輪式自動(dòng)機器人控制系統

　　引言

　　自主移動(dòng)機器人是指具有行動(dòng)決策和規劃，以及自動(dòng)執行能力，集人工智能、智能控制、信息處理、檢測與轉換等專(zhuān)業(yè)技術(shù)為一體的系統。一般移動(dòng)機器人都是基于行為的，機器人只有到達指定位置才開(kāi)始執行其他動(dòng)作，因此導航和定位是移動(dòng)機器人研究的重要問(wèn)題。本文采用陀螺儀和光電編碼器的慣性導航方式，并且采用LPC2478構建整個(gè)控制系統，并在一臺機器人上得以實(shí)現。

　　本設計的輪式自動(dòng)機器人的控制系統主要分為主控模塊、傳感器采集模塊、運動(dòng)控制模塊、執行動(dòng)作控制模塊和人機交互模塊五個(gè)部分。傳感器采集處理模塊主要采集陀螺儀和編碼器的信息并作初步的處理，構成機器人的感知單元，相當于機器人的“五官”。主控模塊是機器人的智能單元，對采集到的外部信息進(jìn)行分析處理并做出決策，相當于機器人的“大腦”。運動(dòng)控制模塊和執行動(dòng)作控制模塊是機器人的執行單元，相當于機器人的“四肢”。人機交互模塊完成人對機器人的設置，并且能夠顯示機器人的運行狀態(tài)，是人和機器人之間的“橋梁”。

　　硬件系統

　　硬件系統在設計時(shí)采用模塊化的思想，為了提高系統的處理速度和并行工作能力，整個(gè)系統采用了一個(gè)包含多個(gè)處理器的可以并行工作的高效系統。每個(gè)模塊都擁有獨立的處理器使得整個(gè)系統很容易根據具體應用進(jìn)行裁剪和擴展。

　　整個(gè)硬件系統組成如圖1所示。硬件系統的所有模塊在主控模塊的控制下協(xié)調工作，主控模塊采用NXP公司ARM7微控制器LPC2478，該器件具有豐富的通信接口，很容易將其他模塊連接在一起實(shí)現集中控制。CPLD傳感器采集模塊將采集到的傳感器信息通過(guò)SPI發(fā)送給主控模塊。運動(dòng)控制模塊采用工業(yè)運動(dòng)控制器，內部集成的DSP實(shí)現走行電機的閉環(huán)控制。執行動(dòng)作控制模塊采用LPC2114，通過(guò)UART來(lái)接收主控模塊的控制指令，根據指令來(lái)控制執行機構完成相應的動(dòng)作。

　　主控模塊

　　主控模塊是整個(gè)機器人控制系統的核心，集中控制系統的其他模塊。主控模塊需要接收傳感器采集模塊的信息，并對各種傳感器的信息進(jìn)行處理和分析，做出相應的決策來(lái)控制機器人的運動(dòng)軌跡和執行動(dòng)作。因此各個(gè)模塊都需要連接到主控模塊上，主控模塊通過(guò)通信接口接收信息和發(fā)送指令信息，這就要求主控制器要有豐富的通信接口。LPC2478 ARM7處理器為這種多類(lèi)型的通信應用提供了理想的解決方案。它包括4個(gè)UART接口、1個(gè)SPI接口、1個(gè)SSP接口、USB控制器等，豐富的串行接口使系統連接變得非常簡(jiǎn)單，并且給系統升級留下了空間。