基于FPGA数据采集系统的设计与应用(2)

菜单

4.2 舵机的控制 41

4.3 机器人动作设计与控制 45

4.4 FPGA程序汇总 48

4.5 本章小结 49

5 底盘定位与寻迹算法建模 50

5.1 底盘伺服电机介绍 50

5.2 基于码盘的底盘定位算法 51

5.3 基于模糊理论的光纤传感器底盘循迹算法 54

5.4 本章小结 59

结论 60

致谢 61

附录A 63

附录B 64

1 引言

1.1 移动机器人概述

移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。它集中了传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。

随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。最为典型的是，2004 年1月24日，美国“勇气号”火星探测机器人在太空中经过 206 个昼夜飞行长达上亿千米后成功登陆火星；到2006年4月，“勇气号”火星探测机器人不仅在火星上行走了近七千米的距离，而且传回了近万张火星表面的全景图片并对火星岩石进行了采样分析，为人类在火星探索方面做出了巨大贡献【1】。因此，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。

移动机器人是机器人学中的一个重要分支。早在60年代，就已经开始了关于移动机器人的研究。关于移动机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式、腿式的，对于水下机器人，则是推进器。其次，必须考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为文献综述。第三，必须考虑导航或路径规划，对于后者，有更多的方面要考虑，如传感融合，特征提取，避碰及环境映射【2】。因此，移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。对移动机器人的研究，提出了许多新的或挑战性的理论与工程技术课题。

移动机器人作为自动化、信息化的装置与设备，完全可以进入网络世界，发挥更多、更大的作用，这对人类开辟新的产业，提高生产水平与生活水平具有十分现实的意义。因此，面向先进制造的工业机器人和面向非制造业的先进机器人的研究、开发和应用将成为21世纪智能机器人的两个重要发展方向【3】。

1.2 课题的来源以及主要研究工作

本课题是2013年ABU Robocon（亚广联亚太地区机器人大赛）的子课题，2013年大赛的主题是“绿化星球”，每队有一个手动机器人和一个自动机器人，以实现对叶子的抓取和放置。机器人需要完成的任务为：手动机器人从叶子区取叶子，并把它放置在规定的3个摆放区，然后，手动机器人从叶子区取叶子并将其运到自动机器人处；自动机器人在北半球至少放3个叶子（自己的区域至少放2个，公共区至少放1个）；最后自动机器人被允许去取北极区的植物，并把他运送给手动机器人，手动机器人在第二条限制线后，将植物扔向月球；如果队伍植物到达月球而且没掉下来，则完成任务。