【正文】 減少外圍電路的設(shè)計難度，而且DSP芯片的數(shù)據(jù)處理能力是普通單片機無法比擬的。在綜合考慮各方面因素的基礎(chǔ)上，決定選擇專用DSP控制器為核心器件。硬件總體設(shè)計 湖面清掃智能機器人控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)輸入的信息（傳感器信息，視覺信息，語音信息等），控制電機完成相應(yīng)的動作，從而使機器人達到收集湖面漂浮垃圾的目的?，F(xiàn)將各部分功能綜述如下：(1)船體：主體由雙體船構(gòu)成，船體中間有網(wǎng)狀垃圾倉，倉后有一個電機來控制吸力裝置，使兩船體中間水流速度相對向后，漂浮垃圾隨水流由船的前方經(jīng)由兩船體中間進入后方垃圾倉，完成垃圾的收集；(2)控制系統(tǒng)：以可編程DSP控制器為核心構(gòu)成控制系統(tǒng)，接收視覺系統(tǒng)、語音控制系統(tǒng)、各種傳感器等設(shè)備的輸入信號，計算和輸出多路控制信號，協(xié)調(diào)各驅(qū)動電機，并對系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)控；(3)動力驅(qū)動系統(tǒng)：湖面清掃智能機器人的動力源為蓄電池，由左右電機的速度不同來調(diào)整前進方向；(4)視覺系統(tǒng)：根據(jù)探測到的信息推測出前方物體為垃圾還是阻礙前進的障礙物，并在機器人需要返回回收點時判斷回收點的位置；(5)語音控制系統(tǒng)：機器人可以接收語音命令，控制機器人運行，停止，轉(zhuǎn)彎等；(6)垃圾倉：暫時存放垃圾，當(dāng)垃圾裝滿時，機器人要把垃圾傾倒在回收點。用動態(tài)控制方法設(shè)計的控制器可使被控機器人具有良好的動態(tài)和靜態(tài)品質(zhì)，然而由于各種動態(tài)控制方案中都無一例外地需要實時進行某些機器人動力學(xué)計算，而機器人又是一個復(fù)雜的多變量強耦合的非線性系統(tǒng)，這就需要較大的在線計算量，給實時控制帶來困難。另一類控制器設(shè)計方法通常被稱為“動態(tài)控制（Dynamic Control）”。運動控制的主要優(yōu)點是控制律簡單，易于實現(xiàn)。一類是完全不考慮機器人的動力學(xué)特性，只是按照機器人實際軌跡與期望軌跡間的偏差進行負反饋控制。因此，開發(fā)一種性能優(yōu)良，價格便宜，操作簡單，使用安全的自主式智能湖面清掃機器人已成為一種必要，而且有較好的市場前景。很多發(fā)達國家致力于水面污染治理設(shè)備的研究，如石油清理設(shè)備，但只是用于大量泄露石油的清理。但是，水面污染的治理是一項艱難的長期任務(wù)，是全人類必須面對的共同問題。因此，開發(fā)一種性能優(yōu)良，價格便宜，操作簡單，使用安全的自主式智能湖面清掃機器人已成為一種必要，而且有較好的市場前景。很多發(fā)達國家致力于水面污染治理設(shè)備的研究，如石油清理設(shè)備，但只是用于大量泄露石油的清理。但是，水面污染的治理是一項艱難的長期任務(wù)，是全人類必須面對的共同問題。水面污染對人類的水源構(gòu)成很大的威脅，湖泊尤其是旅游勝地和市內(nèi)人工湖泊，更是無法逃避漂浮物污染的厄運，舉目可見各種日常消費品的包裝物在湖面上漂浮。機器人控制是一項跨多學(xué)科的綜合性技術(shù)，涉及自動控制、計算機、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容。機器人的核心是控制系統(tǒng)。所謂感知即指發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識和描述外部環(huán)境和自身狀態(tài)的能力，如裝配機器人需要在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中認(rèn)識障礙物并實現(xiàn)避障移動，這依賴于智能機器人的感覺系統(tǒng)，即各種各樣的傳感器；所謂思維是指機器人自身具有解決問題的能力，比如，裝配機器人可以根據(jù)設(shè)計要求為一部復(fù)雜機器找到零件的裝配辦法及順序，指揮執(zhí)行機構(gòu)，即指揮動作部分完成這部機器的裝配；動作是指機器人具有可以完成作業(yè)的機構(gòu)和驅(qū)動裝置。機器人按其智能程度可分為一般機器人和智能機器人。