ATmega16與PC機的移動(dòng)機器人定位系統研究

引言　　

移動(dòng)機器人定位系統的可靠性決定機器人工作的可靠度。目前，機器人定位系統的通信多使用串口通信的方式。串口通信速度較慢，通信正確率波動(dòng)較大，且易受干擾。所以定位系統以CAN總線(xiàn)作為橋梁，使AVR與PC機能快速通信，有機結合，功能互補。AVR單片機ATmega16做底層數據采集有它簡(jiǎn)單性與廉價(jià)性的特點(diǎn)。ATmega16與PC連為一體的系統設計又使系統有較好的兼容性，基于PC平臺的機器人其他程序可以較好地融合進(jìn)來(lái)，通用性較好。定位系統所用定位航跡算法是用光纖陀螺儀感應機器人角度變化，被動(dòng)光電碼盤(pán)計算機器人坐標位置；超聲波傳感器在有標記位置消除定位誤差，起輔助定位作用。

1　傳感器數據傳輸系統設計　　光纖陀螺儀、被動(dòng)光電碼盤(pán)和超聲波傳感器輸出數據由ATmega16的I/O口PA1讀入，如圖1所示。

圖1　基于A(yíng)Tmega16的數據采集節點(diǎn)

數據經(jīng)ATmega16處理后通過(guò)CANL及CANH[12]接口將數據傳送給PC節點(diǎn),如圖2所示。

圖2　CAN總線(xiàn)與PC機數據接口
2　定位算法
2.1　航跡推算
　　設機器人形體中心當前位置為點(diǎn)p0(x0,y0,θ0),在Δt時(shí)間內移動(dòng)到點(diǎn)p1(x1,y1,θ1);θ1是機器人從x0到x1的角度增量，是陀螺儀在Δt內測量得到的;Δt時(shí)間內被動(dòng)碼盤(pán)計量的位移為L；機器人轉彎半徑設為R，O為轉彎中心。圖3(a)中，機器人走直線(xiàn)，這種情況比較簡(jiǎn)單。

圖3　基于碼盤(pán)+陀螺儀的定位算法　　

其坐標變換如下[3]：

圖3(b)中，機器人走曲線(xiàn)的情況，其航跡推算如下：

2.2　超聲波輔助定位算法　　

超聲波傳感器放置在機器人的前端，如圖4所示。CAN總線(xiàn)的數據傳輸方式使添加超聲波傳感器數據采集節點(diǎn)方便可行，不需要改變其他數據采集點(diǎn)的程序。