门卫机器人移动平台的设计及运动控制
移动机器人的导航与运动控制算法研究
移动机器人的导航与运动控制算法研究随着科技的快速发展，移动机器人已经成为现实生活中的一部分。
移动机器人的导航与运动控制算法的研究，对于实现机器人智能化、自主化以及高效性具有重要意义。
本文将对移动机器人导航与运动控制算法的研究进行探讨，并介绍目前主流的几种算法。
移动机器人的导航算法主要包括路径规划、环境感知和定位。
路径规划是机器人从当前位置到目标位置的路径选择，环境感知则是机器人通过传感器获取周围环境信息，以便更好地进行路径规划和避障，而定位则是机器人获取自身位置信息的过程。
在路径规划方面，A*算法是一种常用的搜索算法，它通过建立搜索树来找到最短路径。
A*算法的核心思想是同时考虑启发式函数和实际代价函数，以选择最佳路径。
此外，Dijkstra算法和D*算法也常用于路径规划。
Dijkstra算法通过计算节点之间的最短距离来确定路径，而D*算法则是在遇到环境变化时，可以通过增量式的方式进行路径更新。
在环境感知方面，移动机器人通常会配备各种传感器，如摄像头、激光雷达和超声波传感器等。
这些传感器可以帮助机器人感知周围的障碍物、地图等环境信息。
通过对环境信息的获取和处理，机器人可以根据目标位置和现实环境进行综合考虑，以便找到最佳路径。
定位是移动机器人导航算法的重要一环。
目前常用的定位方法包括惯性导航系统（INS）、全局定位系统（GPS）和视觉定位等。
INS通过测量机器人的线性加速度和角速度来估计其位置和姿态，而GPS则是通过接收卫星信号来获取机器人的经纬度信息。
视觉定位则是利用摄像头获取环境图像，通过图像处理和特征匹配来确定机器人的位置。
在运动控制方面，控制算法的设计主要涉及机器人的轨迹跟踪和姿态控制。
轨迹跟踪是指机器人按照指定的路径进行运动，并通过不断调整控制参数，使机器人能够更好地跟踪预定轨迹。
姿态控制则是指机器人根据期望姿态和当前实际姿态之间的差距，通过控制器进行调整，以使机器人能够保持稳定。
常见的轨迹跟踪算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
智能移动机器人运动控制系统及算法的设计
智能移动机器人运动控制系统及算法设计1、本文概述随着技术的快速发展，智能移动机器人已经渗透到我们生活的每一个角落，从工业制造到家庭服务，从深海探测到太空旅行，到处都是智能移动机器人。
为了使这些机器人能够自主、高效、安全地移动，强大而精确的运动控制系统和算法至关重要。
本文将详细探讨智能移动机器人运动控制系统和算法的设计，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供宝贵的参考和启发。
本文将首先概述智能移动机器人的运动控制系统，包括其基本组件、主要功能和设计要求。
接下来，将详细介绍几种常见的运动控制算法，如PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等，并分析它们的优缺点和适用性。
本文将根据具体的应用场景和需求，深入探讨如何设计和优化智能移动机器人的运动控制系统和算法。
在此过程中，将使用示例详细说明算法设计过程、实现方法和性能评估。
本文还将展望智能移动机器人运动控制系统和算法的未来发展趋势，包括与深度学习、强化学习等人工智能技术的结合，以及在自动驾驶、智能家居等新兴领域的应用前景。
通过本文的讲解，读者可以全面深入地了解智能移动机器人的运动控制系统和算法，为未来的研究和应用奠定坚实的基础。
2、智能移动机器人运动控制系统的基本组成传感器模块：传感器是机器人感知外部环境的关键部件，包括距离传感器（如激光雷达和超声波传感器）、视觉传感器（如相机）、姿态传感器（如陀螺仪和加速度计）等。
这些传感器为机器人提供周围环境的信息，如物体的位置、形状、颜色等。
控制决策模块：控制决策模块是机器人的“大脑”，负责处理传感器收集的信息，并根据预设的任务目标或环境变化做出决策。
该模块通常包括一个或多个处理器，运行复杂的控制算法和决策逻辑。
执行器模块：执行器是机器人实现运动的直接部件，如电机、伺服等。
