自主式移動机器人的无线控制实现.doc

自主式移动机器人的无线控制实现 The Realization of Wireless Control on Autonomous Mobile Robot 同济大学信息与控制工程系（200092）陈华东 周健 蒋平 【摘要】如何提高自主式移动机器人对各种传感器信息的处理能力是一个关键技术问题。在机器人自身有限负重能力情况下，通过无线通信方式，借助外部计算机和工作站处理传感器信息成为一种可行方案。本文以一种轮式移动机器人作为控制平台，成功地实现了自主式移动机器人的无线控制。 【关键词】机器人，控制，无线，通信 Abstract: It is a key technology how to improve the ability of autonomous mobile robot to process information from sensors. Under the condition of its limited load ability, it is possible for robot to process the information through other computer or workstation via wireless communication. This paper describes the implementation of wireless control based on a wheeled mobile robot. Key words: robot, control, wireless, communication 1. 引言 自主式移动机器人是一个对外界环境高度开放的智能系统，能够按照预先给定的任务指令，根据已知的地图信息作出全局路径规划，并在行进中不断感知周围的局部环境信息，自主地作出各种决策，自动避开障碍物，引导自身安全行驶到指定的目标，执行要求的动作和操作。它与固定式机械手相比具有更广阔的运动空间，更强的灵活性。移动机器人可广泛应用于工业、国防、航空航天以及服务性行业，如工业上危险地区的标本采样和故障处理、国防上无人驾驶战车等。随着人口老化和工作、生活节奏的加快，人类在服务性行业迫切需要助手。无论是家庭、医院，还是在宾馆、商店，都有移动机器人的用武之地。全球来看，美国的火星登陆者和日本的无人看护病房已走在前列。[1][2] 近年来，在机器人和自动化领域里移动机器人的研究吸引了众多研究者的注意力，其中轮式移动机器人以其结构简单、容易实现成为受到欢迎的控制平台。另外一方面，移动机器人在与外部的通信方式选择上，由于其具有广阔的运动空间，无线通信成为移动机器人所必须具备的通信方式。在这种背景下，有关机器人无线控制的课题便应运而生。本文以一种轮式移动机器人作为控制平台，在计算机与单片机之间实现无线通信进而通过单片机与机器人之间的接口，成功地实现了无线方式控制移动机器人。 2. 机器人平台 实验中采用能力风暴个人机器人作为控制平台。该机器人与传统意义上的工业机器人不同，体积微小，外形呈宇宙飞船形，直径约30cm，重量仅1kg。该机器人采用Motorola单片机68HC11作为微控制器，主要具有如下特点： 属轮式移动机器人，采用左右两轮驱动，前后两轮随动。当两轮转速相等转向相同时，机器人沿直线行走；当两轮转速相等转向相反时，机器人沿原地旋转；当两轮转速不等转向相同时，机器人沿弧线行走。电机偏差可通过在软件中设置偏置量得到校正。 机器人带有自己的专用开发系统，即交互式C语言（简称JC）。JC由两部分组成：编译环境（包含交互式命令行编辑和调试功能）和机器人操作系统。JC实现了C语言的一个子集，它包括控制语句（for, while, if else）局部bumper），光敏传感器，主动式红外测障传感器，旋转角度编码器和麦克风。其中麦克风没有方向性，能感知声音的强弱；光敏传感器能感知所在方向上的光强；主动式红外测障传感器能感知前方40厘米以内的障碍物。碰撞传感器有效范围最小，能感受到四个方向上的碰撞；旋转角度编码器不是用于探测外部环境，而是测量轮子旋转的角度数。 机器人仅依靠初始程序和自身传感器来运行，已具自主式移动机器人雏形。为了让机器人更准确地感知周围的局部环境信息，机器人往往需要处理周围的语音信息和图像信息。对这类信息的处理，一般有两种方式：（1）机器人用自己的“大脑”处理这些信息，然后分析、判断、执行动作，但这需要机器人具有功能强大的“大脑”；（2）机器人再添加一个“大脑”来处理这些信息，最后在几个“大脑”之间通信就行了。实验中，由于机器人自己的“大脑”还不够十分强大，不具有处理图像等复杂信息的功能，我们利用计算机来处理这类信息，然后计算机通过无线通信以控制指令的形