移動機器人嵌入式系統(tǒng)設計與路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展,工業(yè)機器人產(chǎn)量逐年增加,但根據(jù)最新預測,到21世紀,家用機器人將成為機器人制造業(yè)的主力機種.工業(yè)機器人主要用于以工廠為代表的第二產(chǎn)業(yè),而家用機器人則主要用于第三產(chǎn)業(yè)的服務業(yè),在普通家庭中蘊藏著巨大的潛在市場.該文對家用移動機器人嵌入式智能規(guī)劃系統(tǒng)進行了深入研究,在智能算法和硬件設計兩方面取得了具有實際應用價值的結論,實現(xiàn)了家用移動機器人的自主行走、實時避障、自動尋找充電器充電、不重復走遍整個房間地面等功能.為了實現(xiàn)上述目

2、標,該文采用了以下路徑規(guī)劃策略和控制算法.工作環(huán)境的不確定性(例如室內物體擺放的位置不同)要求家用移動機器人具有對環(huán)境的自適應能力.遺傳規(guī)劃算法具有在事先不需要知道解的規(guī)模、類型和結構復雜性等情況下,解的屬性可以根據(jù)問題的需要由求解過程來確定,而且基因編碼長度動態(tài)可變,這些優(yōu)點使得遺傳規(guī)劃算法特別適合用于家用移動機器人在未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃.另外一方面,它的內核占用的空間少,易于用硬件實現(xiàn).因此該文采用遺傳規(guī)劃算法來實現(xiàn)家用移動機器人的

3、實時避障,采用交叉自律行走的模式實現(xiàn)路徑不重復地走遍整個房間地面.另外,為了實現(xiàn)移動機器人的實時避障功能,不僅要求硬件系統(tǒng)具有較強的數(shù)據(jù)處理能力,而且應該具有軟件可移植性和硬件可擴展性.基于這些要求,該文采用了處理速度較快的可編程門陣列—FPGA來實現(xiàn)算法,采用16位單片機來實現(xiàn)對外圍電路的控制、自動模式與人工控制模式的轉換以及電機驅動等.并且該單片機具有強大的語音處理能力,可以很方便的進行語音識別,用語音來控制機器人的行為.在詳細闡述

4、遺傳規(guī)劃算法在機器人自適應行為進化過程的基礎上,該文討論了該算法在FPGA上實現(xiàn)的幾個亟待解決的重要問題,包括個體的寄存器存儲方法、最優(yōu)化隨機數(shù)在硬件上的獲得途徑、交叉操作的實現(xiàn)、以及有效的內存管理方法等.軟件仿真和實驗結果表明,利用上述方法實現(xiàn)的機器人具有較快的自適應進畫的能力,能夠首先沿著墻壁走一圈,然后交叉自律行走,能夠自動避障,并且能通過遙控操作或語音識別進行自動行走模式和人工控制模式的轉換,當檢測到電壓不足時,能夠自動尋找充電