根据控制决策模块的输出，执行器将驱动机器人进行相应的运动，如向前、向后、转弯等。
电源模块：电源模块为整个运动控制系统提供所需的电能。
对于移动机器人，电源模块可以包括电池、电源管理电路等，以确保机器人在执行任务期间有足够的能量供应。
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》范文
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，机器人技术已经广泛应用于各个领域。
其中，基于ROS（Robot Operating System）的机器人移动平台设计是实现机器人自主化、智能化的重要手段。
本文将介绍基于ROS的机器人移动平台的设计与实现，包括系统架构、硬件设计、软件设计、实验结果及结论等方面。
二、系统架构基于ROS的机器人移动平台采用模块化设计，主要包括运动控制模块、传感器模块、通信模块等。
运动控制模块负责机器人的运动控制，传感器模块包括距离传感器、激光雷达等，用于感知周围环境，通信模块负责机器人与上位机之间的通信。
整个系统采用分层设计，上层为应用层，负责任务规划、决策等；下层为运动控制层，负责机器人的运动控制。
三、硬件设计硬件设计是机器人移动平台实现自主运动的关键。
本系统采用的硬件主要包括电机、轮子、编码器、距离传感器、激光雷达等。
电机和轮子组成机器人的运动执行机构，编码器用于测量轮子的转速和距离，距离传感器和激光雷达用于感知周围环境。
此外，还需要设计电源模块，为机器人提供稳定的电源。
四、软件设计软件设计是实现机器人移动平台自主运动的核心。
本系统采用ROS作为开发平台，利用其强大的功能模块，实现机器人的运动控制、环境感知、任务规划等。
具体来说，软件设计包括以下几个方面：1. 运动控制：采用ROS的PID控制器实现机器人的运动控制，通过设置目标速度和实际速度的差值，计算控制量，实现对机器人的精确控制。
2. 环境感知：利用距离传感器和激光雷达等传感器，实现对周围环境的感知。
通过ROS的消息传递机制，将传感器数据传输到上位机，进行数据处理和分析。
3. 任务规划：根据任务需求，制定合理的路径规划和决策策略。
利用ROS的路径规划算法库，实现机器人的路径规划和决策。
五、实验结果为了验证基于ROS的机器人移动平台的设计与实现效果，我们进行了多组实验。
实验结果表明，本系统具有良好的自主运动能力，能够根据环境变化进行实时调整，实现精确的运动控制。
面向冬奥会的安保机器人动作系统设计
面向冬奥会的安保机器人动作系统设计随着科技的不断进步和人工智能的快速发展，安保机器人逐渐成为各类大型活动的重要组成部分，冬奥会也不例外。
为了保障冬奥会的安全，设计一套面向冬奥会的安保机器人动作系统尤为重要。
安保机器人在执行任务时需要具备一定的灵活性和机动性。
冬奥会是一个大规模的赛事活动，安保机器人需要能够在不同的环境中自由移动，包括室内、室外、楼梯、斜坡等复杂地形，安全机器人需要具备平稳行走、爬行、跳跃等动作能力，以适应各种复杂情境。
安保机器人动作系统应该具备较高的精确度和准确度。
安保机器人在执行任务时往往需要与人员或其他物体进行互动，例如传递物品、打开、关闭门窗、甚至进行肢体接触等，机器人需要具备精确的抓取、推拉、抬举、旋转等动作能力，以确保任务能够顺利完成，并尽量避免潜在的安全风险。
安保机器人动作系统应具备适应环境的能力。
冬奥会的场馆环境复杂多变，机器人需要能够自适应不同的环境条件，包括光线、温度、湿度等因素的影响。
机器人应该能够根据环境实时调整自己的动作策略，以保证动作的稳定性和可靠性。
安保机器人动作系统还需要具备一定的智能化能力。
安保机器人不仅需要执行基本的动作任务，还应具备一定的感知和判断能力，例如通过摄像头、传感器等设备实时获取环境信息，并根据情况做出相应的动作反应。
安保机器人还可以利用人工智能算法对监控画面进行智能分析，辅助安保人员进行安全监控和预警。
面向冬奥会的安保机器人动作系统设计需要考虑灵活性、精确度、适应环境能力、智能化能力和人机交互等方面的要求。
只有在这些方面都具备了良好的设计和性能，安保机器人才能够更好地发挥作用，确保冬奥会的安全。
机器人的运动规划与控制
