導(dǎo)覽機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　移動(dòng)機(jī)器人是機(jī)器人學(xué)一個(gè)重要分支，且隨著相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，它正向著智能化和多樣化方向發(fā)展，應(yīng)用廣泛，幾乎滲透所有領(lǐng)域。于春和采用激光雷達(dá)的方式檢測(cè)道路邊界，效果較好，但干擾信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，就會(huì)影響檢測(cè)效果。付夢(mèng)印等提出以踢腳線為參考目標(biāo)的導(dǎo)航方法，可提高視覺導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性。

　　這里采用視覺導(dǎo)航方式，機(jī)器人在基于結(jié)構(gòu)化道路的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)道路跟蹤，目標(biāo)點(diǎn)的停靠，以及導(dǎo)游解說，并取得較好的效果。

　2 導(dǎo)覽機(jī)器人簡(jiǎn)介

　　導(dǎo)覽機(jī)器人用在大型展覽館、博物館或其他會(huì)展中心，引導(dǎo)參訪者沿著固定路線參訪，向參訪者解說以及進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)話。因此導(dǎo)覽機(jī)器人必須具有自主導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、智能避障、目標(biāo)點(diǎn)的停靠與定位、語音解說以及能與參訪者進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)話等功能，并具有對(duì)外界環(huán)境快速反應(yīng)和自適應(yīng)能力?；趯哟谓Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)覽機(jī)器人可分為：人工智能層、控制協(xié)調(diào)層和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層。其中人工智能層主要利用CCD攝像頭規(guī)劃和自主導(dǎo)航機(jī)器人的路徑，控制層協(xié)調(diào)完成多傳感信息的融合，而運(yùn)動(dòng)執(zhí)行層完成機(jī)器人行走。圖1為智能導(dǎo)覽機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)框圖。

　3 導(dǎo)覽機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)

　　3．1 人工智能層硬件實(shí)現(xiàn)

　　考慮到移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)要求處理速度快、方便外圍設(shè)備擴(kuò)展、體積和質(zhì)量小等要求，因此上位機(jī)選用PC104系統(tǒng)，其軟件用C語言編程。采用USB攝像頭，采集機(jī)器人前方的視覺信息，為機(jī)器人視覺導(dǎo)航，路徑規(guī)劃提供依據(jù)。外設(shè)麥克和揚(yáng)聲器，當(dāng)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)后，進(jìn)行導(dǎo)覽解說。

　　3．1．1 控制協(xié)調(diào)層的硬件實(shí)現(xiàn)

　　機(jī)器人傳感器的選取應(yīng)取決于機(jī)器人的工作需要和應(yīng)用特點(diǎn)。這里選用超聲波傳感器、紅外傳感器、電子羅盤及陀螺儀，采集機(jī)器人周圍環(huán)境信息，為機(jī)器人避障、路徑規(guī)劃提供幫助。利用ARM處理平臺(tái)，通過RS－485總線驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走。

　　導(dǎo)覽機(jī)器人要求傳感器精度稍高，重復(fù)性好，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性和可靠性高。機(jī)器人在行進(jìn)過程中必須能夠準(zhǔn)確獲得其位置信息，數(shù)字羅盤可靠輸出航向角，陀螺儀測(cè)量偏移并進(jìn)行必要修正，以保證機(jī)器人行走的方向不偏離。采用超聲波傳感器和紅外傳感器相結(jié)合的方法獲取前方障礙物信息。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用6個(gè)超聲波傳感器和6個(gè)紅外傳感器。其中，正前方和正后方各1個(gè)，其余4個(gè)超聲波傳感器分別位于正前方和正后方的兩邊，夾角為45°，紅外傳感器分別安裝在超聲波傳感器的正上方1～2 cm處。超聲波傳感器主要通過測(cè)距實(shí)現(xiàn)避障，而紅外傳感器主要是用于補(bǔ)償超聲波傳感器的盲區(qū)，判斷近距離是否有障礙物。