導覽機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

　　移動機器人是機器人學一個重要分支，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的方式檢測道路邊界，效果較好，但干擾信號很強時，就會影響檢測效果。付夢印等提出以踢腳線為參考目標的導航方法，可提高視覺導航的實時性。

　　這里采用視覺導航方式，機器人在基于結(jié)構(gòu)化道路的環(huán)境下實現(xiàn)道路跟蹤，目標點的停靠，以及導游解說，并取得較好的效果。

　2 導覽機器人簡介

　　導覽機器人用在大型展覽館、博物館或其他會展中心，引導參訪者沿著固定路線參訪，向參訪者解說以及進行簡單對話。因此導覽機器人必須具有自主導航、路徑規(guī)劃、智能避障、目標點的?？颗c定位、語音解說以及能與參訪者進行簡單對話等功能，并具有對外界環(huán)境快速反應(yīng)和自適應(yīng)能力。基于層次結(jié)構(gòu)，導覽機器人可分為：人工智能層、控制協(xié)調(diào)層和運動執(zhí)行層。其中人工智能層主要利用CCD攝像頭規(guī)劃和自主導航機器人的路徑，控制層協(xié)調(diào)完成多傳感信息的融合，而運動執(zhí)行層完成機器人行走。圖1為智能導覽機器人的總體結(jié)構(gòu)框圖。

　3 導覽機器人硬件設(shè)計

　　3．1 人工智能層硬件實現(xiàn)

　　考慮到移動機器人控制系統(tǒng)要求處理速度快、方便外圍設(shè)備擴展、體積和質(zhì)量小等要求，因此上位機選用PC104系統(tǒng)，其軟件用C語言編程。采用USB攝像頭，采集機器人前方的視覺信息，為機器人視覺導航，路徑規(guī)劃提供依據(jù)。外設(shè)麥克和揚聲器，當機器人到達目標點后，進行導覽解說。

　　3．1．1 控制協(xié)調(diào)層的硬件實現(xiàn)

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

　　導覽機器人要求傳感器精度稍高，重復性好，抗干擾能力強，穩(wěn)定性和可靠性高。機器人在行進過程中必須能夠準確獲得其位置信息，數(shù)字羅盤可靠輸出航向角，陀螺儀測量偏移并進行必要修正，以保證機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)計選用6個超聲波傳感器和6個紅外傳感器。其中，正前方和正后方各1個，其余4個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距實現(xiàn)避障，而紅外傳感器主要是用于補償超聲波傳感器的盲區(qū)，判斷近距離是否有障礙物。