基于模糊控制的機(jī)器人尋線控制系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

1 引言
自主式移動(dòng)機(jī)器人集機(jī)械、電子、檢測(cè)技術(shù)與智能控制于一體IlJ。是目前國(guó)際機(jī)器人研究的熱點(diǎn)。基于移動(dòng)速度和方向易于控制，輪式移動(dòng)機(jī)器人是最為常見(jiàn)的移動(dòng)機(jī)器人。移動(dòng)機(jī)器人研究的重要課題就是：機(jī)器人向目標(biāo)方向移動(dòng)中，能夠自動(dòng)按照地面的導(dǎo)引線到達(dá)某一標(biāo)志物并完成相應(yīng)動(dòng)作。針對(duì)這一課題近年來(lái)電子競(jìng)賽中都有機(jī)器人自動(dòng)尋導(dǎo)引線行走的題目翻。這也是移動(dòng)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題之一，是解決移動(dòng)機(jī)器人在自由環(huán)境自主行動(dòng)的基礎(chǔ)。
以前尋線機(jī)器人設(shè)計(jì)中，其尋線控制系統(tǒng)一般采用如下方式：尋線傳感器信號(hào)直接輸入至控制器判斷是否偏離導(dǎo)引線，通過(guò)控制左右驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差調(diào)整機(jī)器人在引導(dǎo)線上的位置，這種方法控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但機(jī)器人在引導(dǎo)線上將“搖擺”前進(jìn)，針對(duì)傳統(tǒng)尋線系統(tǒng)這一缺點(diǎn)，基于模糊控制思想，這里設(shè)計(jì)一種新型基于多傳感器信息融合的尋線控制系統(tǒng)，使尋線機(jī)器人可以平穩(wěn)地按照引導(dǎo)線行走。

2 傳感器結(jié)構(gòu)
尋線傳感器技術(shù)主要是利用黑白兩種顏色對(duì)光的反射程度不同，采用發(fā)光二極管和光電三極管組成反射式傳感器檢測(cè)黑色導(dǎo)引線信息。本文用反射式光電傳感器TCRT5000組成尋線傳感器模塊，其應(yīng)用電路如圖1所示。

改進(jìn)尋線控制系統(tǒng)主要是對(duì)傳感器模塊的結(jié)構(gòu)以及安裝形式相應(yīng)調(diào)整。傳統(tǒng)的尋線傳感器一般由3路或4路反射式光電傳感器組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)導(dǎo)引線信息量獲取不足。該尋線傳感器模塊采用8路反射式光電傳感器，車體前端和后端各裝一個(gè)傳感器模塊。

3 模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
模糊推理是對(duì)人腦邏輯推理能力的一種近似模擬，它首先通過(guò)模糊集和隸屬度函數(shù)來(lái)描述某事件或現(xiàn)象的模糊性以及不確定性，然后利用領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)建立模糊規(guī)則，通過(guò)各種模糊算子進(jìn)行模糊運(yùn)算，得出相應(yīng)的模糊結(jié)論，從而實(shí)現(xiàn)模糊推理系統(tǒng)的輸入和輸出之間的非線性映射，所以模糊推理實(shí)際上是一種不確定的近似推理。利用模糊推理多傳感器信息融合的基本步驟如下：
(1)傳感器選擇根據(jù)實(shí)際需要，選取適當(dāng)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，獲取研究對(duì)象的有關(guān)信息，并對(duì)其信息進(jìn)行預(yù)處理。
(2)模糊推理系統(tǒng)設(shè)計(jì)此環(huán)節(jié)包括模糊隸屬函數(shù)和模糊推理規(guī)則的確定。按照各種隸屬函數(shù)的確定方法，用模糊集和隸屬函數(shù)描述傳感器信息；針對(duì)具體問(wèn)題，利用專家的領(lǐng)域知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)確定模糊推理規(guī)則。
(3)模糊推理 通過(guò)各種模糊邏輯算子，計(jì)算每一條規(guī)則的結(jié)論，其中每條結(jié)論代表規(guī)則前件對(duì)規(guī)則的滿足程度。