陳少博+會斌

摘要：設(shè)計并實現(xiàn)一款基于LC諧振電路的電磁循跡送餐機(jī)器人。送餐機(jī)器人的硬件電路由電磁傳感器組、電源穩(wěn)壓電路、信號放大電路、檢波電路、電機(jī)驅(qū)動電路等硬件組成，軟件上利用PID和模糊算法選擇最適合的路徑。電磁信號檢測相比其它信號檢測的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免送餐環(huán)境對送餐機(jī)器人循跡過程的影響，PID和模糊算法可以使送餐機(jī)器人以最快速度和最優(yōu)路徑完成送餐任務(wù)。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：LC諧振電路；電磁信號；PID；模糊算法

DOIDOI：10.11907/rjdk.171858

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）011010103

0引言

中國社會老齡化問題日趨嚴(yán)重，這將導(dǎo)致勞動力短缺，阻礙中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。智能機(jī)器人在當(dāng)前生產(chǎn)生活中的應(yīng)用越來越廣泛，正在替代人發(fā)揮著日益重要的作用[1]。智能循跡小車是智能機(jī)器人的一種，它利用傳感器感知外部環(huán)境，并實現(xiàn)任務(wù)。近年來，代替服務(wù)員的送餐機(jī)器人應(yīng)用普遍，受到廣泛關(guān)注。但送餐機(jī)器人的傳感器會受到外界環(huán)境的影響，造成路徑識別錯誤，從而影響送餐進(jìn)度。

為了克服外界環(huán)境對送餐機(jī)器人傳感器的影響，本文設(shè)計了一款基于電磁檢測的智能送餐機(jī)器人。該機(jī)器人利用LC諧振電路檢測電磁信號。與其它傳感器相比較，LC諧振電路可以調(diào)節(jié)其檢測頻率并且基本不受外界環(huán)境影響。

1智能送餐機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)

整個智能送餐機(jī)器人硬件上由LC諧振電路制成傳感器組，由干簧管、電源穩(wěn)壓模塊、信號放大模塊、檢波模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊組成，軟件上使用PID和模糊算法控制電機(jī)驅(qū)動，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

送餐機(jī)器人根據(jù)鋪設(shè)的電磁信號循跡，電磁信號由25KHz，100mA的交變電流提供。傳感器接收信號后將信號放大，再經(jīng)過檢波處理后進(jìn)行A/D采樣，采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理后實現(xiàn)電機(jī)控制。送餐機(jī)器人可以利用干簧管檢測起點(diǎn)信號和終點(diǎn)信號，并利用壓力傳感器檢測餐盤是否已經(jīng)被拿起，從而實現(xiàn)送餐功能。

3.2模糊算法

PID控制算法應(yīng)用廣泛，對于寬域有較強(qiáng)的抗干擾能力，但是“試湊法”設(shè)計效率較低，如果控制對象發(fā)生變化，PID參數(shù)不能進(jìn)行自適應(yīng)改變，最終導(dǎo)致系統(tǒng)控制性能變壞[7]。

模糊控制是智能控制策略中廣泛應(yīng)用的一種，它屬于非線性控制。模糊控制的特點(diǎn)是，將專家的實際控制經(jīng)驗和知識表示成計算機(jī)能夠識別的語言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則實現(xiàn)系統(tǒng)控制[8]。

控制回路中輸入量和反饋量形成偏差和偏差變化率，將其模糊化，再得到相應(yīng)的P、I、D變量，根據(jù)變量獲得新的PID參數(shù)，對電機(jī)進(jìn)行控制。

3.3模糊PID驅(qū)動控制

模糊PID由傳統(tǒng)PID控制器、模糊化模塊組成，根據(jù)PID控制器的3個參數(shù)與偏差和偏差變化之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行時不斷檢測偏差及偏差變化，通過事先確定的模糊規(guī)則表，利用模糊推理方法，在線修改PID控制器的3個參數(shù)。PID模糊規(guī)則表如圖8所示，其中，PB表示正大，PM表示正中，PS表示正小，ZO表示零，NS表示負(fù)小，NM表示負(fù)中，NB表示負(fù)大。

送餐機(jī)器人運(yùn)動過程中會產(chǎn)生位置偏移，將送餐機(jī)器人采集到2個連續(xù)位置信號，設(shè)定為Pi和Pi+1，根據(jù)2個位置信號可以獲取2個位置偏差，通過兩個位置偏差的比較可以獲得位置偏差變化。對位置偏差和位置偏差變化進(jìn)行模糊操作可以獲得適應(yīng)軌道的新PID參數(shù)。位置偏差大，新的P值取較大值，D值和I值取較小值，位置偏差小，新的P值、I值取較大，D值取較小。位置變化率的變化趨勢和D值相反。

對位置進(jìn)行采樣獲取位置偏移，并采用模糊PID算法，獲取新的PWM信號，通過兩個電機(jī)的速度差對送餐機(jī)器人進(jìn)行位置修正從而獲取正確路徑。

4模糊PID仿真

利用Matlab對小車的控制和運(yùn)動函數(shù)進(jìn)行仿真所獲得的曲線較為平整，適用于小車的送餐過程，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9仿真結(jié)果

5結(jié)語

本文設(shè)計的智能送餐機(jī)器人，通過對電磁信號的檢測和處理，可以獲取正確的路徑信息，并利用PID和模糊算法優(yōu)化路徑和速度。測試表明，智能送餐機(jī)器人能夠穩(wěn)定、可靠地完成送餐任務(wù)。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：

[1]孟慶春，齊勇，張淑軍，等.智能機(jī)器人及其發(fā)展[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2004，34（5）：831838.

[2]梁躍旋，李焱明，周魯，等.LC諧振選頻電路在某型羅盤接收機(jī)中的研究與應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊，2009（5）：113114.

[3]劉松山.對諧振電路品質(zhì)因數(shù)定義的再認(rèn)識[J].西南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014（9）：200204.

[4]梁冰.高速線陣CCD圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

[5]張明，章國寶.IR2110驅(qū)動電路的優(yōu)化設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2009，17（12）：6667.

[6]符曉玲，姜波.基于DSP的數(shù)字PID控制器設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（7）：129131.

[7]袁帥，汪明，韓穎，等.基于ARM的模糊PID直流電機(jī)控制系統(tǒng)[J].計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2015，24（4）：5863.

[8]鄒敏.基于DSP的直線電機(jī)模糊PID控制系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：孫娟）endprint