基于模糊算法的移动机器人路径规划
一种基于模糊算法的移动机器人路径规划策略． 利用超声波传感器对环境进行探测， 得到关于障碍物和目标的信息． 运用模糊推理将障碍位置信息与目标位置信息模糊化，建立模糊规则并解模糊最终使机器人可以很好的避障，从而实现了移动机器人的路径规划。第4期陈卫东:基于模糊算法的移动机器人路径规划按照同样的方法,可以建立起多种条件下的控制规则的合成隶属度结果规则.类似于这样的控制规则可归纳总结为很多条.在模糊控制规则的制定上采用基于控制器行为特性的方NB NSPS PBNBSPS PBA0.7式,将动作分为若干基本行为,复杂的行为可由几个简0.303X)嬷单行为按次序构成,可简化模糊控制规则的确定,并可10-5减少模糊控制规则的数目,避开被控对象的特性建模cmis-10-510 cm/s(a)左轮加速度b)右轮加速度3.4模糊推理图8左右轮合成隶属度函数模糊推理是模糊控制器的核心,它具有模拟人的3.5解模糊基于模糊概念的推理能力,该推理过程是基于模糊逻通过模糊推理得到的结果是一个模糊集合.但在辑中的蕴含关系及推理规则来进行的由模糊规则推实际模糊控制中,必须要有一个确定值才能控制或驱理出输岀量的隶属度根据 Mamdani模糊推理方法求取动执行机构.将模糊推理结果转化为精确值的过程称模糊关系矩阵0为解模糊.所以,解模糊的作用是将模糊集合映射为为了说明模糊推理控制器的工作过程,这里以机个确定的点.也就是把上面推理合成得到的左右轮加器人在FD=105cm;ID=117cm;RD=40cm;θ=45deg;υ速度模糊集合转化为一个精确值来控制机器人的运=3.5cm/s的状态为例来说明推理决策的过程.査询数动解模糊方法的选择与隶属度函数形状的选择、推理据库中的规则,此状态下的模糊规则为表格中的第5、方法的选择相关. MATLAB提供5种解模糊方法:面积6、11和12.由模糊规则的推理与合成(取极小,取极大)重心法、面积等分法、平均最大隶属度法、最大隶属度得到输出的隶属度如下取小法和最大隶属度取大法.本文仿真采用的重心第五个规则推理结果法.这种方法也称为质心法或面积中心法,是所有解模糊化方法中最为合理、最流行和引人关注的方法.该方NB NS 1Z PS PBNB NS 1ZPSPB法的数学表达式是0.3031p1(a)d(a1)10 cm/s2左轮加速度2)ALaI(a)左轮加速度b)右轮加速度图4规则5推理的左右轮合成隶属度函数第六规则推理结果:ar uR(ar)d(a,)右轮加速度=(3)NB NS IZ PS PBNB NSPS PB式中,表示输出模糊子集所有元素的隶属度值在连续0.20.2论域上的代数积分,而加速度的取值是表示其左右两0m/s2-10-5cn边的面积为相等.该方法计算复杂,但它包含了输出模(a)左轮加速度(b)右轮加速度图5规则6推理的左右轮合成隶属度函数糊子集所有元素的信息,也较精确.采用重心法将模糊第十一规则推理结果量转换成清晰量,再经过线性尺度变换为实际输入给直流电机的控制量控制移动机器人的移动NB NS 1Z PS PBNB NS IZ PS PB0.74仿真实验及结果分析为了验证本文提出的模糊控制方法的可行性,在10-5105cm/s210-5cnMatlab中利用 Simulink建立系统仿真模型,对控制规则(a)左轮加速度(b)右轮加速度图6规则11推理的左右轮合成隶属度函数进行了仿真,假设移动机器人的行驶速度为0.6m/s,使第十二规则推理结果:用 Fuzzy logic工具箱软件对模糊算法进行了仿真.在仿n真过程中,起点和终点的位置可以任意设置,障碍物的NB NS IZ PS PBPS大小、形状和位置也可以任意设置,这样就可以在任意环境下检验算法的正确性和可靠性0.20.2图9为当起点为(0,0),目标点为(9,9),在障碍物100cm/s2-10-5cmls存在时模糊算法和势场法的路径规划仿真.由图我们(a)左轮加速度(b)右轮加速度图7规则12推理的左右轮合成隶属度函数可以看出,模糊算法比势场法规划的路径更优.其工作4电子学报011年代价更小,行走的路径也更短由于速度的控制,比文5结论献[12]中只对转向角进行控制节省大量时间移动机器人由于传感器的限制以及周围环境的不移动机器人路径规划仿真确定性,很难预先对机器人的移动路径进行规划.本文目标点釆用了的模糊控制算法对移动机器人进行控制.这种8算法对移动机器人的运行环境几乎没有什么限制,它能在情况很复杂的未知环境里运行.对障碍物的形状及其个数也没有什么约束.并可避开传统算法中存在障碍物的对移动机器人的定位精度敏感,对环境信息依赖性强等缺点.并且通过对速度的控制使机器人比以前只2模糊算法路径dd对转角控制进行路径规划节省时间,具有很强的时效性.