智能机器人实验二.doc

实验二智能机器人控制技术的研究 一．实验目的 1．熟悉机器人控制系统的组成与与相关控制技术。 2．熟悉轮式移动机器人运动控制系统的组成与控制方法。 3. 熟悉PID控制、模糊控制与神经网络控制算法的基本原理及其在智能机器人控制中 的应用。 二．实验基本理论 机器人与计算机相区别的一个重要特征，就是机器人能够运动。而运动就必须有动力 部件，以及由这些动力部件驱动的结构。因此，合理选择和设计运动系统是移动机器人设计 中一项基本而重要的工作。通常，运动系统是由移动机构和驱动系统组成的，它们在控制系 统的控制指挥下，完成各种移动动作。 “未来之星”机器人控制系统结构如图 6 所示。其中，控制系统主板是控制系统的核心。运动控制卡和MultiFLEX 控制器又是主板上最重要的控制设备。 图 6 “未来之星”控制系统结构框图 运动控制卡主要有两方面的功能：（1）接收上位机的指令，并将其转化为驱动器的控制指令，控制两组驱动器和电机执行上位机要求的运动。（2）通过IIC 总线查询陀螺仪和倾角计传感器的数据信息，并做基本PID 运算；接收上位机的导航控制指令，结合姿态传感器的姿态信息做相应的运算并控制两组驱动器和电机闭环执行预定的轨迹运动。 MultiFLEX 控制器是“未来之星”机器人的核心控制器，是一个模块化的机器人控制卡。 同时，MultiFLEX 是一块公开电路图、公开源程序的控制卡。用户可以根据这些资源，自行 为它开发针对某个特定机器人的程序，使MultiFLEX 具有决策能力。MultiFLEX 控制卡上 的有多种输入输出接口，在“未来之星”上主要用于简单传感器信息的采集和处理，舵机和电机的运动控制。在 “未来之星”的系统架构中，最底层的运动/控制执行层包括电机伺服控制器，舵机控制器等。MultiFLEX 控制卡搭载在机器人的总线上，当作一个 控制执行节点来使用。控制执行层接受来自上层的控制指令，处理大量高速原始数据，并用 简单的算法完成对执行器的自动控制，以及对传感器的有效读取，并把信息传递给上层。 MultiFLEX 控制卡的外观和卡上的接口说明如下图所示： 图 7 MultiFLEX 控制卡的外观图 卡上的各种接口说明如下： A: 电源接口,+5-6V 电源 (J6)(1.0a 之后版本的控制卡使用同轴电源插座，极性为内正外负) MultiFLEX 控制卡使用5-6V 的直流电源。至少要求5A 的电流输出能力。 B: 控制板总线接口 (J8) MultiFLEX 控制卡支持博创科技的标准总线，可以作为功能模块安装在博创科技的所有 机器人产品上使用。具体使用方法请参考“MultiFLEX 控制卡数据手册”。 C: 4 路电机接口M1-M4 (J7) 4路PWM 电机驱动输出。最大允许电流2A，最高输出电压为供电电压。可以支持各 种小型直流有刷电机。 D: RS-232 串口(J5) 友迅达（FriendCOMM）标准的5 针RS-232 串行口。标准RS-232 电平。需要在这里插 入232 通讯电缆。 E: 7 路模拟输入接口 AD0-AD6 (J2) ADC 输入口允许输入0~5V 模拟信号，在MultiFLEX 控制卡中可以转换为数字信号。 主要用于一些模拟电压输出的传感器信号采集。其中靠近电路板内侧是信号输入线(对应图 上字母S。需要注意输入最低电压0V，最大电压为MultiFLEX 控制卡的电源电压，即5~6V)， 中间是电源（5~6V，对应图上“+”号），外侧是地线（GND，对应图上“-”号） F: 12 路PWM 舵机控制 PW0~PW11（CH0~CH11）(J4)12 路舵机的控制接口被分成了四组。这是为了避免各个接口的接插件之间干涉。舵机的引线有三根，其中黄色是信号线(对应图上字母S，靠近电路板内侧)，橙色是电源（5~6V，对应图上“+”号），棕色是地线（GND，对应图上“-”号） G: 16 路数字I/O IO0-IO15 (J1,J3) 16 路数字I/O 可以在UP-MRcommander 软件中被配置为输入或者输出。如果配置为输 入，每个I/O 口能采集加在其上的电压是高电平（1）还是低电平（0），主要用于检测开关、 按钮、红外传感器等的状态。如果配置为输出，每个I/O 口可以输出高低电平（高电平为电 源电压，低电平为0V），可以用于驱动LED、微型电机等器件。其中靠近电路板内侧是信 号输入线(对应图上字母S。需要注意输入最低电压0V，最大电压为MultiFLEX 控制卡的电 源电压，即5~6V)，中间是电源（5~6V，对应图上“+”号），外侧是地线（GND，对应图上“-”号）。 H: AVR 单片机在线编程接口(J6) MultiFLEX 控制卡使用AVR ATMega128 微控制器作为处理器，这款