机器人的运动规划与控制机器人是一种能够自主工作的机械设备。
为了实现高效的工作任务和提高安全、保障功能的实现，机器人的设计与控制方面的技术也取得了显著的进展。
机器人的运动规划与控制是机器人行走的核心机制，是一项极为重要的技术。
本文将重点讨论机器人的运动规划及其应用。
一、机器人运动规划的概念及意义机器人运动规划是指机器人在对环境有所了解的情况下，通过某种算法或方法，自主计划机器人的运动轨迹和速度。
机器人运动规划是机器人控制的核心问题之一，其目的是要求机器人能够顺利地完成各种任务，使机器人能够实现更加稳定和柔性的行动能力，从而提高机器人的自主性和应用能力。
机器人运动规划在工业、医疗、安防、教育等领域中应用广泛，已成为现代工业趋势的重要组成部分，如机器人钢铁作业、精密装配工业、智能家居应用、空中和水下机器人等。
二、机器人运动规划的基本方法机器人运动规划的基本方法包括位姿规划和轨迹规划两种方式，其中位姿规划是指确定机器人位姿（包括位置和方向），轨迹规划是指确定机器人从当前位姿到达目标位姿的轨迹。
1、位姿规划位姿规划常用的方法有最小二乘法、插值法和三次B样条曲线等。
其中最小二乘法能够实现机器人的误差最小化，插值法能够保证机器人轨迹优化，而三次B样条曲线则能够平滑地调节机器人的运动方向和速度，使机器人能够更加快速和平滑地完成任务。
2、轨迹规划轨迹规划主要分为离线规划和在线规划。
离线规划是指机器人的运动规划在实际运行前就已经规划好，而在线规划是指机器人根据不断变化的环境信息进行即时规划。
常用的轨迹规划算法有基于逆向学习的马尔科夫决策过程算法、基于优化目标函数的算法、基于机器学习的算法等。
三、机器人运动控制的实现方法机器人运动控制是指在确定机器人轨迹和速度的基础上，根据机器人的控制策略，实现机器人的实时控制和调整。
机器人运动控制有许多实现方法，包括PID控制、模糊模型控制、神经网络控制、强化学习控制等。
其中，PID控制是应用最广泛的一种运动控制方法，其控制精度较高，但要求系统模型具有线性特性。
《2024年基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》范文
《基于ROS的机器人移动平台的设计与实现》篇一一、引言随着科技的发展，机器人技术逐渐成为了社会发展的重要推动力。
机器人移动平台作为机器人技术的重要组成部分，其设计与实现具有很高的研究价值和应用前景。
本文将介绍基于ROS （Robot Operating System）的机器人移动平台的设计与实现，为相关研究和应用提供参考。
二、系统设计1. 硬件设计机器人移动平台的硬件设计主要包括底盘、电机、传感器等部分。
底盘采用铝合金材料，具有良好的承载能力和抗冲击性能。
电机选用直流无刷电机，具有高效率、低噪音、长寿命等特点。
传感器包括里程计、陀螺仪、超声波测距传感器等，用于实现机器人的定位、导航和避障等功能。
2. 软件设计软件设计是机器人移动平台的核心部分，基于ROS进行开发。
ROS是一种灵活的机器人软件框架，具有模块化、可扩展、易于维护等特点。
软件设计主要包括系统架构设计、运动控制设计、传感器数据处理等部分。
系统架构设计采用分层设计思想，将系统分为感知层、决策层、执行层等部分。
感知层负责获取机器人的环境信息，决策层根据感知信息做出决策，执行层负责执行决策层的指令。
运动控制设计是实现机器人移动的关键部分，包括路径规划、速度控制、加速度控制等。
路径规划采用全局路径规划和局部路径规划相结合的方式，全局路径规划负责规划机器人的整体运动轨迹，局部路径规划负责在局部范围内进行避障和调整。
速度控制和加速度控制则负责根据机器人的运动状态进行精确的控制。
传感器数据处理是对传感器数据进行处理和分析的过程，包括数据采集、数据预处理、数据融合等。
通过对传感器数据的处理和分析，可以实现对机器人的定位、导航和避障等功能。
三、实现过程1. 硬件实现硬件实现主要包括底盘组装、电机接线、传感器安装等步骤。
在组装过程中，需要注意各部分的尺寸和配合关系，确保机器人的稳定性和可靠性。
在接线和安装传感器时，需要按照相应的接口和规范进行操作，确保数据的准确性和可靠性。
机器人运动规划与控制系统设计与实现
