基于高性能单片机的循迹机器人控制系统设计

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1、2012年第5期工业仪表与自动化装置·51·基于高性能单片机的循迹机器人控制系统设计台玉朋，李鹏，向福林，刘鑫宇，李桐(云南大学信息学院，昆明650091)摘要：循迹机器人是一种实现较为容易、发展前景广阔的智能导引系统。该文基于16位的高性能单片机，设计了激光导引循迹机器人的控制系统。该系统除了实现稳定高速的循迹功能外，还具有路径规划、避障、无线控制等实用功能，具有能耗低、计算及存储功能强等特点。关键词：循迹机器人；高性能单片机；电机控制中图分类号：TP242．3文献标志码：A文章编号：1000—0682(2012)05—0051—04Trackingrobotcontrolsys

2、temdesignbasedonhigh—performanceMCUTAIYupeng，LIPeng，XIANGFulin，LIUXinyu，LITong(SchoolofInformationScienceandEngineering，nMnUniversity，Kunming650091，China)Abstract：Trackingrobotisakindofcontrolsystemwhichcanbedesignedeasilyandhasabroadareaofapplication．Inthispaper，alaserguidancetrackingrobothas

3、beendesignedbasedon16一bitgh—performanceMCU．Thistrackingrobotnotonlyhasthefunctionofhigh—speedtracking．butalsohasthefunctionssuchaspathplanning，avoidingbarriers，wirelesscontrolling，andthissystemtakesonthosecharacteristicssuchaspowersaving，high—computingandgoodmemo~．Keywords：trackingrobot；high—p

4、erformanceMCU；motorcontrol引循迹机器人的控制系统。该系统具有节能、计算0引言及存储功能强等特点，可以对多目的地的轨迹网络循迹机器人是一种能够自动按照给定的路线进行进行路径规划，并基于模糊控制等智能控制策略，实移动的机器人，它在军事、民用和科学研究等方面有着现舵机在复杂路径条件下的转向控制。广泛的应用。例如自动化物流生产线的物料配送机器1总体方案设计人，医院的机器人护士，商场的导购机器人等。循迹机器人通常以蓄电池为动力，并装有非接1．1高性能单片机与控制系统设计触导航装置，其导航方式主要包括光电导引、图像导目前常见的循迹机器人控制系统，主要基于8引以及电磁导

5、引。循迹机器人通过上位监控调度系位微处理器(单片机)，能较好的满足不太复杂的循统以及车载电机控制系统两者之间的相互协作自动迹任务J。文中所设计的循迹机器人，其控制系完成循迹任务。即可根据上位监控系统给定的运动统除了完成自主循迹以外，还须进行路径规划。即起点和目的地位置进行路径规划，选择最佳运动路需存储路径分径点的坐标值，以及内嵌最小路径规线，并以之为目标，不断地检测实际运动轨迹，从而划算法，从而达到最优路径选取的目的。通过控制电机修正运动状态，最终准确快速地到达此外，循迹机器人的自动导引过程包括后轮驱目的地点。动电机的速度控制和伺服舵机的方向控制。后轮驱该文基于16位的高性能单片机

6、，设计了激光导动电机的速度控制可采用常规PID，而方向控制却由于赛道的复杂性而不便于采用传统的PID控制。收稿日期：2012—05—08模糊控制算法不需要建立精确的系统数学模型，可基金项目：国家大学生创新性实验计划(101067311)；云南大学以根据经验建立方向控制规则库与推理机，从而实理工科研基金(2010YB026)作者简介：台玉朋(1991)，男，云南大学电子工程系本科生，研现转向的模糊控制，因此比较适合自循迹机器人的究方向为嵌入式系统及其信号处理。转向伺服机构控制。·52·工业仪表与自动化装置2012年第5期普通的8位单片机系统在运算能力及存储能力以及下层程序参数策略的确

7、定。而下层的模糊以及方面不能满足以上两方面要求。因此选择了基于PID控制系统，负责依据上层程序计算得出的参数16位的高性能单片MC9S12XS128设计自循迹机器及控制策略，实现转向及速度控制，同时向上层系统人的控制系统。反馈运行数据。软件框架如图2所示。MC9S12XS128是一款针对汽车电子市场的高2硬件模块设计性能16位单片机，具有速度快、功能强、成本低、功耗低等特点。它具有高达40MHz总线速度，1282．1电源模块设计KB程序Flash和8KBRAM。与同档