从实验中的移动轨迹可以看出,移动机器人的行为0起始点势场法路径表现出很好的一致性、连续性和稳定性参考文献10x/m图9模糊算法和势场法的仿真对比图[1]李磊,叶涛,谭民,等.移动机器人技术研究现状与未来在相同的环境下用A算法和模糊算法也进行了J].机器人,2002,24(5):475-480仿真对比,仿真路径图如图10.应用两种算法获得的最Li Lei, Ye Tao, Tan Ming. Present state and future development优路径如图所示.其中,A*算法计算量较大,并且Aof mobile robot technology research [J. Robot. 2002, 24(5)算法只能在环境信息已知的情况下找到路径而不适合475-480.(in Chinese)部分环境信息已知的情况,而且很不适合动态环境的2 Pradhan, DR Parhi, A K Panda. Potential feld method to路径规划.模糊算法显然比A算法规划的路径更优,navigate several mobile robots[ J. Applied Intelligence, 2006(25):321-333并且能够实现移动机器人的实时避障3]郝宗波,洪炳熔.未知环境下基于传感器的移动机器人路移动机器人路径规划仿真径规划[J].电子学报,2006,34(5):953-956目标点Hao Zong-bo, Hong Bing-rong Sensor-based path planning for8mobile robot in unknown environment[J. Acta ElectronicaSinica, 2006, 34(5): 953-956(in Chinese)64]周兰凤,洪炳熔.用基于知识的遗传算法实现移动机器人障碍物路径规划[J].电子学报,2006,34(5):911-914Zhou Lan-feng; Hong Bing-rong. a knowledge based geneticalgorithm for path planning of a mobile robot[ J. Acta Elec2模糊算法路径tronic Sinica, 2006, 34 (5): 911-914(in Chinese0[5]高庆吉,雷亚莉,胡丹丹,等.基于自适应感知复位算法的起始点A*算法路径移动机器人定位[J.电子学报,2007,35(11):2166-217110Gao Qing-ji, Lei Ya-li, Hu Dan-dan. A robot localizationr/m图10模糊算法和A*算法的仿真对比图method based on adaptive sensor resetting algorithm[ J].Acta对比实验表明,模糊算法不但优于人工势场法,也Electronica Sinica, 2007, 35(11): 2166-2171.(in Chinese)优于A算法模糊算法大大优化移动机器人的路径规6TLLe,C-JWu. Fuzzy motion planning of mobile robots in划,是一种很智能的路径规划方法.模糊算法仿真成功unknown environments[J]. Journal of Intelligent and RoboticSystems,2003,37(2):177-191(下转第980页)证明使用模糊控制进行路径规划时对移动机器人的运行环境几乎没有什么限制,它能在未知环境里运行.对作者简介障碍物的形状及其个数也没有什么约東.从仿真实验陈卫东男,1972年生于吉林长春,教授,主要研究方向为机器中的移动轨迹可以看出,移动机器人的行为表现出比人控制,智能算法及其应用,图像处理等较好的一致性、连续性和稳定性.采用模糊控制算法避E-mail:wdchen@ysu.edu.cn开了传统算法中存在的对移动机器人的定位精度敏朱奇光男,1978年生于浙江宁波,讲师,博士研究生,主要研究感、对环境的信息依赖性强等缺点方向为机器人控制,智能算法及其应用第4期陈卫东:基于模糊算法的移动机器人路径规划
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红色飓风E45开发板实验手册与用户手册
