智能鼠原理與制作（高級(jí)篇）（中英雙語(yǔ)版）課件 項(xiàng)目二 學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)控制

項(xiàng)目二學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)控制1學(xué)習(xí)目標(biāo)（1）學(xué)習(xí)智能鼠的基本運(yùn)動(dòng)控制。（2）掌握多種智能鼠轉(zhuǎn)彎算法。智能鼠在迷宮中的行走，可以簡(jiǎn)化為直行和轉(zhuǎn)彎兩部分。直行是指智能鼠在迷宮中通過(guò)檢測(cè)兩側(cè)擋板，校正車姿，避免碰觸，轉(zhuǎn)彎是指智能鼠精確地轉(zhuǎn)彎180°和90°，配合直行最終到達(dá)目的地。2任務(wù)一學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)3任務(wù)一學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)動(dòng)是指智能鼠在迷宮中進(jìn)行搜索和沖刺時(shí)需要執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)，主要包括智能鼠的直線行進(jìn)、制動(dòng)回轉(zhuǎn)以及連續(xù)轉(zhuǎn)彎等。智能鼠直線行進(jìn)是所有動(dòng)作的基礎(chǔ)。在迷宮中，智能鼠不僅需要依靠編碼反饋進(jìn)行直線前進(jìn)，同時(shí)也需要紅外反饋對(duì)自身姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。這里主要介紹制動(dòng)回轉(zhuǎn)以及連續(xù)轉(zhuǎn)彎。一、制動(dòng)回轉(zhuǎn)制動(dòng)是智能鼠在迷宮中運(yùn)動(dòng)的一個(gè)必要?jiǎng)幼?，?dāng)智能鼠進(jìn)入到迷宮死路的時(shí)候，需要進(jìn)行及時(shí)的制動(dòng)回轉(zhuǎn)從而退出該路段，此外，制動(dòng)對(duì)調(diào)整智能鼠的姿態(tài)誤差是也能起到一定的作用。制動(dòng)回轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)前方發(fā)現(xiàn)擋板且左右方向均沒(méi)有可行進(jìn)的之路時(shí)，智能鼠需要制動(dòng)回轉(zhuǎn)返回上一個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)搜索。為了減小行進(jìn)方向的縱向誤差，智能鼠需要向前減速行進(jìn)約4cm再進(jìn)行制動(dòng)。制動(dòng)后進(jìn)行原地回轉(zhuǎn)操作，原地回轉(zhuǎn)過(guò)程中，需要使用編碼器進(jìn)行控制，即：二、提高制動(dòng)性能在制動(dòng)回轉(zhuǎn)動(dòng)作中，緊急制動(dòng)是一種非常容易實(shí)現(xiàn)的方法，即瞬間將輪胎剎住并鎖住輪胎，但在調(diào)試過(guò)程中，緊急制動(dòng)也暴露出一些問(wèn)題；（1）對(duì)高速行進(jìn)中的智能鼠進(jìn)行緊急制動(dòng)，是車身制動(dòng)加速過(guò)大，輪胎和迷宮底板之間極有可能出打滑現(xiàn)象，嚴(yán)重的情況下，智能鼠可能被強(qiáng)大的慣性甩離地面。（2）對(duì)低速行進(jìn)的智能鼠進(jìn)行緊急制動(dòng)，雖然出現(xiàn)打滑現(xiàn)象的概率不大，但是由于左、右輪制動(dòng)加速度不同，會(huì)在制動(dòng)停止后出現(xiàn)姿態(tài)錯(cuò)誤。為了改善剎車性能，一方面對(duì)制動(dòng)情況進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，對(duì)搜索階段有可能制動(dòng)的情況進(jìn)行提前減速，另一方面，采用了一種類似汽車ABS（防抱死制動(dòng)）點(diǎn)制動(dòng)的制動(dòng)方式，即制動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行若干次制動(dòng)力的快速釋放，釋放的瞬間，輪胎并沒(méi)有被鎖住，此時(shí)有效降低了輪胎和地面的靜摩擦力。實(shí)踐結(jié)果表明，這種類汽車ABS的制動(dòng)方式不僅有效的解決了車輪打滑的問(wèn)題，而且制動(dòng)效果良好。4任務(wù)一學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)三、連續(xù)轉(zhuǎn)彎目前大多數(shù)智能鼠系統(tǒng)都是采用了原地轉(zhuǎn)彎。原地轉(zhuǎn)彎可靠度高，編程容易，但是極大的降低了智能鼠的行進(jìn)速度。針對(duì)以上情況，下面介紹連續(xù)轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)。1.90°弧形轉(zhuǎn)彎曲線與直行的要求不同，轉(zhuǎn)彎過(guò)程需要智能鼠左、右輪的速度保持一定的比例，90°弧形轉(zhuǎn)彎曲線如圖2-2-1所示，圖中OA為弧形轉(zhuǎn)彎起始處，OB為弧形轉(zhuǎn)彎的終點(diǎn)。根據(jù)編碼器閉環(huán)反饋控制的算法，當(dāng)智能鼠在進(jìn)行直線行進(jìn)的時(shí)候，在任意時(shí)刻左、右輪的行進(jìn)距離應(yīng)該滿足以下不等式：式中，S△應(yīng)當(dāng)取一個(gè)較小的合理的正數(shù)。因此，在對(duì)弧形轉(zhuǎn)彎進(jìn)行編碼反饋控制的時(shí)候，編碼反饋控制的被控量應(yīng)該滿足以下不等式：5任務(wù)一學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)2.連接轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作分解上述的圓弧轉(zhuǎn)彎曲線是理想狀態(tài)下的，在具體的實(shí)踐中是無(wú)法做到的，原因在于當(dāng)智能鼠從OA進(jìn)入弧形轉(zhuǎn)彎時(shí)，左、右輪速比n無(wú)法從直線行駛的n=1突變到n=r2/r1，同樣，在智能鼠從OB退出弧形轉(zhuǎn)彎時(shí)，也同樣面臨一樣的問(wèn)題。在具體的轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，將轉(zhuǎn)彎動(dòng)作分解成三部分進(jìn)行，即：S1:n=1→n=r2：r1差速階段；S2:n=r2：r1維持階段；S3:n=r2：r1→n=1同步階段。S1：假設(shè)智能鼠在t=0時(shí)刻進(jìn)入轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)時(shí)，左、右輪的速度為vc(0)=v2(0)=v1(0)，在進(jìn)入圓弧運(yùn)動(dòng)的差速階段時(shí)，左、右輪之間的速度差逐漸拉大，直到左、右輪速比為n，有：式中，a2、a1分別為左、右輪在差速階段的加速度，t1為差速階段的結(jié)束時(shí)間。S2：在維持階段下（t1＜t≤t2)，左、右輪的速度比n不變，有：S3：進(jìn)入圓弧運(yùn)動(dòng)的同步階段后，左、右輪之間的速度差在逐步減小，最后恢復(fù)到左、右輪同速狀態(tài)，有：6任務(wù)一學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)3.連續(xù)轉(zhuǎn)彎的控制方法根據(jù)上述理論，將連續(xù)轉(zhuǎn)彎的實(shí)現(xiàn)也分成了三個(gè)階段進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)證明，這種方法在中、低速下都具有非常好的效果。實(shí)際調(diào)試過(guò)程中需要注意的是：（1）在上面運(yùn)動(dòng)方程組中，加速度a1、a2，a1t

