基于模糊算法的移动机器人避障寻址的研究

摘要

移动机器人技术可以应用于无人驾驶机动车、无人生产线、仓库、服务机器人、航空航天等领域，作为20世纪自动化领域的重大成就，各种机器人在生产、生活等方面的作用越来越显著，因此研究移动机器人的路径规划、寻迹、避障等方法具有重要的意义。
　　移动机器人的避障和寻址是自主式移动机器人导航的基本环节之一，该问题的主要目标是搜索一条从起始状态到目标状态的无碰路径。在局部路径规划中，由于运行的环境信息完全未知或部分未知，移动机器人的行为必须通过传感器在线地对工作环境进行探测，以获取障碍物的位置、形状和尺寸等信息进行实时控制，进而无碰撞的到达目的地。
　　论文根据目前移动机器人避障运行的研究现状，充分利用TI公司最新推出现代化MT-UROBOT新型移动机器人，独立安装红外避障传感器、火焰探头传感器和地面灰度传感器等探测周围障碍环境以及最终火焰目标点的信息，依据模糊控制规则表，通过TMS320LF2407A核心CPU处理避障转角与主动轮转速之间的运算，完成移动机器人避障寻址智能控制系统，最终使移动机器人在封闭空间内，无碰撞找到火焰点。
　　作者深入研究了基于Mamdani型模糊逻辑模型的移动机器人避障寻址方法，建立了相应的模糊控制规则表。应用粗糙集理论对模糊控制规则表进行约简，计算出传感器信息的权重，以此作为依据，设计出改进的T-S模糊控制器，极大简化了模糊控制决策表，提高了系统的实时性。
　　作者搭建25m2场地以及内部多处障碍，随机放置蜡烛为目标点，设置黑线圈为移动机器人运行终止条件，设计传感器布局并实际安装。使用MT-UROBOT自带软件，采用框图和C语言结合方式进行编程，并进行了多次大量的实际调试工作，达到实验目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究现状及意义

1．1．1 移动机器人的发展状况

1．1．2 移动机器人避障的实际研究状况及意义

1．2 移动机器人的关键技术

1．2．1 机械结构

1．2．2 体系结构

1．2．3 运动规划

1．2．4 定位与导航

1．2．5 智能技术

1．3 论文的主要工作

第2章 移动机器人系统架构

2．1 移动机器人外设系统架构

2．1．1 控制部分

2．1．2 传感器部分

2．1．3 执行部分

2．2 移动机器人的硬件结构

2．2．1 CPU

2．2．2 内存配置

2．2．3 事件管理器模块

2．2．4 片内集成外设

2．2．5 外部存储器

2．2．6 电源与复位电路

第3章 基于Mamdani模糊逻辑模型的移动机器人避障寻址设计

3．1 模糊算法简介

3．2 模糊数学基础理论

3．2．1 模糊集合的相关理论及表示

3．2．2 模糊集合隶属函数的建立及描述

3．2．3 何为模糊关系

3．2．4 模糊逻辑表示及其运算方法

3．2．5 多输入模糊推理机制

3．2．6 多条规则模糊推理过程

3．3 Mamdani型模糊逻辑控制的基本原理

3．3．1 模糊化

3．3．2 知识库

3．3．3 模糊推理

3．3．4 清晰化

3．4 基于Mamdani型模糊逻辑控制的移动机器人避障寻址

3．4．1 变量的定义

3．4．2 建立模糊控制规则表

3．4．3 模糊推理控制器的设计

第4章 基于Takagi-Sugeno模糊逻辑模型的移动机器人避障寻址设计

4．1 Takagi-Sugeno模糊逻辑简介

4．2 传感器信息权重的确定

4．2．1 粗糙集简介

4．2．2 利用粗糙集理论的属性约简

4．2．3 粗糙集理论的基本定义

4．2．4 基于粗糙集理论的传感器信息权重的确定

4．3 建立Takagi-Sugeno模糊控制规则表

4．4 模糊推理控制器的设计

4．5 对比结果与分析

第5章 移动机器人控制方法与实现

5．1 实验环境设计

5．2 传感器位置布局

5．3 移动机器人控制系统设计

5．3．1 火焰探头传感器对目标点角度的计算

5．3．2 转角与电机控制计算

5．3．3 灰度传感器控制移动机器人停止

5．3．4 控制程序设计

5．4 实验结果分析

5．4．1 小范围内移动机器人典型避障寻址实验

5．4．2 正式场地移动机器人实验结果

5．4．3 对实验结果产生影响的因素

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