實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

周靖皓

摘要當(dāng)前，人們要求循跡機(jī)器人智能性強、可操控性強、可拓展性強、具備實時修正偏移功能，本次依人們的需求設(shè)計了一套實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)。通過實驗可知，該次的實時修正偏移量的循跡機(jī)器人可準(zhǔn)確依軌跡路線前進(jìn)，具有較高的實用性。

關(guān)鍵詞實時修正偏移量；循跡機(jī)器人；控制系統(tǒng)

循跡機(jī)器人，就是能自動讀取行跡路線，智能完成行進(jìn)過程的機(jī)器人。循跡機(jī)器人可應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)上、道路運輸上、商業(yè)服務(wù)上。當(dāng)前，人們要求循跡機(jī)器人智能性強、可操控性強、可拓展性強、具實時修正偏移功能，本次依人們的需求設(shè)計了一套實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)。

1實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計原理

循跡機(jī)器人的設(shè)計原理為將機(jī)器人設(shè)計為四輪小車，應(yīng)用直流減速電機(jī)驅(qū)動設(shè)備為循跡機(jī)器人提供動力，車的前輪可就向、左、右3個方向驅(qū)動，后車輪可自由轉(zhuǎn)動。力體的左前、右前、右后、右后4個方設(shè)裝置傳感器，接收驅(qū)動信息。傳感器將接收的信息傳輸給主控芯片，主控芯片處理數(shù)據(jù)信息，給予控制判斷，控制車體驅(qū)動器。車體驅(qū)動器向車體傳達(dá)驅(qū)動信息，控制車體的行動。

2實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)實現(xiàn)方法

2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計

將硬件整體設(shè)計分為4個模塊：第一個模塊，車體控制模塊設(shè)計、它由PLC控制，PLC中設(shè)置循跡機(jī)器人的所有程序模塊，它負(fù)責(zé)循跡機(jī)器人的數(shù)據(jù)處理工作，實現(xiàn)循跡機(jī)器人的智能化功能；第二個模塊，車體電路驅(qū)動功能，它為循跡機(jī)器人提供電力支持；第三個模塊，信號輸入輸出功能，雖然車體電路驅(qū)動功能自帶有信號輸入輸出的功能，然而它的信號輸入、輸出功能不強，需要強化信號輸入輸出輔助功能；第四個模塊，傳感器的功能，它負(fù)責(zé)讀出循跡路線，將反射線轉(zhuǎn)化為電平數(shù)據(jù)。

2.2軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1PLC軟件系統(tǒng)流程設(shè)計（如表1所示）

表1為PLC軟件系統(tǒng)流程設(shè)計：循跡機(jī)器人依次流程設(shè)計完成循跡控制。

2.2.2 PLC循跡的方式設(shè)計

PLC循跡的方式為應(yīng)用循環(huán)掃描的方式接收傳感器傳來的信息。PLC具有定時、循環(huán)、中斷掃描多種方式。循環(huán)掃描方式為用戶設(shè)定循環(huán)圖，PLC依圖循環(huán)執(zhí)行；定時掃描為用戶設(shè)定循環(huán)時間，傳感器一次接受一段時間傳感器傳來的描描圖；中斷掃描包括掃描圖循計中斷、高數(shù)計速中斷、定時中斷3種方式，PLC依中斷命令中止循跡作業(yè)。PID算法又稱Proportional，Integral and Derivative算法，它是PLC閉環(huán)控制的一種算法。訪次PLC循環(huán)應(yīng)用PID算法。

2.2.3 PID實時修正偏移量的算法設(shè)計

PID實時修正偏移量的算法為步驟3的執(zhí)行邏輯，它是實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)最核心的部分。

1）基本算法設(shè)計。算法在OuastuslI軟件平臺基礎(chǔ)上完成，應(yīng)用Verilog HDL語言編程。循跡機(jī)器人行進(jìn)時發(fā)射擊紅外光線，當(dāng)紅外光線掃描黑色時，紅外線無法接受到反射線，此時白找麻煩模塊輸出高電平；反之，則能接受反射線，輸出低電平。應(yīng)用此原理，循跡機(jī)器人可以一邊行進(jìn)，一邊閱讀反射光線，控制電平。PLC搜集電平數(shù)據(jù)信息，實時修正偏移量，令機(jī)器人依預(yù)設(shè)的黑色軌跡行進(jìn)。

PID可控制參數(shù)為成比例的反應(yīng)控制偏差信號e（t）；成積分時間常熟參數(shù)T，T的大小決定積分強弱；反應(yīng)偏差信號，反應(yīng)偏差信號為預(yù)先修正的預(yù)數(shù)，這一預(yù)數(shù)由數(shù)種規(guī)則決定性。

2）專家PID算法規(guī)則。PID算法規(guī)則，就是一邊計算上一次招描的資源與這一次掃描的姿勢，結(jié)合數(shù)據(jù)計算得到反應(yīng)偏差信號，這就是實時修正偏移量的原理。比如現(xiàn)在機(jī)器人運行姿態(tài)由直線00000100000轉(zhuǎn)到了右微偏00010000000，經(jīng)計算獲得偏差量，即微調(diào)PID控制參數(shù)。

3）專家PID算法修正系數(shù)。專家PID算法修正系數(shù)不止一種規(guī)則。現(xiàn)建立距離偏差A(yù)d修正系數(shù)的規(guī)則，這一規(guī)則根據(jù)距離的偏差進(jìn)行修正。設(shè)修正系數(shù)的范圍為1cm～5cm，結(jié)合PID參數(shù)影響規(guī)律建立偏差A(yù)d對PID控制參數(shù)的修正系數(shù)表K如表2。

表2偏差A(yù)d對P19D控制參數(shù)的修正系數(shù)表Ktz

結(jié)合距離變化率A對PID控制參數(shù)的修正系數(shù)K，現(xiàn)將參樣周期設(shè)定為一個距離的變化率，修正系數(shù)如表3。

4）專家修正參數(shù)計算公式。專家參數(shù)PID的計算公式為：

結(jié)合專家參數(shù)PID的計算公式代入（1）即為實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)算法。

3實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)實現(xiàn)效果

為了說明該次實時修正偏移量的循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)實現(xiàn)的效果，現(xiàn)做了8次循跡機(jī)器人控制系統(tǒng)行進(jìn)實驗，實驗數(shù)據(jù)如表4。

在表4中，E1為實際理想軌跡與實際循跡軌跡最大的偏差。E2為循跡機(jī)器人最終到達(dá)目標(biāo)點與理論目標(biāo)點的最大偏差。

從表4可以看到該次設(shè)計的循跡機(jī)器人具有一邊行進(jìn)、一邊閱讀數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能糾偏的功能。除了機(jī)器人在大幅拐彎時，會出現(xiàn)拐性較大，軌跡略為偏移，然而它會依閱讀的軌跡繼續(xù)調(diào)整行進(jìn)路線。該次設(shè)計的循跡機(jī)器人進(jìn)行路線可依黑線設(shè)定的進(jìn)行路線前進(jìn)，預(yù)設(shè)路線與設(shè)計路線重合率極高。

4結(jié)論

本次設(shè)計的實時修正偏移量的循跡機(jī)器人由PLC系統(tǒng)控制循跡機(jī)器人的行進(jìn)軌跡，應(yīng)用PID實時修正偏移量的算法控制PID的偏移量，應(yīng)用PID專家算法修正控制參數(shù)。通過實驗可知該次的實時修正偏移量的循跡機(jī)器人可準(zhǔn)確依軌跡路線前進(jìn)，具有較高的實用性。endprint