實時修正偏移量的循跡機器人控制系統研究與實現

周靖皓

摘要當前，人們要求循跡機器人智能性強、可操控性強、可拓展性強、具備實時修正偏移功能，本次依人們的需求設計了一套實時修正偏移量的循跡機器人控制系統。通過實驗可知，該次的實時修正偏移量的循跡機器人可準確依軌跡路線前進，具有較高的實用性。

關鍵詞實時修正偏移量；循跡機器人；控制系統

循跡機器人，就是能自動讀取行跡路線，智能完成行進過程的機器人。循跡機器人可應用在工業生產上、道路運輸上、商業服務上。當前，人們要求循跡機器人智能性強、可操控性強、可拓展性強、具實時修正偏移功能，本次依人們的需求設計了一套實時修正偏移量的循跡機器人控制系統。

1實時修正偏移量的循跡機器人控制系統設計原理

循跡機器人的設計原理為將機器人設計為四輪小車，應用直流減速電機驅動設備為循跡機器人提供動力，車的前輪可就向、左、右3個方向驅動，后車輪可自由轉動。力體的左前、右前、右后、右后4個方設裝置傳感器，接收驅動信息。傳感器將接收的信息傳輸給主控芯片，主控芯片處理數據信息，給予控制判斷，控制車體驅動器。車體驅動器向車體傳達驅動信息，控制車體的行動。

2實時修正偏移量的循跡機器人控制系統實現方法

2.1硬件系統設計

將硬件整體設計分為4個模塊：第一個模塊，車體控制模塊設計、它由PLC控制，PLC中設置循跡機器人的所有程序模塊，它負責循跡機器人的數據處理工作，實現循跡機器人的智能化功能；第二個模塊，車體電路驅動功能，它為循跡機器人提供電力支持；第三個模塊，信號輸入輸出功能，雖然車體電路驅動功能自帶有信號輸入輸出的功能，然而它的信號輸入、輸出功能不強，需要強化信號輸入輸出輔助功能；第四個模塊，傳感器的功能，它負責讀出循跡路線，將反射線轉化為電平數據。

2.2軟件系統設計

2.2.1PLC軟件系統流程設計（如表1所示）

表1為PLC軟件系統流程設計：循跡機器人依次流程設計完成循跡控制。

2.2.2 PLC循跡的方式設計

PLC循跡的方式為應用循環掃描的方式接收傳感器傳來的信息。PLC具有定時、循環、中斷掃描多種方式。循環掃描方式為用戶設定循環圖，PLC依圖循環執行；定時掃描為用戶設定循環時間，傳感器一次接受一段時間傳感器傳來的描描圖；中斷掃描包括掃描圖循計中斷、高數計速中斷、定時中斷3種方式，PLC依中斷命令中止循跡作業。PID算法又稱Proportional，Integral and Derivative算法，它是PLC閉環控制的一種算法。訪次PLC循環應用PID算法。

2.2.3 PID實時修正偏移量的算法設計

PID實時修正偏移量的算法為步驟3的執行邏輯，它是實時修正偏移量的循跡機器人控制系統最核心的部分。

1）基本算法設計。算法在OuastuslI軟件平臺基礎上完成，應用Verilog HDL語言編程。循跡機器人行進時發射擊紅外光線，當紅外光線掃描黑色時，紅外線無法接受到反射線，此時白找麻煩模塊輸出高電平；反之，則能接受反射線，輸出低電平。應用此原理，循跡機器人可以一邊行進，一邊閱讀反射光線，控制電平。PLC搜集電平數據信息，實時修正偏移量，令機器人依預設的黑色軌跡行進。

PID可控制參數為成比例的反應控制偏差信號e（t）；成積分時間常熟參數T，T的大小決定積分強弱；反應偏差信號，反應偏差信號為預先修正的預數，這一預數由數種規則決定性。

2）專家PID算法規則。PID算法規則，就是一邊計算上一次招描的資源與這一次掃描的姿勢，結合數據計算得到反應偏差信號，這就是實時修正偏移量的原理。比如現在機器人運行姿態由直線00000100000轉到了右微偏00010000000，經計算獲得偏差量，即微調PID控制參數。

3）專家PID算法修正系數。專家PID算法修正系數不止一種規則。現建立距離偏差Ad修正系數的規則，這一規則根據距離的偏差進行修正。設修正系數的范圍為1cm～5cm，結合PID參數影響規律建立偏差Ad對PID控制參數的修正系數表K如表2。

表2偏差Ad對P19D控制參數的修正系數表Ktz

結合距離變化率A對PID控制參數的修正系數K，現將參樣周期設定為一個距離的變化率，修正系數如表3。

4）專家修正參數計算公式。專家參數PID的計算公式為：

結合專家參數PID的計算公式代入（1）即為實時修正偏移量的循跡機器人控制系統算法。

3實時修正偏移量的循跡機器人控制系統實現效果

為了說明該次實時修正偏移量的循跡機器人控制系統實現的效果，現做了8次循跡機器人控制系統行進實驗，實驗數據如表4。

在表4中，E1為實際理想軌跡與實際循跡軌跡最大的偏差。E2為循跡機器人最終到達目標點與理論目標點的最大偏差。

從表4可以看到該次設計的循跡機器人具有一邊行進、一邊閱讀數據，進行智能糾偏的功能。除了機器人在大幅拐彎時，會出現拐性較大，軌跡略為偏移，然而它會依閱讀的軌跡繼續調整行進路線。該次設計的循跡機器人進行路線可依黑線設定的進行路線前進，預設路線與設計路線重合率極高。

4結論

本次設計的實時修正偏移量的循跡機器人由PLC系統控制循跡機器人的行進軌跡，應用PID實時修正偏移量的算法控制PID的偏移量，應用PID專家算法修正控制參數。通過實驗可知該次的實時修正偏移量的循跡機器人可準確依軌跡路線前進，具有較高的實用性。endprint