīng)過智能信息化處理，輸入到單片機中，之后單片機可以通過我們己經(jīng)寫入到了的程序，對其已經(jīng)讀取到的信號在進行進一步的判斷，最后就可以通過驅(qū)動模塊和轉(zhuǎn)向控制模塊來完成 機器人的最后運動狀態(tài)。重點是所采用的電機驅(qū)動模塊需要采用直流電機來對我們的機器人進行驅(qū)動，另外還要注意調(diào)節(jié)電機之間的轉(zhuǎn)速來進一步的實現(xiàn)機器人靈活轉(zhuǎn)向。 元器件的選擇 本次設(shè)計主要實現(xiàn)信號采集與分析、直流電機控制兩大功能，但是單片機系統(tǒng)的運行程度決定了機器人的最終運動狀態(tài)，機器人性能的好壞絕大部分取決于單片機的選擇。采集信號我們需要 AD 轉(zhuǎn)換接口，在于本次的設(shè)計中我們就選擇了國產(chǎn)的單片機 STC12C5408AD，是新一代單片機，速度是比較快的快，集成度也是比較高的。其多種功能與快速處理器于 一體，同時還具有了 ISP 的功能，用戶可以根據(jù)自己的需求，在自己目標的系統(tǒng)上，經(jīng)過一系列的額串口與 PC 連接，就可以快速直接的由 PC客戶端對他進行 ISP 下載編程，幾秒鐘的時間就可以完成 [7]。 關(guān)于電源問題，研究者在集成整個控制系統(tǒng)之前勢必需要進行考慮的。控制系統(tǒng)在運行的過程中，其電機所消耗的電量要遠遠的大于控制系統(tǒng)的消耗，并且控制濰坊科技學院學士論文 輪式機器人的運動控制 9 系統(tǒng)在運行過程中，機器人出現(xiàn)的的加減速與一系列的拐彎動作這都會導致使用電壓的不穩(wěn)定，所以我們在設(shè)計與安裝時，要使得電機驅(qū)動電源與控制系統(tǒng)電源相互獨立互不干擾，對單片機系統(tǒng)設(shè)計一個獨 立核心供電系統(tǒng)，以便于勇來確保單片機能夠充分的得到 5V 電源，用于正常的運轉(zhuǎn)。 移動機器人在平臺上的總體結(jié)構(gòu) 移動機器在功能上應(yīng)具有以下的一些特點： 能夠在靜態(tài)的條件下對路徑由一個整體的規(guī)劃，并且可以快速的控制機器人整體上的導航，很好的完成任務(wù)； 出現(xiàn)障礙物時，能做到識別并做出相應(yīng)的避障反應(yīng)； 主要的視覺系統(tǒng)能夠?qū)δ繕诉M行快速搜索與跟蹤；并且可以輔助整體導航，對機器人前進的目標進行精確定位 [8]。 鑒于以上的研究目標，提出如下總體設(shè)計要求： 1 機器人動作靈活，控 制方便； 2 采用模塊化設(shè)計 3 感知能力要豐富，方便對其行為控制全面研究； 4 在保證功能實現(xiàn)的前提下，盡量減少系統(tǒng)硬件的成本； 5 便于擴展、調(diào)試、及維護。 6 根據(jù)由上述移動機器人的整體結(jié)構(gòu)，從底層開發(fā)上述的設(shè)計要求被分為五個等級：主要分為用戶級，決策控制層，感測 /基礎(chǔ)決策，運動人員。的層和層之間的通信有標準的物理層和協(xié)議層，這些層是高度可擴展的。 移動機器人硬件系統(tǒng) 硬件包括一個移動機器人平臺和無線通信系統(tǒng)中的組件，使用上，下兩分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。移動機器人平臺的典型四輪機器人，前兩個腳 輪，兩個獨立的后輪驅(qū)動，后左和后右車輪安裝直流電動機和電動機控制器，移動機器人平臺和攀登障礙物，三維空間，以提供一個導航平臺。系統(tǒng)的硬件組件可以被分成三個模塊：將電源和驅(qū)動器模塊，傳感器模塊，控制計算機模塊，并通過功能類別，機器人可分濰坊科技學院學士論文 輪式機器人的運動控制 10 為用戶級傳感 /控制子系統(tǒng)，智能 決策系統(tǒng)等 [9]。 移動機器人的電源和驅(qū)動模塊 在移動機器人中使用的功率模塊和功能模塊的每個功能單元，主要內(nèi)容有：對 DSC （ TMS320F28335 ）函數(shù)在數(shù)據(jù)處理單元的運動控制代理功能 ARM9 的圖像采集和處理單元和直流電 機及檢測驅(qū)動器和其他功能單元 [10]。 