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基于模糊PID控制技术的移动机器人研究

虞杨阳  
【摘要】:移动机器人是机器人技术领域中的一个重要分支,跨越了计算机、自动控制、机械、电子等各个学科。在炸药和火工品制造行业的车间及仓库里,危险原料和产品的搬运仍然由工人亲自完成,具有重大的安全隐患。本文设计了一种基于视觉导航和模糊PID控制的移动机器人系统,该系统代替工人进行搬运工作,提高工人的安全。 本文阐述了移动机器人模糊PID控制系统的基本原理,研究了移动机器人的系统结构和运动学模型,在此基础上搭建了系统的硬件平台。硬件系统包括以下模块:基于16位单片机MC9S12XS128MAL微控制器系统电路、基于AD芯片TLC5510和视频分离芯片LM1881的图像采集电路、H桥电机驱动电路、E18-D80NK红外传感器障碍物检测电路、光电传感器测速电路以及4*4矩阵键盘和LCD12864接口电路。该硬件系统可以实现视频及行、场同步信号的快速采集,有效驱动电机运行,实现避障和轨迹跟踪的功能。 在硬件设计的基础上,开发了移动机器人的软件系统:包括图像采集和处理子程序、舵机模糊PID控制算法、电机测速和模糊控制算法。文中研究了非等间距的采样算法,降低了采样过程中梯形失真的影响;在图像预处理中,研究了一种基于中值滤波和固定阈值的图像二值化算法;在路径跟踪中,研究了基于导航线宽度门限和基准中心线的提取算法。采用模糊PID控制算法,既解决了模糊控制的控制精度不高的问题,也解决了PID抗干扰性差的问题,使得移动机器人的稳定性和抗干扰性更好。 最后,通过对移动机器人的软件系统和硬件系统的联合调试,验证了该系统的可靠性和稳定性,实现了移动机器人路径跟踪和避障的功能,达到了预期的效果。


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