ATmega16与PC机的移动机器人定位系统研究

引言　　

移动机器人定位系统的可靠性决定机器人工作的可靠度。目前，机器人定位系统的通信多使用串口通信的方式。串口通信速度较慢，通信正确率波动较大，且易受干扰。所以定位系统以CAN总线作为桥梁，使AVR与PC机能快速通信，有机结合，功能互补。AVR单片机ATmega16做底层数据采集有它简单性与廉价性的特点。ATmega16与PC连为一体的系统设计又使系统有较好的兼容性，基于PC平台的机器人其他程序可以较好地融合进来，通用性较好。定位系统所用定位航迹算法是用光纤陀螺仪感应机器人角度变化，被动光电码盘计算机器人坐标位置；超声波传感器在有标记位置消除定位误差，起辅助定位作用。

1　传感器数据传输系统设计　　光纤陀螺仪、被动光电码盘和超声波传感器输出数据由ATmega16的I/O口PA1读入，如图1所示。

图1　基于ATmega16的数据采集节点

数据经ATmega16处理后通过CANL及CANH[12]接口将数据传送给PC节点,如图2所示。

图2　CAN总线与PC机数据接口
2　定位算法
2.1　航迹推算
　　设机器人形体中心当前位置为点p0(x0,y0,θ0),在Δt时间内移动到点p1(x1,y1,θ1);θ1是机器人从x0到x1的角度增量，是陀螺仪在Δt内测量得到的;Δt时间内被动码盘计量的位移为L；机器人转弯半径设为R，O为转弯中心。图3(a)中，机器人走直线，这种情况比较简单。

图3　基于码盘+陀螺仪的定位算法　　

其坐标变换如下[3]：

图3(b)中，机器人走曲线的情况，其航迹推算如下：

2.2　超声波辅助定位算法　　

超声波传感器放置在机器人的前端，如图4所示。CAN总线的数据传输方式使添加超声波传感器数据采集节点方便可行，不需要改变其他数据采集点的程序。