移動機器人傳感器系統(tǒng) 機器人的傳感系統(tǒng)主要的任務(wù)是為了獲取內(nèi)外部工作信息，這是機器人感知決策和行動的不可或缺的三大要素之一。感測的傳感器單元的系統(tǒng)的硬件組件，其功能是提供外部環(huán)境，如視覺，力，觸覺機器人，機器人本身可以感知的狀態(tài)和位置。外部的傳感器分為 24 通道和光電開關(guān)，另外傳感器模塊上的還有超聲波距離傳感器，兩個全景視覺攝像頭，感覺與接近傳感器，然而還一次提供了 8個預(yù)留的標準接口 [11]。 我們所看到的傳感器主板電源，主要的是由兩針接口 POWER 輸入之 后，然后根據(jù)后來信號的分離分成兩路，其中一路可以經(jīng)過對保險管與 TVS 管進行有掉的恢復(fù)，從而為傳感器系統(tǒng)提供 24 的電源，然而另一路則就直接的為 PC 提供一系列的電源電壓供應(yīng)。其中 L1與 L2 分別是傳感器、 PC 電源指示燈。 濰坊科技學院學士論文 輪式機器人的運動控制 11 IP1 D23 F1 D24 RATT SW 3A D22 + C2 C3 + F2 1000q/50V 3A BATOND 圖 電源輸入以及簡單保護電路 移動機器人運動控制研究 本文章所研究的四輪機構(gòu)也像普通的機器人一樣采用輪子，小腿，小支架的形式以及其他機構(gòu)并存的情況下進行有效的運動 。 主要采用的是后輪驅(qū)動機構(gòu)，前輪從動，二期前輪的作用僅為支架的作用，后輪驅(qū)動采用的是雙電機驅(qū)動，主要控制輪子的轉(zhuǎn)彎與角速度的有效控制，合理的完成轉(zhuǎn)彎越障礙物等一系列 復(fù)雜的任務(wù)。 車體結(jié)構(gòu)與運動學分析 看下列結(jié)構(gòu)圖形，很明顯的看到兩后輪的雙驅(qū)動裝置，電機與電機之間互不干1 2 1 2 1 2 IP2 COMPUTER POWER1 濰坊科技學院學士論文 輪式機器人的運動控制 12 擾，電壓穩(wěn)定為直流電壓，速度恒定輸出，而且隨時可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)電壓的大小來控制其轉(zhuǎn)速。前輪是從動輪，僅起到支撐的作用無向?qū)Чδ?[12]。 圖 車體結(jié)構(gòu)圖 圖 車體運動路徑 圖 3為車體運動路徑示意圖。 O 為坐標原點，也是車體運動的起始點，經(jīng)過 t時間后小車慢慢的運動 A 點 .在這其中， Ex(t)、 Ey(t)分別為小車在 X 方向上和 Y方向上的位移；θ與 W分別是小車的角位移和角速度。根據(jù)以上假設(shè)，可以推斷出以下關(guān)系式： Ex=?to dttv )(cos? (1) Ey=?to dttv )(sin? (2) θ =?to dtt)(? (3) 在允許的誤差內(nèi)我們可以認為，， : cosθ =1 （ 4） sinθ =θ （ 5） 兩 電機電壓包的穩(wěn)定是用來確保后輪中 V（速度）是常量，即 v=v0，則式（ 1），（ 2）和（ 3）可表示如下： Ex=v0t （ 6） Ex= ?to dttv )(0 ? （ 7） θ =?to dtt)(? （ 8） 濰坊科技學院學士論文 輪式機器人的運動控制 13 推導出： n=knU+Cn （ 9） Kn、 Cn 是常數(shù)。 根據(jù)上述公式可以推導出車體在轉(zhuǎn)動時的角速度與后輪中點處的速度 v0，： w=（ N2N1） Dπ /W （ 10） v0=（ N2+N1） Dπ /2 （ 11） N1， N2為左右輪轉(zhuǎn)速， D為后輪的直徑， W是兩后輪之間相對的距離。 把式（ 9）分別代入式（ 10）與（ 11）中，可以得到 w=(（ U2U1） Dπ Kn)/W （ 12） V0=(（ U2+U1） Dπ Kn)/2+Dπ Cn （ 13） 其中 U2和 U1為小車左輪和右輪的輸入電壓。 由式（ 13）可知，假如車體后面的兩輪的各電機輸入的電壓之和是常數(shù)，從而推導出速度 V0也是常數(shù)。假設(shè)車運動時，會產(chǎn)生瞬時的角速度，那么其運轉(zhuǎn)所需要電壓差Δ應(yīng)該為 U2U1=ω W/(Dπ Kn)= Δ u （ 14） 若使： U1=UΔ u/2 U2=U+Δ