机器人运动规划与控制系统设计与实现机器人运动规划与控制系统是现代机器人技术中的关键部分，它可以使机器人按照既定的轨迹和姿态进行高效准确的运动。
本文将介绍机器人运动规划与控制系统的设计与实现方法，并探讨其中的挑战和研究方向。
一、机器人运动规划机器人运动规划是指确定机器人从起始位置到目标位置的最佳路径和轨迹的过程。
它涉及到机器人的运动学和动力学问题。
机器人运动规划的设计与实现可分为以下几个步骤：1. 环境建模：将机器人的工作环境进行建模，并确定环境中的障碍物和限制条件。
常用的环境建模方法有点云技术和三维扫描技术。
2. 姿态规划：根据机器人的起始位置和目标位置，确定机器人的姿态（位置和方向）。
姿态规划可以通过三维旋转和变换矩阵来实现。
3. 路径规划：利用启发式搜索算法（如A*算法和Dijkstra算法）或优化方法（如遗传算法和模拟退火算法）确定机器人从起始位置到目标位置的最佳路径。
路径规划要考虑到障碍物的避障和运动规划的平滑性。
4. 轨迹规划：根据路径规划得到的路径，通过插值和优化方法确定机器人在运动过程中的轨迹。
轨迹规划要考虑到机器人的动力学特性和舒适性。
5. 速度规划：确定机器人在运动过程中的速度和加速度。
速度规划要考虑到机器人的动力学能力和运动平滑性。
二、机器人运动控制系统设计与实现机器人运动控制系统是机器人运动规划与执行的关键环节。
它包括硬件和软件两个方面。
下面是机器人运动控制系统设计与实现的步骤：1. 机器人建模与控制模块设计：根据机器人的类型和运动特性，建立机器人的动力学模型，并设计相应的控制模块。
常用的机器人建模方法有拉格朗日方程法和牛顿-欧拉方程法。
2. 控制器设计：根据机器人的建模结果，设计闭环控制器或开环控制器。
闭环控制器可以根据机器人的反馈信息实时调整控制信号，以实现更精确的运动控制。
3. 硬件选型与布线：根据机器人的运动规划要求，选择合适的电机、传感器和执行器等硬件设备，并进行布线和接口设计。
智能安保机器人的设计与控制技术
智能安保机器人的设计与控制技术随着科技的迅速发展，智能机器人的应用领域也在不断扩展。
在这些领域之一，智能安保机器人正变得越来越重要。
本文将探讨智能安保机器人的设计与控制技术，重点关注其工作原理、硬件组成、软件控制以及潜在应用。
## 工作原理智能安保机器人是一种能够巡逻、监控和应对安全威胁的自动化系统。
其工作原理基于复杂的传感器和算法，使其能够感知环境并采取相应行动。
通常，这些机器人配备了摄像头、红外线传感器、雷达和声音识别设备，以识别和跟踪潜在威胁。
## 硬件组成智能安保机器人的硬件组成包括：1. **传感器系统**：摄像头用于捕捉图像和视频，红外线传感器用于检测热点，雷达用于跟踪移动目标，声音识别设备用于听取声音信号。
2. **移动平台**：机器人通常配备轮子或履带，以便在各种地形上移动。
3. **电源系统**：电池或其他能源供应，以确保机器人能够持续工作。
4. **处理单元**：中央处理器（CPU）和图形处理器（GPU）用于处理传感器数据和执行决策。
## 软件控制软件控制是智能安保机器人的核心。
以下是一些关键的软件组成部分：1. **感知与识别**：机器学习算法用于分析传感器数据，以侦测潜在威胁。
计算机视觉技术帮助机器人识别人、车辆、物体等。
2. **路径规划**：机器人需要能够规划巡逻路径或快速响应威胁。
路径规划算法确保机器人能够高效地移动并达到目标地点。
3. **决策制定**：基于感知数据，机器人需要做出决策，例如是否报警、通知人员或采取其他行动。
4. **通信系统**：机器人必须能够与操作员或其他机器人进行实时通信，以便共享信息或请求支持。
## 潜在应用智能安保机器人的设计与控制技术可以应用于多个领域：1. **物业安全**：机器人可以巡逻商业建筑、工厂和仓库，监测入侵事件或火警。
2. **公共安全**：在公共场所，如机场、车站和商场，机器人可以帮助监控大规模人群并检测异常行为。
3. **边境巡逻**：在国家边境，机器人可以协助边境巡逻人员监测非法越境活动。
机器人运动控制系统设计与实现
机器人运动控制系统设计与实现机器人运动控制系统是机器人技术中的核心部分，它决定了机器人的运动能力和灵活性。
