单片机应用系统研究轮式移动机器人控制系统设计与研究

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1、学兔兔www.xuetutu.coml生lI》化单片机应用系统研究——轮式移动机器人控制系统设计与研究AnappliedresearchonSCMsystemAnresearchoncontrolsystemOffWMR米秀杰MIXiu-jie(长春职业技术学院，长春130033)摘要：机器人的移动方式有很多种，但大致就分为两种：车轮式和足步式两种。本文从轮式移动机器人(WMR)的体系结构出发，重点设计了机器人移动控制系统的硬件、软件平台。首先，通过对非完整轮式移动结构和直流伺服电机模型的分析，建立了移动机器人的控制系统模型。其次，设计了基于AVR微控制器(AT90S8515)的

2、移动控制系统，其中主要包括PWM功率驱动、测速单元和串行通讯模块等；对机器人速度、位置控制采用模糊PID算法，较好地克服了移动机器人模型的不确定性、转速位置控制要求的多变和环境改变等因素的影响。程序使用IOCAVRc语言编写，在AVRSUDIO调试软件中用ICE200仿真。关键词：轮式移动机器人；微控制器；硬件；软件中国分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009—0134(2011)2(上)一0063—04Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2011．2(上)．220引言动模块等。机器人技术是一种面向未来的现代化技术，1．1移动机器人的体系结构机器人

3、技术与网络技术、基因技术、通信技术、1．1．1机械结构计算机技术等一样，属于高新技术。机器人的定机器人的移动方式有很多种，但大致就分为义是多种多样的，在英文中机器人名为Robot，在两种：车轮式和足步式两种，车轮移动方式的大1920年捷克作家卡雷尔·卡佩克(KarelCapek)的部分技术比较成熟，控制也比较容易，而足步行剧本((Rossum’SUniversalRobots》中首次出现，走方式控制要困难得多，但随着传感器技术与微剧本中文意思为“罗萨姆的万能机器人”。Robot控制器的发展，已经有了很大的进展。为剧中的机器人，在捷克语中意为“苦力”，本文所研究的WMR采用车轮式移

4、动机构。“奴隶”，英文的Robot由此而来。1979年美国机它有三个车轮，其中前轮为从动轮，为万向自由器人协会将机器人定义为：“可重复编程的多功轮，选用直径为100mm的万向夹板轮；后两轮为能操纵器，设计成通过不同的编程动作为执行多驱动轮，固定式不可转向，且相互独立，选用硬种任务移动原料、部件、工具或专门的设备。我橡胶夹板轮，直径为200mm。两个后轮各由一个国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动200mm长的轴和轴承座固定在底板上，每个轮子化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或有独立的电气驱动模块和变速机构，变速机构采生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、用链条传

5、动装置。动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的机器人总体结构较为简单，外观上主体有圆自动化机器”。形底座、长方形保护壳与摄像头等。底座选用8ram厚的铝板，能够承受系统所需要的重量和强1轮式移动机器人控制系统的设计与度，轮子、电机及传动装置与码盘等都固定在其针上。保护壳为3mm厚的铝板，上面固定有铝型轮式移动机器人(WheeledMobileRobot—WMR)材支架，里面装有控制驱动电路板和供电电源模系统主要包括：机械结构、直流伺服电机、电块。总体结构如图l所示。源、测速元件、CCD摄像头、微控制器、功率驱收稿日期：2010-12-19作者简介：米秀杰(1970一)，女，副

6、教授，研究方向为单片机与自动控制领域的教育教学。第33卷第2期2011-2(上)[631学兔兔www.xuetutu.com务l匐化要是地面目标，镜头稍微向下倾斜。为了使目标成像能有一定的清晰度，本课题中选用了焦距为6mm的固定焦距镜头，有很大的景深，调好像距范围后，就能使目标在镜头前0．9~10m的范围内有一链一良好的清晰度。1．2机器人控制系统设计图1WMR的总体结构1-2．1控制系统结构本文主要研究移动机器人系统的移动控制，1．1．2电气结构未涉及机械手操作等特定任务实现控制。移动机轮式移动机器人的电气结构，包括电源模器人系统本身对位置伺服的要求比较高，对速块、传感器及其接

7、口、控制电路、CCD摄像头、度也有一定的控制要求，所以一般都采用闭环控直流伺服电机等。制。控制系统结构框图如图2所示。1)电源1_2_2AT90S8515控制器介绍WMR是独立行走的系统，控制电路板和光电AT90S8515是基于AVR增强性能、RISC结构编码器需要有+5V的电压，功率驱动模块需要有的低功耗、CMOS技术、八位微控制器(Enhanced12V电压，电机额定电枢电压和励磁电压为24V。RISCMicrocontrollers)。AVR核为32个通用寄存器本课题中选用