基于模糊控制超声波避障算法的巡检机器人研究与设计

摘要

核电站内的辐射会给工作人员带来显性或者隐性的健康影响，因此用机器人来代替工作人员从事相关的巡检、探测成为一种趋势。在现有的人工智能技术水平下，巡检机器人还无法在像核电站这样的复杂环境中完全自主工作，因此研究具有人机交互接口的遥操作巡检机器人是一种比较现实的选择。为了提高工作效率，巡检机器人还应具有一定自主工作能力，如自主避障等。因此具有一定自主工作能力的遥操作巡检机器人具有重要的应用前景。
　　本文设计了一种能够实现爬楼梯的履带式巡检机器人，基于模糊控制算法该机器人能实现自主避障，通过WIFI通信模块及人机交互界面可以实现远程控制。
　　在机构设计上，选择前端倾斜式履带结构，选择RE35直流伺服电机驱动机器人运动，通过左右两驱动轮的速度差实现机器人转弯运动；在硬件电路设计上，采用模块化设计方法，设计了基于STM32的主控制器，电源，电机驱动，通信以及各种检测模块。
　　其次，设计了基于模糊控制的超声波避障算法实现巡检机器人自主避障。分析巡检机器人运动模型，得出机器人转弯角度和两驱动轮转速关系,采用六个超声波传感器构成超声波阵列检测障碍物相对位置，并进行超声波测距误差补偿，使得处理后的测距误差在1 cm的范围内。基于模糊控制算法，将六个超声波的方位信息和测得的障碍物距离信息融合作为模糊控制器的输入，经模糊推理得到机器人两驱动轮的速度给定值，最后采用PID控制算法实现巡检机器人避障。
　　论文进行了仿真和实际实验，实验结果表明，当有单个和多个障碍物时，巡检机器人能够自主检测出障碍物的位置信息，并自主避障；当遇到成直角类型的障碍物时，巡检机器人也能够自主退出直角障碍区域，绕过障碍物。