一种自主移动机器人的运动控制系统

　　移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，是机器人学的一个重要分支。它集中了传感器技术、机械工程、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多学科的研究成果，代表机电一体化的最高成就，是目前科学技术发展最活跃的领域之一。近几年，各种各样的移动机器人迅速发展，被应用到危险的工业领域、军事检测和家庭服务中，每个领域的需求不同，机器人的设计也不同，可以分为行走机器人、轮式机器人、腿式机器人。本文研究的是应用于家庭服务中的双轮差速移动机器人。

　　空巢老人服务机器人的一个基础功能就是在存在障碍物的环境中自主定位并避开障碍物，此功能由机器人的3个子系统配合完成，这3个子系统分别为以ARM9微处理器为核心的信息处理子系统、以KS109超声波传感器阵列为主要构件的环境感知子系统以及本文研究的运动控制系统。机器人运动过程中，ARM9微处理器作为信息枢纽，需要从环境感知子系统中获得外界物体相对于机器人本体的位置信息，从运动控制子系统中获得机器人的位姿信息（位置和方向），通过扩展卡尔曼滤波算法进行信息融合，实现自主定位，同时，通过避障算法决定机器人运动状态，为运动控制系统下发逻辑决策指令（前行、后退、左转、右转、刹车等）来避开障碍物。

　　由上可知，机器人的运动控制系统至关重要，决定了本文研制的空巢老人服务机器人整体性能的优劣，其应主要完成如下2个功能。1）有效执行上层逻辑的运动指令，使机器人能够按照期望速度和方向运动。2）实时计算机器人的位姿信息，并将其传输到上位机。所以，研究一套能够可靠稳定地完成上述功能的移动机器人运动控制系统成为亟待研究的课题。

　　因此，本文将研究一套基于PID闭环控制技术的机器人运动控制系统，一方面通过建立运动学模型，保证机器人能够实时将位姿信息传输给上位机，一方面通过PID调节减少机器人实际速度和预设速度之间的误差，保证机器人能够准确、及时地按照上层逻辑控制程序给定的速度和方向运行，确保机器人整体运动的稳定可靠。