摘要：智能移动机器人是具备特定功能的机器人系统，属于人工智能，其基于传感器感知环境和自身，基本在摆脱人工、干预的条件下，可以有效的避开障碍，自主的向目标运动，而且具备动态决策与规划的能力，并且可以实现行为控制与执行，具备良好的机动性，强大的环境感知能力等特点，在生产生活中具有广泛的应用价值。本文通过综述智能移动机器人控制系统，以期为其推广使用提供参考。
关键词：智能；移动机器人；控制系统；设计
1智能移动机器人研究的意义
随着移动机器人技术的迅速发展及其在工业、军事等领域中的广泛应用，有关移动机器人的理论、设计、制造和应用的新的技术学科——机器人学，已经逐渐形成，并越来越引起人们广泛的关注。机器人学是一门综合性很强的学科，它涉及现代控制技术、传感器技术、计算机系统和人工智能等多门学科。但是它又有其自身的系统性和专业性。内容极为丰富、广泛，其中专业性比较强的有机器人动力学和运动学、机器人轨迹规划和运动控制、机器人的传感技术、机器人的编程语言、机器人的智能和任务规划等。其中机器人的运动控制是实现机器人航迹控制的关键。
运动控制器是移动机器人的执行机构，对机器人的平稳运行起着重要作用。随着新的智能控制算法的不断涌现，移动机器人正向着智能化方向发展，这就对运动控制系统性能提出了更高的要求。设计实现智能移动机器人的控制系统，能够熟悉移动机器人硬件和软件的开发，掌握移动机器人的运动控制特性，为后续的移动机器人的功能扩展搭建一个可行、稳定的平台，而这个平台则可以作为多种机器人开发的公共基础平台。实现智能移动机器人控制系统的开发具有一定的现实意义，将为以后的移动机器人开发奠定坚实的基础。
2控制系统结构功能概述
移动机器人运动控制系统是整个移动机器人的基础，可靠的运动控制系统是移动机器人实验设计的前提。设计智能移动机器人控制系统框图如图1所示。
图1移动机器人控制系统框图
开发人员在上位机进行移动机器人的软件开发，同时上位机也是整个移动机器人的控制中枢，上位机接收各信息采集模块提供的环境信息，给出移动机器人控制指令控制机器人移动。机器人本体上安装有四个驱动电机，作为移动机器人的驱动机构。每个驱动电机都带有一个光电码盘，光电码盘提供正交编码脉冲信号，可用作驱动电机闭环调速和机器人定位脉冲。车载处理器主要负责超声波测距模块控制、模块管理、机器人定位以及和上位机的通信，可以采用通用计算机、大容量单片机、DSP、ARM等嵌入式控制器。如果采用通用计算机，那么开发上位机就不用独立于车载处理器之外了。移动机器人输入信息包括视觉输入和距离检测。视觉信息包括全景视觉和双目视觉摄像机。距离信息包括激光测距和超声波测距模块。移动机器人根据开发人员事先建立好的环境地图，移动过程中读取的环境信息，在处理器内根据控制规则进行运算，输出控制信息到驱动电机，控制机器人的移动。
总体而言，移动机器人的车载处理器和上位机作为处理中枢，接收激光、超声波等测距模块提供的障碍物距离信息，全景、双目视觉提供的视觉信息。结合上位机中的预设功能，通过控制驱动电机控制机器人完成相应动作。
3控制系统的硬件设计
3.1控制系统的硬件概述
主控板、电机的驱动和超声波测距模块构成了控制系统的硬件系统。
（1）主控板。主控板是整个机器人的控制中心，各模块之间的协调管理和数据传输都是由主控板负责的，并且电机驱动的控制信息都是在经过主控板之后得到控制的。同时主控板还可以负责检测接口、对超声波的测距模块进行管理以及控制信号的产生、传递和检测。
（2）电机的驱动模块。移动机器人是由四个完全相同的电机进行驱动的。每个电机各自独立完成驱动，以保证整个驱动过程的稳定性和独立性。整个运行过程，都离不开电机驱动模块的支持。
（3）超声波测距模块。超声波由于对色彩、光纤和电磁场都不是很敏感，所以即使是处于黑暗、有灰尘和强烈电磁波干扰的环境下，依然可以很好的完成指令。所以，其在物体识别、机器人的定位和躲避障碍方面都有应用。因为超声波的稳定性比较强，又节约能量，而且在各种媒介中的传播距离都比较远，所以超声波还经常被应用在测距方面。超声波测距模块可以为移动机器人提供前方障碍物的距离信息。
3.2主控板的硬件设计
主控板的硬件系统主要包括芯片及其外围电路，而外围电路又包括时钟、电源模块等等。主控板的主要职能就是管理各模块的接口和进行相关通信指令。除此之外，在设计过程中，还可以在主控板中融入一定的开发系统，为日后的开发和升级工作打好铺垫。
3.3电机驱动模块和超声波测距模块的硬件设计
电机驱动模块的功能就是驱动和调速。而超声波测距模块则可以为机器人提供相关的距离信息，它的工作原理是利用振荡器发出信号，再经过放大之后发出超声波。在遇到障碍物之后就会折返回来，根据总耗损，就可以估计出机器人和障碍物之间的距离。超声波测距结果的准确度在很大程度上都取决于超声波回波信号的调理。超声波信号在空气中，随着传播会越来越衰弱，最后折返回来的信号往往很微弱，为了避免这一结果，就需要借助于接收电路的AGC功能对折返回来的信号进行放大。
4控制系统的软件设计
4.1主控板的软件设计
主控板的所有硬件中只有控制器需要软件。它的主要任务是对超声波测距的软件进行管理。控制器的软件需要在初始化、通讯、检测和测距方面进行设计。在设计过程中，控制器和各终端会有各种各样的数据交流，所以就需要对发送和接收的数据进行统计和整理。
4.2电机驱动模块的软件设计
电机驱动软件的主要职能就是对电机驱动进行控制并且进行调速。控制职能使用的是电机驱动主控芯片。是否需要对电机进行调速，完全取决于其刹车制是否为1。如果电机的目标方向和现在的方向不一致，就应该停止电机的运行，缓解一段时间，这样能更好的保护其中的芯片。
4.3超声波测距的软件设计
超声波测距软件的设计采用渡越时间法。所谓的渡越时间法就是在超声波发射出去的瞬间开始计时，在接收到超声波之后计时停止。根据分析研究可知，温度对超声波的传输速度影响不大，而且传输时间也都极短，影响也可以忽略不计。不过，为了保证准确度，也可以增加一个温度校正模块，检测完温度之后，再对速度进行修正。
5结语
随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。因此，移动机器人技术己经得到世界各国的普遍关注，特别是其控制系统作为该技术的核心要素，在各国的研究也越来越普遍，本文基于此做出一系列的研究探索，以期为移动机器人的发展起到一定的推进作用。
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论文作者:黄国静
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：机器人论文; 超声波论文; 控制系统论文; 电机论文; 模块论文; 上位论文; 智能论文; 《基层建设》2019年第17期论文;