、a2t的絕對(duì)值應(yīng)當(dāng)控制在一定范圍之內(nèi)，如果擁速度過(guò)大，則容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。（2）連續(xù)轉(zhuǎn)彎的難點(diǎn)在于轉(zhuǎn)彎結(jié)束時(shí)，左、右輪的行進(jìn)路程差|△S|和左、右輪速差|△v|之間的矛盾，即:在具體的轉(zhuǎn)向控制上有兩種方法：一種是對(duì)左、右輪的速度比n進(jìn)行控制，另一種是對(duì)左、右輪的行進(jìn)路程|△S|進(jìn)行控制。在實(shí)際運(yùn)行中，選用第一種方法則容易在轉(zhuǎn)彎結(jié)束時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎不到位或者轉(zhuǎn)過(guò)頭的情況，選用第二種方法則容易出現(xiàn)左、右輪速度沒(méi)有達(dá)到同步就結(jié)束了轉(zhuǎn)彎動(dòng)作。為了解決路程和速度上的矛盾，從兩個(gè)方面進(jìn)行完善：一是通過(guò)調(diào)試對(duì)不同速度下的轉(zhuǎn)向參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，二是在轉(zhuǎn)彎結(jié)束后使用紅外反饋對(duì)誤差進(jìn)行修正。而在高速轉(zhuǎn)彎中，為了防止過(guò)大的誤差出現(xiàn)，可以使用陀螺儀進(jìn)行輔助。7任務(wù)一學(xué)習(xí)智能鼠基本運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)4.連續(xù)轉(zhuǎn)彎的流程圖及參考代碼核心函數(shù)1：mazeSearch/******************************************************************************Functionname:mazeSearch**Descriptions:轉(zhuǎn)彎前脈沖***************************************************************************/voidmazeSearch(void){

……if((__GucMouseState==__TURNRIGHT)||(__GucMouseState==__TURNLEFT)){__GmLeft.uiPulseCtr=8000;__GmRight.uiPulseCtr=8000;

……}核心函數(shù)2：mouseTurnright/**************************************************************************Functionname:mouseTurnright**Descriptions:右轉(zhuǎn)函數(shù)**************************************************************************/voidmouseTurnright(void){while((__GmRight.uiPulseCtr+200)<=__GmRight.uiPulse);while((__GmLeft.uiPulseCtr+200)<=__GmLeft.uiPulse);__GmLeft.uiPulse=3000;__GmLeft.uiPulseCtr=0;__GmRight.uiPulse=3000;__GmRight.uiPulseCtr=0;__GmSPID.sRef=35;__GmWPID.sRef=-25;GW=0;__GucMouseState=__TURNRIGHT;//智能鼠狀態(tài)__GmRight.cState=__MOTORRUN;//電動(dòng)機(jī)狀態(tài)__GmLeft.cState=__MOTORRUN;GucMouseDir=(GucMouseDir+1)%4;/*方向轉(zhuǎn)換*/while(1){if(GW>55500)//調(diào)用陀螺儀數(shù)據(jù){break;}} __mazeInfDebug();__GmWPID.sRef=0;__GucMouseState=__GOAHEAD;GuiSpeedCtr=3;__GmLeft.uiPulse=3800;//轉(zhuǎn)彎后電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖__GmLeft.uiPulseCtr=0;__GmRight.uiPulse=3800;__GmRight.uiPulseCtr=0;while((__GmRight.uiPulseCtr+200)<=__GmRight.uiPulse);while((__GmLeft.uiPulseCtr+200)<=__GmLeft.uiPulse);__GucMouseState=__TURNRIGHT;GuiSpeedCtr=__SPEEDUP;__GmRight.cState=__MOTORSTOP;__GmLeft.