移動(dòng)機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量逐年增加,但根據(jù)最新預(yù)測(cè),到21世紀(jì),家用機(jī)器人將成為機(jī)器人制造業(yè)的主力機(jī)種.工業(yè)機(jī)器人主要用于以工廠為代表的第二產(chǎn)業(yè),而家用機(jī)器人則主要用于第三產(chǎn)業(yè)的服務(wù)業(yè),在普通家庭中蘊(yùn)藏著巨大的潛在市場(chǎng).該文對(duì)家用移動(dòng)機(jī)器人嵌入式智能規(guī)劃系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,在智能算法和硬件設(shè)計(jì)兩方面取得了具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論,實(shí)現(xiàn)了家用移動(dòng)機(jī)器人的自主行走、實(shí)時(shí)避障、自動(dòng)尋找充電器充電、不重復(fù)走遍整個(gè)房間地面等功能.為了實(shí)現(xiàn)上述目

2、標(biāo),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(nèi)物體擺放的位置不同)要求家用移動(dòng)機(jī)器人具有對(duì)環(huán)境的自適應(yīng)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(jié)構(gòu)復(fù)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(zhǎng)度動(dòng)態(tài)可變,這些優(yōu)點(diǎn)使得遺傳規(guī)劃算法特別適合用于家用移動(dòng)機(jī)器人在未知環(huán)境下的路徑規(guī)劃.另外一方面,它的內(nèi)核占用的空間少,易于用硬件實(shí)現(xiàn).因此該文采用遺傳規(guī)劃算法來實(shí)現(xiàn)家用移動(dòng)機(jī)器人的

3、實(shí)時(shí)避障,采用交叉自律行走的模式實(shí)現(xiàn)路徑不重復(fù)地走遍整個(gè)房間地面.另外,為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)時(shí)避障功能,不僅要求硬件系統(tǒng)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力,而且應(yīng)該具有軟件可移植性和硬件可擴(kuò)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(shí)現(xiàn)算法,采用16位單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路的控制、自動(dòng)模式與人工控制模式的轉(zhuǎn)換以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等.并且該單片機(jī)具有強(qiáng)大的語(yǔ)音處理能力,可以很方便的進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別,用語(yǔ)音來控制機(jī)器人的行為.在詳細(xì)闡述

4、遺傳規(guī)劃算法在機(jī)器人自適應(yīng)行為進(jìn)化過程的基礎(chǔ)上,該文討論了該算法在FPGA上實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)亟待解決的重要問題,包括個(gè)體的寄存器存儲(chǔ)方法、最優(yōu)化隨機(jī)數(shù)在硬件上的獲得途徑、交叉操作的實(shí)現(xiàn)、以及有效的內(nèi)存管理方法等.軟件仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用上述方法實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人具有較快的自適應(yīng)進(jìn)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(dòng)避障,并且能通過遙控操作或語(yǔ)音識(shí)別進(jìn)行自動(dòng)行走模式和人工控制模式的轉(zhuǎn)換,當(dāng)檢測(cè)到電壓不足時(shí),能夠自動(dòng)尋找充電