基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能清潔機器人避障系統(tǒng)的研究與設(shè)計.pdf

1、智能清潔機器人是自動化控制技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其集成了自動化控制領(lǐng)域和人工智能的多學(xué)科的知識。作為一種服務(wù)型機器人其包含機器人領(lǐng)域的傳感器技術(shù)、自動回充技術(shù)、自動避障技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)以及電源技術(shù)等，清潔機器人產(chǎn)品的智能化水平是以上各領(lǐng)域技術(shù)的綜合體現(xiàn)，相比于其他技術(shù)的研究，目前在清潔機器人避障方面的研究還有很大的提升空間。本文針對當(dāng)前清潔機器人避障控制存在的問題，提出了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的避障控制策略，并針對具體需求，對避障控

2、制進行了系統(tǒng)化的設(shè)計。環(huán)境識別是清潔機器人避障的前提，對障礙物進行有效探測是避障控制的基本保證。本文環(huán)境識別系統(tǒng)由分布在清潔機器人的不同方位的超聲波傳感器和反射式紅外傳感器構(gòu)成，各個傳感器采集到的信息將利用多傳感器信息融合技術(shù)，進行預(yù)處理，然后交于控制系統(tǒng)進行環(huán)境的數(shù)據(jù)分析和避障控制決策處理。考慮到以上數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性，本文避障系統(tǒng)的設(shè)計采用 ARM+DSP處理模式，即利用STM32F103和TMS320F2812作為控制系統(tǒng)的核心處理

3、芯片。其中，STM32F103作為上位機處理清潔機器人在避障過程中的中斷信號、人機交互以及驅(qū)動模塊控制；TMS320F2812作為下位機，利用其高速運算能力實現(xiàn)對多傳感器信息融合和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)避障算法的處理，上位機和下位機采用CAN總線進行實時通訊。
　　本研究在避障控制算法研究的基礎(chǔ)之上，對控制系統(tǒng)的各個模塊進行了詳細(xì)設(shè)計：包括傳感器模塊、動力驅(qū)動模塊、電源模塊、串口通訊模塊等。對環(huán)境傳感器的總布局以及超聲波傳器、反射式紅外傳感

4、器和陀螺儀傳器的硬件電路進行了設(shè)計；驅(qū)動模塊當(dāng)中，對清潔機器人的差動驅(qū)動方式和PWM驅(qū)動模式進行了研究，并且對H橋驅(qū)動電路進行了設(shè)計；基于全局坐標(biāo)和相對坐標(biāo)，對清潔機器人進行了系統(tǒng)化的建模分析，并且基于實際避障環(huán)境，對障礙物模型進行分析和歸類。本文還對模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基本理論進行了研究，結(jié)合具體控制需求，設(shè)計了清潔機器人避障的模糊控制規(guī)則，在此基礎(chǔ)之上，對模糊控制的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)進行了詳細(xì)設(shè)計。本文最后搭建了避障控制的仿真環(huán)境，