移動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證的系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王雪 蘇勃赫 張文瑞 楊興旺 王樹(shù)偉

摘要：移動(dòng)機(jī)器人算法研究目前在Matlab編寫算法上和仿真性能上仍然存在一定問(wèn)題，因此需要設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證的系統(tǒng)。本文首先對(duì)啟動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證所存在的問(wèn)題進(jìn)行了概括性闡述，接著重點(diǎn)討論了移動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證的系統(tǒng)設(shè)計(jì)路徑，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高移動(dòng)機(jī)器人算法水平。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)機(jī)器人;算法驗(yàn)證;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言：

移動(dòng)機(jī)器人可以自動(dòng)執(zhí)行各項(xiàng)工作，能夠一定程度上解放人力成本，提高工作水平，在多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用。但目前移動(dòng)機(jī)器人算法的編寫仍然會(huì)出現(xiàn)漏洞，不利于移動(dòng)機(jī)器人的正常應(yīng)用，很容易影響各個(gè)領(lǐng)域的工作效率。因此需要對(duì)應(yīng)機(jī)器人算法驗(yàn)證的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證算法的準(zhǔn)確性。

1.移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)存問(wèn)題概覽

智能移動(dòng)機(jī)器人具有環(huán)境感知、行動(dòng)規(guī)劃與決策、行為執(zhí)行與控制等多種功能，集傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)工程、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)于一身，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)、國(guó)防工作等等當(dāng)中都有一定的應(yīng)用。Matlab作為一種較為先進(jìn)的數(shù)學(xué)計(jì)算工具，在移動(dòng)機(jī)器人的算法、模型實(shí)驗(yàn)和科學(xué)計(jì)算當(dāng)中均有應(yīng)用，但在實(shí)際操作過(guò)程中，該工具仍然存在部分問(wèn)題。首先，移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)設(shè)計(jì)條件和功能需求的變化，接口也會(huì)發(fā)生變化，一般會(huì)采用線纜連接或WiFi連接的方式解決控制器接口不一致的問(wèn)題，但線纜連接不適合機(jī)器人的移動(dòng)，WiFi連接的穩(wěn)定性又比較差，且傳輸協(xié)議相對(duì)復(fù)雜，不利于實(shí)時(shí)控制算法性能。其次目前移動(dòng)機(jī)器人的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)仍然有待完善，嵌入式系統(tǒng)與接口的通信協(xié)議仍然需要優(yōu)化處理，否則會(huì)造成算法結(jié)果不準(zhǔn)確、監(jiān)控工作實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的現(xiàn)存問(wèn)題往往會(huì)導(dǎo)致Matlab得不到充分的應(yīng)用，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)機(jī)器人的算法狀況得不到及時(shí)有效的監(jiān)督，影響移動(dòng)機(jī)器人的正常運(yùn)行。

2.移動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

2.1無(wú)線智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

無(wú)線智能監(jiān)控系統(tǒng)需要做到符合信息傳輸協(xié)議，并解決傳統(tǒng)無(wú)線連接當(dāng)中的智能監(jiān)控系統(tǒng)不夠穩(wěn)定的問(wèn)題，保證移動(dòng)機(jī)器人算法可以時(shí)刻受到監(jiān)控且不耽誤數(shù)據(jù)獲取工作的進(jìn)行。因此可以在移動(dòng)機(jī)器人的無(wú)線智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建中使用意法半導(dǎo)體STM32單機(jī)片作為控制器，同時(shí)充分利用Matlab中的相關(guān)工具箱進(jìn)行上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)，做好上位機(jī)與移動(dòng)機(jī)器人之間的連接協(xié)調(diào)，其主要設(shè)計(jì)原理為解決移動(dòng)機(jī)器人的控制端口問(wèn)題，以達(dá)到提高傳輸效率的目的。在進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器無(wú)線智能監(jiān)控系統(tǒng)的具體構(gòu)建時(shí)，要注意考慮到移動(dòng)機(jī)器人的接口設(shè)計(jì)，使用合適的腳本、函數(shù)與模型，保證算法結(jié)果傳輸過(guò)程符合傳輸協(xié)議，最終保證計(jì)算結(jié)果可以順利進(jìn)入移動(dòng)機(jī)器人端，Matlab中的軟件接收到移動(dòng)機(jī)器人所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后可以對(duì)其進(jìn)行新一步處理。STM32單機(jī)片和Matlab工具箱的使用可以加快移動(dòng)機(jī)器人控制端口的識(shí)別效率，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的高效建立，極大程度地解決了算法結(jié)果傳輸不及時(shí)、準(zhǔn)確性不高的問(wèn)題，具有重要的意義。

