ATmega16與PC機(jī)的移動機(jī)器人定位系統(tǒng)研究

引言　　

移動機(jī)器人定位系統(tǒng)的可靠性決定機(jī)器人工作的可靠度。目前，機(jī)器人定位系統(tǒng)的通信多使用串口通信的方式。串口通信速度較慢，通信正確率波動較大，且易受干擾。所以定位系統(tǒng)以CAN總線作為橋梁，使AVR與PC機(jī)能快速通信，有機(jī)結(jié)合，功能互補(bǔ)。AVR單片機(jī)ATmega16做底層數(shù)據(jù)采集有它簡單性與廉價性的特點。ATmega16與PC連為一體的系統(tǒng)設(shè)計又使系統(tǒng)有較好的兼容性，基于PC平臺的機(jī)器人其他程序可以較好地融合進(jìn)來，通用性較好。定位系統(tǒng)所用定位航跡算法是用光纖陀螺儀感應(yīng)機(jī)器人角度變化，被動光電碼盤計算機(jī)器人坐標(biāo)位置；超聲波傳感器在有標(biāo)記位置消除定位誤差，起輔助定位作用。

1　傳感器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計　　光纖陀螺儀、被動光電碼盤和超聲波傳感器輸出數(shù)據(jù)由ATmega16的I/O口PA1讀入，如圖1所示。

圖1　基于ATmega16的數(shù)據(jù)采集節(jié)點

數(shù)據(jù)經(jīng)ATmega16處理后通過CANL及CANH[12]接口將數(shù)據(jù)傳送給PC節(jié)點,如圖2所示。

圖2　CAN總線與PC機(jī)數(shù)據(jù)接口
2　定位算法
2.1　航跡推算
　　設(shè)機(jī)器人形體中心當(dāng)前位置為點p0(x0,y0,θ0),在Δt時間內(nèi)移動到點p1(x1,y1,θ1);θ1是機(jī)器人從x0到x1的角度增量，是陀螺儀在Δt內(nèi)測量得到的;Δt時間內(nèi)被動碼盤計量的位移為L；機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)為R，O為轉(zhuǎn)彎中心。圖3(a)中，機(jī)器人走直線，這種情況比較簡單。

圖3　基于碼盤+陀螺儀的定位算法　　

其坐標(biāo)變換如下[3]：

圖3(b)中，機(jī)器人走曲線的情況，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(jī)器人的前端，如圖4所示。CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸方式使添加超聲波傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點方便可行，不需要改變其他數(shù)據(jù)采集點的程序。