基于LC諧振電路的智能送餐機(jī)器人設(shè)計(jì)

陳少博+會(huì)斌

摘要：設(shè)計(jì)并實(shí)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(hào)放大電路、檢波電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)檢測(cè)相比其它信號(hào)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免送餐環(huán)境對(duì)送餐機(jī)器人循跡過(guò)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(hào)；PID；模糊算法

DOIDOI：10.11907/rjdk.171858

中圖分類(lèi)號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）011010103

0引言

中國(guó)社會(huì)老齡化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，這將導(dǎo)致勞動(dòng)力短缺，阻礙中國(guó)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(lái)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(chē)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(shí)現(xiàn)任務(wù)。近年來(lái)，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(huì)受到外界環(huán)境的影響，造成路徑識(shí)別錯(cuò)誤，從而影響送餐進(jìn)度。

為了克服外界環(huán)境對(duì)送餐機(jī)器人傳感器的影響，本文設(shè)計(jì)了一款基于電磁檢測(cè)的智能送餐機(jī)器人。該機(jī)器人利用LC諧振電路檢測(cè)電磁信號(hào)。與其它傳感器相比較，LC諧振電路可以調(diào)節(jié)其檢測(cè)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(gè)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(hào)放大模塊、檢波模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，軟件上使用PID和模糊算法控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(hào)循跡，電磁信號(hào)由25KHz，100mA的交變電流提供。傳感器接收信號(hào)后將信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)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(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。送餐機(jī)器人可以利用干簧管檢測(cè)起點(diǎn)信號(hào)和終點(diǎn)信號(hào)，并利用壓力傳感器檢測(cè)餐盤(pán)是否已經(jīng)被拿起，從而實(shí)現(xiàn)送餐功能。

3.2模糊算法

PID控制算法應(yīng)用廣泛，對(duì)于寬域有較強(qiáng)的抗干擾能力，但是“試湊法”設(shè)計(jì)效率較低，如果控制對(duì)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(xiàn)性控制。模糊控制的特點(diǎn)是，將專(zhuān)家的實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言變量描述的控制規(guī)則，然后用這些規(guī)則實(shí)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(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。

3.3模糊PID驅(qū)動(dòng)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(gè)參數(shù)與偏差和偏差變化之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行時(shí)不斷檢測(cè)偏差及偏差變化，通過(guò)事先確定的模糊規(guī)則表，利用模糊推理方法，在線(xiàn)修改PID控制器的3個(gè)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(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生位置偏移，將送餐機(jī)器人采集到2個(gè)連續(xù)位置信號(hào)，設(shè)定為Pi和Pi+1，根據(jù)2個(gè)位置信號(hào)可以獲取2個(gè)位置偏差，通過(guò)兩個(gè)位置偏差的比較可以獲得位置偏差變化。對(duì)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(shì)和D值相反。

對(duì)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(hào)，通過(guò)兩個(gè)電機(jī)的速度差對(duì)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(duì)小車(chē)的控制和運(yùn)動(dòng)函數(shù)進(jìn)行仿真所獲得的曲線(xiàn)較為平整，適用于小車(chē)的送餐過(guò)程，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9仿真結(jié)果

5結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能送餐機(jī)器人，通過(guò)對(duì)電磁信號(hào)的檢測(cè)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(cè)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)。

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：孫娟）endprint