本文将探讨机器人运动控制系统的设计和实现，并介绍其关键技术和应用领域。
一、引言近年来，机器人技术在工业生产、医疗保健、军事防卫和个人家庭等领域得到了广泛应用。
机器人的运动控制系统是实现这些应用的关键，它通过精确控制机器人的运动，实现复杂的任务和活动。
因此，设计和实现高效可靠的机器人运动控制系统对于提高机器人的性能和工作效率具有重要意义。
二、机器人运动控制系统的设计要求1. 运动精度和稳定性机器人运动控制系统需要具备高精度和稳定的运动能力，以满足对于各种工作环境和要求的准确控制。
这需要系统具备准确的位置控制、姿态控制和速度控制能力，能够稳定可靠地运动。
2. 多轴运动控制机器人通常具备多自由度，其运动控制系统需要能够精确控制机器人各个关节的运动。
多轴运动控制要求系统具备高速度、高精度和高可靠性，以满足复杂任务的要求。
3. 集成化和可扩展性机器人运动控制系统需要具备集成化和可扩展性，能够集成各类传感器、执行器和通信设备，并与其他系统进行无缝连接。
同时，系统还需要具备良好的可扩展性，能够快速适应不同的机器人配置和应用需求。
三、机器人运动控制系统的关键技术1. 运动规划和控制算法机器人运动控制系统的核心是运动规划和控制算法。
运动规划算法能够根据任务要求和环境条件，生成机器人的轨迹和动作序列；控制算法能够根据实时反馈信息，对机器人进行准确的运动控制。
常见的运动控制算法包括PID控制、模型预测控制和自适应控制等。
2. 传感器技术机器人运动控制系统需要通过传感器获取实时环境信息和机器人状态。
常用的传感器包括激光雷达、视觉传感器、力/力矩传感器等。
这些传感器能够提供位置、姿态、速度、力和力矩等关键参数，用于机器人的运动规划和控制。
3. 执行器技术机器人运动控制系统还需要配备高性能的执行器。
执行器可以根据控制信号，实现机器人关节的精确运动和力矩输出。
机器人智能化控制系统的设计与实施技巧
机器人智能化控制系统的设计与实施技巧随着科技的不断发展，机器人在各个领域的应用越来越广泛，机器人智能化控制系统的设计与实施技巧也变得越来越重要。
一个高效、可靠的控制系统对于机器人的性能和功能起着至关重要的作用。
在本文中，我将介绍一些设计和实施机器人智能化控制系统的技巧。
首先，一个好的机器人智能化控制系统的设计应该从需求分析开始。
在设计系统之前，我们需要明确机器人的任务和目标，了解机器人需要具备的功能和性能。
通过仔细分析这些需求，可以确定控制系统所需的硬件和软件组件，以及控制策略和算法。
其次，选择适当的硬件和软件是一个关键步骤。
硬件包括传感器、执行器和通信设备等，而软件包括控制算法和人机交互界面等。
在选择硬件和软件时，我们需要考虑它们的性能、稳定性和可靠性。
同时，与硬件和软件供应商保持紧密的合作，以确保系统的兼容性和可扩展性。
然后，合理的控制策略和算法是实现机器人智能化的关键。
控制策略决定机器人如何响应输入信号和环境变化，而控制算法是实现控制策略的具体实现方式。
在选择控制策略和算法时，我们应综合考虑机器人的任务需求和硬件条件。
同时，控制策略和算法的优化也是一个不断探索和改进的过程。
此外，良好的传感器和执行器的选择和配置也是非常重要的。
传感器将机器人与外界环境连接起来，通过感知环境的变化来提供输入信号。
执行器则是控制机器人动作和行为的关键设备。
选择合适的传感器和执行器并将它们正确配置和校准，可以提高机器人的感知和响应能力。
另外，一个好的人机交互界面可以提高机器人操作的易用性和效率。
人机交互界面包括操作面板、显示器和输入设备等。
它应该能够清晰地呈现机器人的状态和任务信息，并提供简单直观的操作功能。
同时，界面的设计也需要考虑用户的需求和习惯，以提高用户的满意度和工作效率。
最后，机器人智能化控制系统的实施是一个复杂的过程，需要严格的测试和验证。
在实际应用之前，我们应该进行充分的仿真和实验，以验证系统的性能和功能是否满足需求。
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2.4 传感检测模块
主要由五个反射式红外传感器组成， 负责移动平台 运动过程中障碍物的检测， 并将障碍物信息传送至 ATmega168V 单片机中。
