基于PID算法的雙輪差動式移動機器人定位和導(dǎo)航研究.pdf

1、移動機器人學(xué)是一個年輕的領(lǐng)域，它的基礎(chǔ)包含了許多工程和學(xué)科，從機械、電氣到計算機和社會科學(xué)。自主移動機器人的出現(xiàn)，擴大了機器人的工作空間，代替人類工作于人類無法到達的空間和地域。
　　 本文研究對象為實驗室內(nèi)一臺移動小車，論文分析了小車機械結(jié)構(gòu)特點并推導(dǎo)了移動機器人運動學(xué)方程，為機器人實現(xiàn)點位運動控制提供了理論基礎(chǔ)。車體安裝了電子羅盤，對機器人的航向進行了全閉環(huán)控制，并在理論上提出了利用超聲波傳感器解決機器人定位問題的良好設(shè)想。

2、整個控制系統(tǒng)采用分布式控制方式，以PC機為上位機，以單片機為下位機，編寫了上、下位機之間的人機操作界面。上位機每隔一次采樣周期，經(jīng)過PID控制算法改變小車的轉(zhuǎn)速差，從而達到實時監(jiān)控并糾正機器人前進航向的目的。
　　 論文首先分析了差動式、鉸軸式不同機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，最終確定小車機械結(jié)構(gòu)為雙輪差動式。即采用三輪結(jié)構(gòu)，后兩輪為驅(qū)動輪，通過后兩輪的轉(zhuǎn)速差實聊機器人轉(zhuǎn)彎；前輪為萬向輪起輔助支撐作用，不影響整個車體運動。然后推導(dǎo)了移動機器

3、人運動學(xué)方程，實現(xiàn)了移動機器人直線運動，圓弧運動、螺線運動以及本體質(zhì)心不變條件下運動。由于移動機器人的車輪與接觸地面為非完整約束，機器人在運行過程中必然會產(chǎn)生打滑觀象以至偏離正確航向，為了使機器人實現(xiàn)點位運動并且解決定位和導(dǎo)航問題，本文提出了一種利用電子羅盤實時監(jiān)測機器人的前進方向，并通過PID尊法對航向不斷糾正和調(diào)整，利用超聲波傳惑器實時向室內(nèi)固定墻壁發(fā)射超聲波以判斷車體位置的方法。
　　 機器人控制系統(tǒng)整體上采用分布式，即由

4、一臺PC機作為上位機，它一方面負責(zé)接收從電子羅盤和超聲波傳惑器反饋來的信息以判斷車體當(dāng)前的運動狀態(tài)，另一方面經(jīng)過PID算法計算向下位機傳達下一步的運動指令；下位機由核心處理器為AT89C51的兩塊單片機組成，此兩塊單片機接收從PC傳送來的指令，分別控制兩臺步進電機，以協(xié)調(diào)完成移動機器人的運動。由于機器人需要點位運動，上、下位機之間以及PC與傳感器之間全部采用RS485串行協(xié)議。
　　 最后利用Visual Basic語言編寫了人