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人的應(yīng)用范圍也日益擴大，遍及工業(yè)、國防、宇宙空間、海洋開發(fā)、緊急救援、危險及惡劣環(huán)境作業(yè)、醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域。湖面清掃智能機器人的控制系統(tǒng)設(shè)計引言機器人是上個世紀(jì)中葉迅速發(fā)展起來的高新技術(shù)密集的機電一體化產(chǎn)品，它作為人類的新型生產(chǎn)工具，在減輕勞動強度、提高生產(chǎn)率、改變生產(chǎn)模式，把人從危險、惡劣的環(huán)境下解放出來等方面，顯示出極大的優(yōu)越性。在發(fā)達國家，工業(yè)機器人已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。進入21世紀(jì)，人們已經(jīng)越來越切身地感受到機器人深入生產(chǎn)、深入生活、深入社會的堅實步伐。一般機器人是指不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能的機器人；智能機器人是具有感知、思維和動作的機器人。由此可見，智能機器人是一個復(fù)雜的軟件、硬件綜合體。機器人的先進性和功能的強弱通常都直接與其控制系統(tǒng)的性能有關(guān)。近年來，隨著工業(yè)和其它服務(wù)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們在重視其經(jīng)濟效益的同時卻往往忽略了他們對環(huán)境的污染，人類賴以生存的水資源也不例外。污染的加劇根治水污染。用人工清理水面漂浮物只是權(quán)益之計，有些危險水域人無法工作。目前，我國研制的清理水面漂浮物的設(shè)備還未見報道，國外研制的也不多，并且價格昂貴，實現(xiàn)的功能也不盡人意。也喚醒了人們的環(huán)境保護意識，因此為了人類的健康發(fā)展，人們強烈要求根治水污染。用人工清理水面漂浮物只是權(quán)益之計，有些危險水域人無法工作。目前，我國研制的清理水面漂浮物的設(shè)備還未見報道，國外研制的也不多，并且價格昂貴，實現(xiàn)的功能也不盡人意。 機器人的運動控制 對于自由運動機器人來說，其控制器設(shè)計可以按是否考慮機器人的動力學(xué)特性而分為兩類。這類方法通常被稱為“運動控制（KinematicControl）”，控制器常采用PD或PID控制。但對于控制高速度高精度機器人來說，這類方法有兩個缺點：一是難于保證受控機器人具有良好的動態(tài)和靜態(tài)品質(zhì)；二是需要較大的控制能量。這類方法是根據(jù)機器人動力學(xué)模型的性質(zhì)設(shè)計出更精細的非線性控制率，所以又常稱為“以模型為基礎(chǔ)的控制（Modelbase Control）”。湖面清洗智能機器人的系統(tǒng)概述 湖面清掃智能機器人大體可以分為七個部分：船體，控制系統(tǒng)，動力驅(qū)動系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)，語音控制系統(tǒng)，垃圾倉，各種傳感器。(7)各種傳感器：紅外接近覺傳感器位于機器人主體前方，能夠檢測出障礙物的存在以及其它潛在危險，防止機器人主體與巖石或其它非漂浮物體相撞；光束中斷傳感器用來判斷垃圾倉是否已滿；光電編碼器用于反饋機器人的運動速度。為了使清掃智能機器人在設(shè)計上更加合理化、規(guī)范化，應(yīng)該采用專用的控制器為核心器件，使得系統(tǒng)具備獨立的數(shù)據(jù)處理能力，能夠獨立控制機器人運動。選用DSP芯片而不是比較廉價的普通單片機作為核心器件，主要是考慮到DSP芯片在電機控制領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。以DSP為核心的機器人控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。電機則選擇了易于調(diào)速的直流電機。根據(jù)DSP控制器和機器人功能的設(shè)計要求，需要對機器人處理器模塊、電機驅(qū)動模塊、速度檢測模塊、SCI模塊以及ADC模塊的電路進行設(shè)置。硬件模塊設(shè)計 湖面清掃智能機器人的控制系統(tǒng)主要包括：處理器模塊、電機驅(qū)動模塊、速度檢測模塊、串行通信模塊和ADC模塊。其處理速度為40兆指令/秒，為諸多領(lǐng)