2.5 电源模块
由蓄电池 HYS1272 和 DC/DC 转 换 模 块 B1205LS/D2W 组 成 。 HYS1272 输 出 电 压 为 12V， 经 由 电 机 驱 动 芯 片 MC33886 驱 动 直 流 电 机 。 B1205LS/D-2W 输 出 的 5V 电压为 ATmega168V 单片机和电机驱动芯片 MC33886 提 供工作电源。
2.2 电机驱动模块
由 两 片 集 成 式 电 机 驱 动 芯 片 MC33886 和 两 个 对 其 进行保护的瞬态电压抑制二极管 （简称 TVS）P6KE18CA 组 成 。 MC33886 是 单 片 集 成 的 双 H 桥 器 件 ， 适 用 于 驱 动小功率直流电机， 可实现对电机的双向驱动， 内置控 制逻辑、 电荷泵、 门驱 动 电 路 以及 低 导 通 电 阻 的 MOSFET 输 出 电 路 ， 适 合 控 制 高 至 5.0A 的 感 性 直 流 负 载 ， 具有输出短路保护和欠压关断保护功能。 TVS 两端经受 瞬间高能量冲击时， 能以极快的速度把两端由高阻抗变 为低阻抗， 吸收瞬间大电流， 将两端的电压钳制在预定 的数值上， 保护后面的元器件不受瞬态高压尖峰脉冲的 冲 击 [4]。 本 控 制 系 统 在 每 片 MC33886 的 两 个 输 出 端 并 联 上 一 个 TVS 器 件 P6KE18CA， 当 MC33886 在 直 流 电 机两端施加正反向电压使其正反转切换时， 直流电机的 电枢会产生尖峰反电动势， 但 P6KE18CA 将电压钳制在 25.2V， 远 低 于 MC33886 的 最 高 工 作 电 压 40V， 从 而 确 保 MC33886 正常工作。
业 出 版 社 ，2002. [2] 李 磊 ，等.移 动 机 器 人 技 术 研 究 现 状 与 未 来[J].
机 器 人 ，2002 ，5. [3] 代汝泉.汽车运行性能[M].北京：国防工业 出 版
社 ，2003. [4] 周志敏,等.电磁兼容技术[M].北京：电子工业出
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The Design and Motion Control of the Mobile Platform of Gatekeeper Robot
辅助轮 驱动轮
图 1 四轮正交布置 Fig.1 Plumb
arrangement of fourwheeled mobile robot
动电机。
门卫机器人属于轮式移动机器人， 将它类比成汽
车， 根据运行时的阻力计算驱动电机功率。 汽车在行驶
中会受到滚动阻力、 坡度阻力、 空气阻力和加速阻力的
作用 [3]。 门卫机器人的运动场所是水平的硬路面， 不存
刘旭涛， 林福严
（中国矿业大学 机电学院， 北京 100083）
摘 要： 针对服务型轮式移动机器人—门卫机器人， 设计了其移动平台的层式机械结构和以 ATmega168V 单片机为核心的模块化控制系统， 并对该移动平台的运动控制进行了研究。 通过实验实现了预期 的运动控制目标并证实了设计的有效性。
关键词： 轮式移动机器人； 机械结构； 控制系统； 运动控制； ATmega168V 单片机 中图分类号： TP242 文献标识码： A doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2009.03.002
第 22 卷第 3 期 2009 年 5 月
机电产品开发与创新
Development ＆ Innovation of Machinery ＆ Electrical Products
文章编号： 1002－6673 （2009） 03－003－03
门卫机器人移动平台的设计及运动控制
Vol．22,No．3 ·开M发ay与．,2创00新9 ·
直流电机和驱动轮安装在驱动电机承载架上， 并由 该架将其固定在底盘底板上， 如图 2 所示。
2 门卫机器人移动平台控制系统设计
移动平台控制系统如图 3 所示，包括单片机模块、电 机驱动模块、串行通信模块、传感检测模块和电源模块。
4
