基于PID算法的雙輪差動(dòng)式移動(dòng)機(jī)器人定位和導(dǎo)航研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人學(xué)是一個(gè)年輕的領(lǐng)域，它的基礎(chǔ)包含了許多工程和學(xué)科，從機(jī)械、電氣到計(jì)算機(jī)和社會(huì)科學(xué)。自主移動(dòng)機(jī)器人的出現(xiàn)，擴(kuò)大了機(jī)器人的工作空間，代替人類工作于人類無(wú)法到達(dá)的空間和地域。
　　 本文研究對(duì)象為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)一臺(tái)移動(dòng)小車，論文分析了小車機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并推導(dǎo)了移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制提供了理論基礎(chǔ)。車體安裝了電子羅盤，對(duì)機(jī)器人的航向進(jìn)行了全閉環(huán)控制，并在理論上提出了利用超聲波傳感器解決機(jī)器人定位問(wèn)題的良好設(shè)想。

2、整個(gè)控制系統(tǒng)采用分布式控制方式，以PC機(jī)為上位機(jī)，以單片機(jī)為下位機(jī)，編寫了上、下位機(jī)之間的人機(jī)操作界面。上位機(jī)每隔一次采樣周期，經(jīng)過(guò)PID控制算法改變小車的轉(zhuǎn)速差，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控并糾正機(jī)器人前進(jìn)航向的目的。
　　 論文首先分析了差動(dòng)式、鉸軸式不同機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定小車機(jī)械結(jié)構(gòu)為雙輪差動(dòng)式。即采用三輪結(jié)構(gòu)，后兩輪為驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)后兩輪的轉(zhuǎn)速差實(shí)聊機(jī)器人轉(zhuǎn)彎；前輪為萬(wàn)向輪起輔助支撐作用，不影響整個(gè)車體運(yùn)動(dòng)。然后推導(dǎo)了移動(dòng)機(jī)器

3、人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)，圓弧運(yùn)動(dòng)、螺線運(yùn)動(dòng)以及本體質(zhì)心不變條件下運(yùn)動(dòng)。由于移動(dòng)機(jī)器人的車輪與接觸地面為非完整約束，機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生打滑觀象以至偏離正確航向，為了使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)并且解決定位和導(dǎo)航問(wèn)題，本文提出了一種利用電子羅盤實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的前進(jìn)方向，并通過(guò)PID尊法對(duì)航向不斷糾正和調(diào)整，利用超聲波傳惑器實(shí)時(shí)向室內(nèi)固定墻壁發(fā)射超聲波以判斷車體位置的方法。
　　 機(jī)器人控制系統(tǒng)整體上采用分布式，即由

4、一臺(tái)PC機(jī)作為上位機(jī)，它一方面負(fù)責(zé)接收從電子羅盤和超聲波傳惑器反饋來(lái)的信息以判斷車體當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，另一方面經(jīng)過(guò)PID算法計(jì)算向下位機(jī)傳達(dá)下一步的運(yùn)動(dòng)指令；下位機(jī)由核心處理器為AT89C51的兩塊單片機(jī)組成，此兩塊單片機(jī)接收從PC傳送來(lái)的指令，分別控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，以協(xié)調(diào)完成移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)器人需要點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)，上、下位機(jī)之間以及PC與傳感器之間全部采用RS485串行協(xié)議。
　　 最后利用Visual Basic語(yǔ)言編寫了人