基于多超声波测距与模糊控制的移动机器人自主避障

论文摘要

移动机器人在军事、民用、太空等各个社会生活领域都有着广泛应用前景。本文在对移动机器人的国内外发展现状及趋势研究的基础上,结合当前的技术条件及移动机器人的功能要求,设计了一款低成本、多功能、易维护、方便升级的移动机机器人,并完成了其控制系统的软硬件研究与开发工作。针对移动机器人信息处理的准确性与快速性要求,本文采用超声波传感器作为机器人的环境感知系统,并重点研究了超声波传感器测距原理和数据采集方式。基于SPCE061A单片机开发板和玩具小车,构建了移动机器人的硬件系统。为解决机器人的安全避障问题,提出并设计了一种模糊避障算法。本文着重讨论了机器人的模糊避障算法。该算法基于局部动态环境信息,具有较高实时性和自适应性。算法将由超声波传感器获取的各个方向上障碍物的距离信息转化为模糊量,输入推理器。根据本文设计的推理规则,控制小车的避障。针对模糊推理规则计算量大这一难题,本文提出了新颖的基于存储器的模糊推理算法,该算法可节省大量计算时间。最后,本文给出了移动机器人在各种障碍物环境中的实验数据。实验证明论文中各项研究结果基本正确。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.1.1 机器人技术发展简介
• 1.1.2 移动机器人的避障
• 1.2 超声波传感器技术
• 1.3 模糊控制
• 1.4 本文思路
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 机器人避障的模糊算法设计
• 2.1 引言
• 2.1.1 机器人避障
• 2.1.2 模糊控制
• 2.2 移动机器人避障模糊控制器的建立
• 2.2.1 输入量的模糊化
• 2.2.2 模糊推理规则的建立
• 2.3 算法实现
• 第三章 超声波测距
• 3.1 超声波测距原理
• 3.2 超声测距系统误差分析及修正
• 3.2.1 温度的修正
• 3.2.2 时间的修正
• 3.3 本文测距系统设计
• 3.3.1 硬件模块说明
• 3.3.2 电路原理图简介
• 3.3.3 软件设计
• 第四章 系统的硬件设计
• 4.1 硬件设计
• 4.2 系统总体设计与框图
• 4.3 SPCE061A 简介
• 4.3.1 SPCE061A 性能
• 4.3.2 “61 板”介绍
• 4.3.3 “61 板”开发原理
• 4.4 小车控制板
• 4.4.1 电源模块
• 4.4.2 电机控制模块
• 4.5 小车的功能实现原理
• 4.5.1 直走的实现过程
• 4.5.2 转弯的实现过程
• 4.5.3 车速调节
• 第五章 系统的软件设计
• 5.1 系统总体设计
• 5.2 部分子程序代码说明
• 5.2.1 主程序模块
• 5.2.2 测距子程序
• 5.3 开发环境简介
• 第六章 实验仿真结果和分析
• 6.1 避障实物试验
• 6.2 实验结果分析
• 第七章 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