挪动机器人的避障系统设计.docx

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1、挪动机器人的避障系统设计本文介绍了一种基于DSP的机器人自主避障系统。DSP作为微处理器收集超声波传感器反应回来的机器人外界环境和自身状态，经过判断产活力器人挪动方向的控制命令，通过扩展异步通信单元发送给伺服控制器，进而驱动电机，实现实时避障。1引言随着科学技术的进步和开展，机器人的研究与应用也越来越普及。它不仅广泛应用于工业消费中，而且在航天航空、深海探测等危险恶劣环境中也发挥了宏大的作用，甚至正在逐渐深化人们的日常生活当中。随着计算机的应用和传感技术的开展，对挪动机器人的研究又到达了新的高度，其中，机器人自主避障就是要研究的一个重要方向。本文介绍的一种机器人自主避障系统，以高速DSP作为处

2、理器，实时收集超声波传感器感悟的外部环境，进而做出机器人挪动途径的判断，实现机器人自主避障。2系统设计系统设计框架如图1所示，采用三个超声波传感器感悟前方环境，然后将收集信息送到DSP中进展判断处理；扩展DSP的异步通信单元，将控制命令以RS232异步通信协议发送到左右轮的电机控制器。图1系统设计图图2传感器与DSP接口电路图图3串行数据发送电路3系统硬件选择与设计系统选用TI公司的TMS320LF2407ADSP作为微处理器。该DSP具有40MIPS的执行速度，能知足系统实时性控制要求；片内有高达32K字的FLASH程序存储器，自带16路10位A/D转换模块，一个串行通信接口模块，两个正交编

3、码电路和假设干个16位通用定时器，简化了外围硬件电路。3.1传感器与DSP接口设计本文选用的传感器是Polaroid公司消费的6500系列超声波传感器，该传感器发射和接收超声波使用同一个换能器。其与DSP的连接如图2所示。由DSP的通用I/O口输出脉冲触发传感器工作，同时由于DSP的输出电平与传感器输入不一致，因此需要加上电平转换单元；触发之后立即启动内部计数器，当有回波返回时，传感器输出相应脉冲作为DSP的外部中断源，同时DSP停顿计数。3.2异步通信扩展单元设计伺服控制器可通过RS232接口接收控制命令。由于需要对左右两个车轮分别控制，而系统选用的DSP只有一个串行通信模块，因此选用TI公

4、司的TL16C554A作为异步通信扩展芯片，每片TL16C554A均含有4路异步通信单元，串行数据发送电路如图3示。电路中，由DSP的A3、A4、A5地址线和/IS信号线经过74LV138D译码器芯片译码产生4路异步通信单元的选通信号，加上A0、A1、A2地址线和/WE、/RD读写信号就可以一起访问TL16C554A的任一存放器。/IS是DSP的I/O空间选通引脚，即DSP以I/O地址访问TL16C554A的存放器。TL16C554A串行通信电路采用了MAX3232驱动芯片，实现TL16C554A的电平转换。4超声波测距原理超声波测距通常采用时间差测距法，即超声波发射器向某一方向发射超声波，借

5、助空气媒质传播，由被障碍物反射回来的时间间隔长短与被反射的超声波的强弱判断障碍物的位置和间隔。由于超声波在空气中的速度和空气的温度湿度有关，在比拟准确的测量中，需要把温度的变化和其它因素考虑进去。在一般要求不高的应用中，可用下面的公式计算：s=ct/2s为距障碍物的间隔；c为超声波在空气中的速度，一般取340m/s;t为发射与承受超声波的时间差。5避障策略设计在挪动机器人的行走经过中，由于随时可能遇到障碍物，而且障碍物的大小、多少未知，所以为了可以顺利的到达目的地，本设计系统使用三个超声波传感器进展现场环境信息的检测，使它们的信息可以互为补充。安放在挪动机器人上的超声波传感器如图4所示，其中s

6、1、s2、s3为三个超声波传感器，箭头指向为挪动机器人的运动方向。超声波发射端在处理器和前置电路的驱动下工作，接收端的信号在经过放大、整形后在处理器的中断口产生中断，通过发射和接收的时间差计算出机器人与障碍物的相对间隔，再由处理器实现避障算法，作出判断决策，发出相应的控制指令，然后通过电机自带的控制器实现电机的运动及转向操纵，进而实现机器人的主动避障。如图5所示为机器人的避障程序流程图。要想实现挪动机器人避障行走的自主控制，所面临的根本问题是：一方面要求有充分的环境信息，另一方面要求能处理所获得的环境信息并使其转化成控制信息。避障算法的设计主要是解决机器人怎样最优的避开障碍物。在初始化阶段，机

7、器人根据自身的尺寸和障碍物的尺寸计算出一个最小平安间隔，然后通过超声波传感器探测出当前与障碍物之间的间隔，比拟这两个间隔的大小后即可确定机器人的运动状态。机器人的详细避障规那么，如表1所示。图4传感器安装位置示意图图5避障程序流程图表1机器人的避障规那么注：传感器的状态为0表示没有障碍物；传感器的状态为1表示有障碍物。6完毕语本文实现了利用超声波测距信息来实现挪动机器人的顺利行走。使用超声波传感器测距，具有信息处理简单、速度快的优点，但它也具有一定的局限性，主要表如今发出的探测波束角度过大、方向性差，只能获得目的的间隔信息，而不能准确的提供目的的位置和边界信息等。在实验经过中，发现当机器人与障碍物之间角度过大时，有可能会发生碰撞。今后的工作是要完成多传感器交融，使机器人可以快速、准却的实现避障功能。