基于模糊控制的機器人尋線控制系統改進設計

1 引言
自主式移動機器人集機械、電子、檢測技術與智能控制于一體IlJ。是目前國際機器人研究的熱點。基于移動速度和方向易于控制，輪式移動機器人是最為常見的移動機器人。移動機器人研究的重要課題就是：機器人向目標方向移動中，能夠自動按照地面的導引線到達某一標志物并完成相應動作。針對這一課題近年來電子競賽中都有機器人自動尋導引線行走的題目翻。這也是移動機器人的標準問題之一，是解決移動機器人在自由環境自主行動的基礎。
以前尋線機器人設計中，其尋線控制系統一般采用如下方式：尋線傳感器信號直接輸入至控制器判斷是否偏離導引線，通過控制左右驅動輪的轉速差調整機器人在引導線上的位置，這種方法控制實現簡單，但機器人在引導線上將“搖擺”前進，針對傳統尋線系統這一缺點，基于模糊控制思想，這里設計一種新型基于多傳感器信息融合的尋線控制系統，使尋線機器人可以平穩地按照引導線行走。

2 傳感器結構
尋線傳感器技術主要是利用黑白兩種顏色對光的反射程度不同，采用發光二極管和光電三極管組成反射式傳感器檢測黑色導引線信息。本文用反射式光電傳感器TCRT5000組成尋線傳感器模塊，其應用電路如圖1所示。

改進尋線控制系統主要是對傳感器模塊的結構以及安裝形式相應調整。傳統的尋線傳感器一般由3路或4路反射式光電傳感器組成，結構簡單，但對導引線信息量獲取不足。該尋線傳感器模塊采用8路反射式光電傳感器，車體前端和后端各裝一個傳感器模塊。

3 模糊控制系統設計
模糊推理是對人腦邏輯推理能力的一種近似模擬，它首先通過模糊集和隸屬度函數來描述某事件或現象的模糊性以及不確定性，然后利用領域專家的知識建立模糊規則，通過各種模糊算子進行模糊運算，得出相應的模糊結論，從而實現模糊推理系統的輸入和輸出之間的非線性映射，所以模糊推理實際上是一種不確定的近似推理。利用模糊推理多傳感器信息融合的基本步驟如下：
(1)傳感器選擇根據實際需要，選取適當傳感器進行檢測，獲取研究對象的有關信息，并對其信息進行預處理。
(2)模糊推理系統設計此環節包括模糊隸屬函數和模糊推理規則的確定。按照各種隸屬函數的確定方法，用模糊集和隸屬函數描述傳感器信息；針對具體問題，利用專家的領域知識和經驗確定模糊推理規則。
(3)模糊推理 通過各種模糊邏輯算子，計算每一條規則的結論，其中每條結論代表規則前件對規則的滿足程度。