ATmega16與PC機的移動機器人定位系統研究

引言　　

移動機器人定位系統的可靠性決定機器人工作的可靠度。目前，機器人定位系統的通信多使用串口通信的方式。串口通信速度較慢，通信正確率波動較大，且易受干擾。所以定位系統以CAN總線作為橋梁，使AVR與PC機能快速通信，有機結合，功能互補。AVR單片機ATmega16做底層數據采集有它簡單性與廉價性的特點。ATmega16與PC連為一體的系統設計又使系統有較好的兼容性，基于PC平臺的機器人其他程序可以較好地融合進來，通用性較好。定位系統所用定位航跡算法是用光纖陀螺儀感應機器人角度變化，被動光電碼盤計算機器人坐標位置；超聲波傳感器在有標記位置消除定位誤差，起輔助定位作用。

1　傳感器數據傳輸系統設計　　光纖陀螺儀、被動光電碼盤和超聲波傳感器輸出數據由ATmega16的I/O口PA1讀入，如圖1所示。

圖1　基于ATmega16的數據采集節點

數據經ATmega16處理后通過CANL及CANH[12]接口將數據傳送給PC節點,如圖2所示。

圖2　CAN總線與PC機數據接口
2　定位算法
2.1　航跡推算
　　設機器人形體中心當前位置為點p0(x0,y0,θ0),在Δt時間內移動到點p1(x1,y1,θ1);θ1是機器人從x0到x1的角度增量，是陀螺儀在Δt內測量得到的;Δt時間內被動碼盤計量的位移為L；機器人轉彎半徑設為R，O為轉彎中心。圖3(a)中，機器人走直線，這種情況比較簡單。

圖3　基于碼盤+陀螺儀的定位算法　　

其坐標變換如下[3]：

圖3(b)中，機器人走曲線的情況，其航跡推算如下：

2.2　超聲波輔助定位算法　　

超聲波傳感器放置在機器人的前端，如圖4所示。CAN總線的數據傳輸方式使添加超聲波傳感器數據采集節點方便可行，不需要改變其他數據采集點的程序。