2.2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)又分為嵌入式硬件設(shè)計(jì)和嵌入式軟件設(shè)計(jì)，需要滿足移動(dòng)機(jī)器人在活動(dòng)過(guò)程中通信的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)其體積較小的特點(diǎn)也可以滿足移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)頻繁活動(dòng)的要求，解決移動(dòng)機(jī)器人接口不同的問(wèn)題。在進(jìn)入嵌入式硬件設(shè)計(jì)工作時(shí)，一般要在計(jì)算機(jī)端和移動(dòng)機(jī)器人端同時(shí)使用ARMCor-tex-M3內(nèi)核單片機(jī)，作微控制器用，同時(shí)還要配合無(wú)線收發(fā)器和相應(yīng)的手法模塊完成數(shù)據(jù)的收取和發(fā)送。在該內(nèi)核單機(jī)片的使用情況下，信息傳輸距離最大可達(dá)2km，對(duì)于工作環(huán)境主要在室內(nèi)的移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)綽綽有余;且通信效率也很高，在通信范圍內(nèi)最高可達(dá)每秒4M，使移動(dòng)機(jī)器人可以進(jìn)行一些大體積數(shù)據(jù)的傳輸。該類硬件可以在移動(dòng)機(jī)器人上固定，自行選擇供電方式，使用方法十分靈活。嵌入式軟件的主要功能則是要做好無(wú)線模塊與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)往來(lái)管理，可以直接使用STM32數(shù)據(jù)幀的直接存儲(chǔ)器進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，使數(shù)據(jù)提取工作不經(jīng)過(guò)CPU，有效減少CPU的工作量。STM32還需要對(duì)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證通信的順利進(jìn)行。

2.3上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)可以使用多種手段進(jìn)行，例如C++、C#、VB等等，既可以在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行，也可以使用組態(tài)軟件配置中進(jìn)行，但無(wú)論以何種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，都無(wú)法直接使用Matlab中的腳本，因此最方面的方法還是在Matlab中的GUI集成工具箱中進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。在使用GUI工具箱進(jìn)行上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，要保證軟件界面布局合理，方便進(jìn)行操作，例如在進(jìn)行數(shù)據(jù)手法和解析模塊的設(shè)計(jì)時(shí)，要注意緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的顯示方式，方便數(shù)據(jù)終端的讀取。要做好串口參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)解析模塊、外部算法接口模塊、繪圖與數(shù)據(jù)的保存模塊之間的調(diào)節(jié)工作，使每個(gè)模塊都能發(fā)揮出最大功能，且每個(gè)模塊工作的質(zhì)量都有所保證。最后還要注意在設(shè)計(jì)之后要進(jìn)行實(shí)際操作檢驗(yàn)，保證上位機(jī)軟件能夠正常運(yùn)行。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行移動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要尤其注意優(yōu)化移動(dòng)機(jī)器人端與上位機(jī)端之間的信息傳輸路徑，同時(shí)還要優(yōu)化好配套的檢測(cè)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以提高移動(dòng)機(jī)器人算法驗(yàn)證的質(zhì)量，保證移動(dòng)機(jī)器人可以正常運(yùn)行，進(jìn)而提高移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)水平，促進(jìn)各個(gè)工作行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文學(xué)，饒運(yùn)清，戚得眾，易王畫.全向輪機(jī)器人路徑規(guī)劃與導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. ?機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2014（12）.

[2] 任國(guó)華. 移動(dòng)機(jī)器人軌跡跟蹤與運(yùn)動(dòng)控制[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2014（03）.

[3] 譚民，王碩. 機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào). 2013（07）.

[4] 羅勇，師黎，周亮杰，樊紅琨，楊春.動(dòng)物機(jī)器人新型智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. ?儀器儀表學(xué)報(bào). 2012（11）.

[5] 王戰(zhàn)軍，沈明. ?基于Matlab GUI的串口通信編程實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù). 2010（09）.

[6] 李磊，葉濤，譚民，陳細(xì)軍. ?移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來(lái)[J].機(jī)器人. 2002（05）.

作者簡(jiǎn)介：

王雪（1996.10—），男，漢族，籍貫：河北衡水人，北華航天工業(yè)學(xué)院電子與控制工程學(xué)院，20級(jí)在讀研究生，碩士學(xué)位，專業(yè)：電子信息，研究方向：控制工程.