輪式自動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)

　　引言

　　自主移動(dòng)機(jī)器人是指具有行動(dòng)決策和規(guī)劃，以及自動(dòng)執(zhí)行能力，集人工智能、智能控制、信息處理、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換等專(zhuān)業(yè)技術(shù)為一體的系統(tǒng)。一般移動(dòng)機(jī)器人都是基于行為的，機(jī)器人只有到達(dá)指定位置才開(kāi)始執(zhí)行其他動(dòng)作，因此導(dǎo)航和定位是移動(dòng)機(jī)器人研究的重要問(wèn)題。本文采用陀螺儀和光電編碼器的慣性導(dǎo)航方式，并且采用LPC2478構(gòu)建整個(gè)控制系統(tǒng)，并在一臺(tái)機(jī)器人上得以實(shí)現(xiàn)。

　　本設(shè)計(jì)的輪式自動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要分為主控模塊、傳感器采集模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、執(zhí)行動(dòng)作控制模塊和人機(jī)交互模塊五個(gè)部分。傳感器采集處理模塊主要采集陀螺儀和編碼器的信息并作初步的處理，構(gòu)成機(jī)器人的感知單元，相當(dāng)于機(jī)器人的“五官”。主控模塊是機(jī)器人的智能單元，對(duì)采集到的外部信息進(jìn)行分析處理并做出決策，相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”。運(yùn)動(dòng)控制模塊和執(zhí)行動(dòng)作控制模塊是機(jī)器人的執(zhí)行單元，相當(dāng)于機(jī)器人的“四肢”。人機(jī)交互模塊完成人對(duì)機(jī)器人的設(shè)置，并且能夠顯示機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，是人和機(jī)器人之間的“橋梁”。

　　硬件系統(tǒng)

　　硬件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化的思想，為了提高系統(tǒng)的處理速度和并行工作能力，整個(gè)系統(tǒng)采用了一個(gè)包含多個(gè)處理器的可以并行工作的高效系統(tǒng)。每個(gè)模塊都擁有獨(dú)立的處理器使得整個(gè)系統(tǒng)很容易根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行裁剪和擴(kuò)展。

　　整個(gè)硬件系統(tǒng)組成如圖1所示。硬件系統(tǒng)的所有模塊在主控模塊的控制下協(xié)調(diào)工作，主控模塊采用NXP公司ARM7微控制器LPC2478，該器件具有豐富的通信接口，很容易將其他模塊連接在一起實(shí)現(xiàn)集中控制。CPLD傳感器采集模塊將采集到的傳感器信息通過(guò)SPI發(fā)送給主控模塊。運(yùn)動(dòng)控制模塊采用工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制器，內(nèi)部集成的DSP實(shí)現(xiàn)走行電機(jī)的閉環(huán)控制。執(zhí)行動(dòng)作控制模塊采用LPC2114，通過(guò)UART來(lái)接收主控模塊的控制指令，根據(jù)指令來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作。

　　主控模塊

　　主控模塊是整個(gè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心，集中控制系統(tǒng)的其他模塊。主控模塊需要接收傳感器采集模塊的信息，并對(duì)各種傳感器的信息進(jìn)行處理和分析，做出相應(yīng)的決策來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和執(zhí)行動(dòng)作。因此各個(gè)模塊都需要連接到主控模塊上，主控模塊通過(guò)通信接口接收信息和發(fā)送指令信息，這就要求主控制器要有豐富的通信接口。LPC2478 ARM7處理器為這種多類(lèi)型的通信應(yīng)用提供了理想的解決方案。它包括4個(gè)UART接口、1個(gè)SPI接口、1個(gè)SSP接口、USB控制器等，豐富的串行接口使系統(tǒng)連接變得非常簡(jiǎn)單，并且給系統(tǒng)升級(jí)留下了空間。