移动机器人平台及控制系统的设计与实现

成勇

摘要: 智能移动机器人的研究属于机器人技术研究领域，涵盖计算机和电子学等多个学科. 近年来，出现了许多有关移动机器人的研究，涉及材料转移，极端环境下的自助操作以及涉及移动机器人的其他行业和领域. 本文主要分析了移动机器人控制系统的控制结构和设计方法，然后详细研究了超声波传感器环系统和移动机器人底层控制系统的设计.

关键字: 智能手机；机器人平台；导航技术

移动智能机器人的研究方向主要包括建立基于视觉，超声，红外和其他传感器的，具有丰富动态环境模型的多传感器融合策略. 但是对移动智能机器人的研究确实需要一个完整而开放的实验平台. 因此，对可服务于工作和生活领域的移动智能机器人的研究具有很高的研究价值.

1移动机器人控制系统的控制结构与设计方法分析

1.1移动机器人控制系统的控制结构分析

早期的移动机器人由于自治性差，经常使用单CPU或辅助CPU主从控制结构.

1.1.1单CPU集中控制结构

所谓的单CPU集中控制结构是指使用功能强大的综合计算机来实现所有控制功能. 但是不可否认的是，由于多种操作只依靠一台计算机进行控制，控制过程涉及许多计算公式，因此单CPU集中控制的结构速度仍然相对较慢.

1.1.2两级CPU结构，主从控制结构

此方法使用主CPU作为主机来执行系统管理的接口功能，同时读取作为辅助CPU的主CPU的公共内存，以便可以读取所有关键位置. 数字控制功能. 但是两条CPU总线之间没有直接关系，在运行期间只有数据通过公共内存交换.

随着对机器人技术的深入研究，机器人对智能的要求也越来越高. 1980年代，智能控制领域的著名学者Saridis提出了三层分层体系结构. 分层体系结构是一种基于认知系统的人工智能模型，可以为智能系统提供良好的控制方法和结构. 根据此架构设计的上下两层分布式结构的机器人具有较高的智能. CMU的NavLab系统和Rover系统是国外的典型代表. Borch生产的UP-VOYAGERII是中国此类移动机器人平台的典型代表. 在这种架构下，从信息流的角度看，存在一系列关系. 系统的控制行为必须通过诸如感知，计划和执行之类的模块进行. 导致控制行为的延迟和较差的实时性能. 机器人的实际工作环境可能是动态的，复杂的和非结构化的，需要很高的实时性能. 当机器人突然遇到障碍物时，可能会导致避障失败.

1.2移动机器人控制系统控制结构设计方法分析

为了使系统开放并易于修改，重构和添加，该系统采用模块化设计. 包括三个主要模块，每个模块都通过CAN总线进行通信. 因为CAN总线仅指定物理层和数据链路层的协议，而没有指定应用程序层协议. 为了使平台更加开放，使用了国际标准的SDS应用层协议. 实验证明，SDS协议可以实现混合样式体系结构.

超声波测距模块: 8个超声波传感器组成一个超声波环，检测范围为1800. 8位微控制器AT89s52控制超声波的发送和接收，以实现障碍物信息的收集. 超声波环的检测范围为2cm〜3m，可实现近距离障碍物的检测.

电机控制模块: 基于ARM7内核的32位微控制器LPC2292被用作核心控制器，以实现电机的闭环控制. 可以直接从超声测距模块读取数据，以基于行为架构实现反应性避障. 接受来自计划层的命令，以基于分层体系结构实现智能行为.

笔记本: 完成先进的智能行为，例如移动机器人的视觉定位，地图构建和路径规划.

2超声波传感器环系统的设计和移动机器人底部控制系统的设计

2.1超声传感器环系统的设计与分析

为了确保系统的稳定性，CAN控制器和，则难以保证实时性能. 该系统通过“或”门电路将四个回波信号集成为一个回波信号，并通过外部中断0通知CPU. 外部中断通过电平触发. 传感器系统的程序包括两个部分. 一种是驱动超声传感器并获得相应的障碍物距离信息. 第二个是通过CAN总线与其他模块通信.

2.2移动机器人底层控制系统的设计

具有与DSP相同性能的ARM微处理器具有丰富的资源并具有良好的通用性. ARM本身是具有集成16位Thumb指令集的32位处理器. 这使ARM能够以32位处理器速度替换16位处理器，例如96系列微控制器. ARM嵌入式系统以其出色的性能和良好的可移植性而广泛应用于各个行业. 由单片机和DSP实现的系统也可以由ARM处理器实现. 本文尝试将基于Philip的ARM7内核的LPC2292芯片用作底层控制系统的核心芯片. 设计基于ARM的车载嵌入式系统. 根据移动机器人的总体设计，底层控制系统需要能够读取超声传感器数据，以实现基于行为的避障. 从计划层接收命令以控制移动机器人. 实现移动机器人的闭环控制. 甚至地图的建立和路径规划都直接在基础控制系统中实现，因此基础控制系统必须具有以下基本模块: 电动机速度D / A模块，光电旋转编码器信息获取模块和通信模块.

3个结论

总而言之，本文参考了中国科学院的CASIA移动机器人设计方案，并提出了一种基于混合架构的分布式控制系统设计方案，该方案实现了超声导航移动机器人的软硬件设计. . 并在设计平台上研究了如何利用室内环境中多个超声传感器的信息绘制环境图. 希望这项理论研究能促进实际发展.

参考文献:

[1]李磊. 自主轮式移动机器人CASIA-Ⅰ的总体设计. 高科技通讯，2013，11（5）: 51-54.

[2]蔡自兴. 移动机器人分布式控制系统设计. 中南大学学报，2015，36（5）: 728-730.

[3]范勇，谭敏. 机器人控制器的现状与展望. 机器人移动机器人系统，2015.21（1）: 75-78.

[4]胡锦草. 基于超声测距技术的自主移动机器人导航系统研究[D]. 武汉理工大学硕论文移动机器人系统，2014年.

[5]谭定中，王中明，王业兰，何谦辉，乔凤华. 机器人测距传感器研究[J]. 智能工程，2015（12）: 52-54.

速读·2016年末第9期

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