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1、《机床与液压》20041No111·77·移动机器人避障模糊控制陈华志,谢存禧(华南理工大学机械工程学院,广州510640)摘要:本文首先介绍了研制的移动机器人的系统结构及运动学原理,然后采用一种具有速度反馈的基于模糊控制的移动机器人避障算法进行研究和仿真,最后对移动机器人在实际环境中进行避障实验,结果表明该模糊控制算法是可行的。关键词:移动机器人;避障;模糊控制中图分类号:TP24 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2004)11-077-2FuzzyControlofObstacleAvoidanceforMobileRobotCHENHua2zhi,XIECun2
2、xi(CollegeofMachineEngineeringSouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,China)Abstract:Thesystemicstructureandkineticprincipleofmobilerobotwereintroduced.Onealgorithmofobstacleavoidanceformobilerobotbasedonfuzzycontrolwithspeedfeedbackwasresearchedandsimulated.Theexperimentofobstacleavoid
3、anceformobilerobotwasmadeintheactualenvironmentandtheresultvalidatesthatthefuzzycontrolalgorithmisfeasible.Keywords:Mobilerobot;Obstacleavoidance;Fuzzycontrol0 前言个超声波传感器和其他功能传感器;中层为数据处理随着社会经济的发展,超级商场、大型物流仓库及控制决策层,由单片机、采集卡、A/D、D/A、I/O的规模和数量不断扩大,保安巡逻自动化需求将日趋接口卡等;下层为驱动层,包括直流电机组成的驱动迫切。目前依赖于人力巡逻或CCD定
4、位监控已不能单元,驱动轮等。满足夜间保安的要求,若在移动机器人上配置温度、烟雾以及热释红外传感器,使其具有对温度、烟度等检测及危险报警功能,对被监护地人员流动状况及火源等监控功能。采用这样的移动机器人与上述手段相结合,实行定时、定点监控巡逻与不间断流动巡逻结合将是目前的一种可行的解决方案。但是这些移动机器人如何快速而准确地避开未知障碍物,提高其主动图1 移动机器人的系统结构性?为此,必须提高移动机器人对环境的快速感知、2 移动机器人的运动学原理识别能力,研究其避障算法并提高算法的鲁棒性和容根据移动机器人的车错性。体结构和刚体平动原理可基于模糊控制的移动机器人避障方法已有研知,移动机器人
5、在任意瞬[1～3]究,证明了这种基于生理学上的“感知———行时都是绕车体瞬心转动。为”的新思路的实用性。本文采用一种具有速度反馈移动机器人的移动大致分的模糊避障控制器,提高了移动机器人避障过程中的为直走或后退,左右转弯实时性和准确性,实验证明基于此模糊控制算法的移图2 移动机器人运动模型及原地零半径转弯几种形动机器人可以实现安全可靠的无碰撞运行。式,移动机器人通过控制两驱动轮的转速及转向可实1 移动机器人的系统结构现上述各种运动。移动机器人底盘采用三轮结构,前轮为万向轮,图2中,XOY为全局坐标系,xory为车体坐标仅起支撑作用,不起导向作用,两个后轮为驱动轮,系,P为速度瞬心。移动机
6、器人运动模型可简化为:位于车体的中间,这种结构的显著优点是可实现最小由图2可知,在t时刻,移动机器人的线速度转弯半径为0,即移动机器人可原地转圈。每一个主vl(t)+vr(t)v(t)=(1)动轮采用一台直流电机独立驱动,直流电机与各自的2驱动轮采用闭环速度控制。在工作载荷内,通过计算式中:vl(t)、vr(t)分别指左右两驱动轮的线速度机系统控制调节电机通断时间的比例(即输入电压),(假设车轮与地面之间无滑动,也没有侧移)。调节相应驱动轮的转速,达到调速的目的。移动机器人在t时刻的转弯半径本研究采用的移动机器人是我们自行研制的移D(vl(t)+vr(t))ρ=(2)动小车,图1为其系
7、统结构示意图。移动机器人的系2(vl(t)-vr(t))式中:D为两驱动轮间的距离。统结构分为三层结构,上层为传感器层,主要包括多·78·《机床与液压》20041No111在t时刻,移动机器人绕瞬心P的角速度模糊控制变量Fφ和Fa的各个模糊子集的隶属函数vl(t)-vr(t)均采用三角形隶属函数,如图4所示。ω(t)=(3)D分析可知,当ƒvl(t)=ƒvr(t)时,ρ为无穷大,ω(t)=0,机器人作直线运动;当
8、ƒvl(t)
9、>
10、ƒvr(t)
