基于模糊控制的自主移动机器人系统设计

在自动导航机器人领域，模糊控制是一种重要的控制方法，它通过模拟人类的思维模式，使得机器人能更好地适应环境的变化并做出决策。本文主要介绍了一种基于AVR单片机的自主移动机器人系统设计方案，该方案采用模糊控制技术来解决机器人在有引导线环境下的自动导航问题。 在机器人控制技术方面，随着社会经济的飞速发展和各行业对自动化程度要求的提高，机器人技术得到了极大的推动。机器人控制技术是一门涉及自动控制、计算机科学、机械工程、传感技术、电子工程和人工智能等多学科交叉的综合性技术。控制算法的主要任务是保证机器人能够实现有目的的运动，而模糊控制因其能够模拟人脑思维的特点，对于智能机器人的控制非常合适。 控制系统的设计主要考虑了机器人的运行环境、控制系统的结构、传感器的布局设计以及模糊控制器的设计等方面。在本文中，寻线自主移动机器人的运行环境为由2毫米厚的墨绿色聚乙烯地板革铺设的地面，上面贴有30毫米宽、中心距为500毫米的白色引导线。机器人通过红外传感器来识别引导线，并以此为依据进行自主导航。 控制系统的结构方面，机器人采用双轮差动方式驱动，使用高档AVR单片机ATmega16作为主控制器。主控制器通过RS232串行通信接口与电机驱动器通信，并发送控制指令控制左右电机。同时，主控制器对红外传感器处理电路传来的信号进行运算识别，反馈到模糊控制器进行处理。 模糊控制器的设计是本系统的关键技术之一。它通过模糊逻辑推理方法解决了自主式移动机器人的导航问题。模糊控制器采用闭环控制系统的方式，其中输入量为机器人需要到达的位置，输出量为机器人当前的位置。机器人根据红外传感器监测到的信号反馈到模糊控制器，控制器进行运算处理后，给出控制左右电机转速和转向的方案。 传感器布局设计方面，虽然理论上寻线传感器只需要一个，但为了提高控制系统的精度和可控性，实际应用中至少需要两个传感器。增加传感器数量可以提高控制精度，但也带来了数据处理量的增加和成本的提高。传感器的摆放方式对于机器人的导航精度有着直接的影响。 电机驱动器的设计也是控制系统的重要组成部分，电机驱动器由ATmega8通过输出PWM控制四个大功率场效应管IRF540组成的H桥构成，实现对电机转速的精确控制。 通过实际应用验证了本文所提出的基于AVR单片机的模糊控制自主移动机器人系统设计方案的可行性。通过对运行环境、控制系统结构、传感器布局设计以及模糊控制器设计等各个方面的详细阐述，本系统为在有引导线环境下实现机器人的自动导航提供了一种有效的解决方案。