2.1 单片机模块
选用 AVR ATmega168V 单片机。 它是基于增强的精 简指令集结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 主要特点 是 ： 片 上 集 成 1K 字 节 SRAM， 16K 字 节 可 编 程 Flash， 工 作 频 率 可 达 10MHz， 具 有 可 编 程 串 行 USART0 接 口 ， 满足移动平台控制系统的需要。
2.3 串行通信模块
由符合 RS-232C 标准的 DB-9 连接器、 RS-232C 与 TTL 的 转 换 电 路 和 传 输 线 组 成 ， 在 上 位 机 和 下 位 ATmega168V 单 片 机 之 间 建 立 起 异 步 串 行 通 信 ， 使 下 位 单 片机能够接收上位机的运动指令， 并反馈相关信息。
3 门卫机器人移动平台运动控制
移动平台能够按照接收到的上位机控制指令运动， 也可以自主运动， 并灵活地躲避行进途中的障碍物， 上 位机通过相应的指令可以结束移动平台的自主运动。
3.1 运动控制原理
下位 ATmega168V 单片机通过 RS-232C 异步串行通
信接收到上位机的运动控制指令后， 识别出指令内容， 控制移动平台实现相应的运动。 运动完成后， 通过串行 通信向上位机发送 “完成” 的信号， 等待上位机发出新 的运动控制指令以进行后续运动。
移动 平 台 自 主 运 动 时 ， ATmega168V 单 片 机 根 据 五 个红外传感器检测到的障碍物信息做出决策， 控制移动 平台实现避障。
3.2 运动控制的实现
上位机和下位 ATmega168V 单片机的异步串 行 通 信
·开 发 与 创 新·
的顺利完成 是 实 现 运 动 控制 的 关 键 。 上 位 机 使 用 VC++ 语 言 中 的 MSComm 控 件 实 现 异 步 串 行 通 信 。 ATmega168V 单 片 机 内 有 一 个 通 用 同 步 、 异 步 串 行 接 收 和 发送器 (USART0)； 引脚 PD0 和 PD1 分别具有串行数据 接收和发送功能， USART0 通过这两 个 引 脚 即 可 实现 接 收和发送串行数据。
轮结构稳定性好， 承载能力较大， 但结构稍复杂。 四轮
移动机器人的轮系有平行式和正交式两种， 前者是汽车
的轮系布置方式， 适合高速行驶， 稳定性好。 正交式如
图 1 所示： 左右两轮独立驱动即差动驱动， 前后各有一
个辅助轮。 当旋转半径为零时， 旋转中心与车体中心一
致， 能够绕车体中心旋转， 便于在狭窄的场所运动； 但
1.1 底盘轮系布置
轮式移动机器人的常用轮系可分为三轮、 四轮、 六 轮等形式。 六轮结构与四轮结构相似， 有更好的稳定性 和更大的承载能力， 但结构复杂。 与三轮结构相比， 四
收稿日期： 2009－04－02 作 者 简 介 ： 刘 旭 涛 （1977-）， 男 ， 河 南 许 昌 人 ， 硕 士 研 究 生。 研究方向： 机器人技术； 林福严 （1958-）， 男， 河北献 县人， 博士， 中国矿业大学 （北京） 机械电子工程系主任， 教授。 研究方向： 机电一体化技术。
（2） 驱动电机和驱动轮的联接。 选用的直流电机的 输出轴和驱动轮 内 径 分 别 为 Ф6 和 Ф16， 相 差 较 大 ， 使 用轴套联接电机输出轴和驱动轮。 其中， 轴套和驱动轮 采用过盈联接， 轴套和电机输出轴采用螺钉联接， 即在 轴套轴线的垂直方向开一个螺纹孔， 安装一个螺钉， 螺 钉的一端顶紧电机输出轴 “铣扁” 处， 直流电机通过此 螺钉传递扭矩。
在坡度阻力。 空气阻力与车辆的迎风面积、 车速的平方
和空气阻力系数成正比， 而移动平台运动速度较慢， 迎
风面积很小， 因而忽略空气阻力的影响， 仅考虑滚动阻
力和加速阻力。 在硬路面上行驶的整车的滚动阻力为：
Ff=Gf（N）
（1）
式中： G—汽车总重力（N）；f—滚动阻力系数 ， 范围
为 0.01～0.03。 加速阻力为：
运动速度过快时， 会发生侧倾甚至侧翻。 本文研究的移
动平台承载量较大， 但运动速度 较低， 有灵活运动的要求， 因而
辅助轮
选用四轮正交布置形式。