红色飓风E45 FPGA开发板的实验手册与用户手册，很好的学习资料REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册目录前言实验指导手册使用说明:第一章使用介绍1概述2lSL122设计过程63建立工程设计输入5设计仿真6综7管脚分配148设计实现159程序下载.1610调试与在线逻辑分析仪的使用19第二章数字电路与数字系统实验第一部分基础实验实验一3/8译码器.25实验二十进制计数器实验36-实验三按键及拨仍开关实验实验四蜂鸣器“梁祝”乐曲演奏38实验五LLD流水灯实验.实验六数码管扫描显小-40-实验七字符型ICD显示实验43-第二部分中级实验实验八串口通信实验45实验九VGA输出八色彩条实验-49-实验十VGA显示乒乓球实验实验十一PS2显示LCD实验实验十二PS2显小串口实验56实验十三PS2鼠标显示LED实验实验十四分频器设计实验实验十五正弦函数发生器实验…实验十六AD转换实验68-第三部分高级实验实验十七IR滤波器实验|八USB输入输出实验∴…实验十九音频输入输出实验…∴84-北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册第四部分存储器实验实验二|双口RAM仿真实现85实验二十一SRAM读写实验…-86实验二十二 EEPROM读写实验-89-实验二十三 SDRAM读写实验第五部分软嵌入式系统操作讲解北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册第一章使用介绍概述ISE是使用ⅩLLNX的FPGA的必备的设计工具,它可以完成FPGA开发的全部流程,包括设计输入、仿真、综合、布局布线、生成BIT文件、配置以及在线调试等,功能非常强大,对于大多数FPGA设计者米说,使用ISE就可以完成设计任务,取得满意的效果。这个实验手册针对的ⅠSE版木是12.2,ISD12.2增强了部分可重配置功能,逻辑综合平均速度提升了2倍,大型设计实施运行速度加快了1.3倍,同吋强化了嵌入式设计的方法。当然,用其他版本的ISE也能进行手册上的实验。北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册设计过程设计验证设计输入行为仿真综功能仿真设计实现「静态时序时序仿真配置下载在线调试图1.2.1ISE设计过程建立工程双击桌面上的 Xilinx ise12.2的快捷图标启动ISE集成开发环境。新建工程,如图1.3.1,1.3.2和1.33所示:北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册Enter a name locatios, and comment for the projectsmp日LI:V3FPGh1Worki:g Directory: D: V3FPGhTop-levelP比LLMlxg工nf图1.3.1Project SettinGspecify device and project propertie⊥ ow for thErice距CES瓶45Loperty Specification in Project Fiore notrdefault values olyAnalysis stV山L3三b1。 Message fi1tCancel图1.32北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册File edit y1E No single design modile4回5图1.3在新建工程时,需要注意一下几点(1)工程名,最好用英文不要有汉字,因为ISE下有些工具对于含有汉字的文件目录支持不是很好。(2)仿真工具 Modelsim-SE是第三方软件,需要另外安装。也可使用ISE自带的Isim。设计输入1.设计输入就是将一个概念设计转换为使件描述的过程。可以利川多种不同方式打开新建源代码智能向导,如图1.4.1所示:2.ISE支持多种新建文件类型,如图14.2所示:IP( coregen& Architecture Wizard)ISE软件中提供的各种IP。Schematic:原理图源代码。User document:用户文档。● Verilog Module: Verilog模块Verilog Test Fixture: erilog模块测试激励北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)REDOSimple DevelopmentN∈ FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册● VHDL Module:VHDL模块VHDL Library:VHDL厍文件。VHDL Package:VHDL包文件。● Embedded Processor:嵌入式处理器文件等各种不同的类犁。seISE Project Navi gator (M63c)-D:v3FPGAex ample.xiseFile edit View Project Source PrTools indow LHelp百Ⅹview:图mp1 em entail M Si熊部145-3fge484新建源文件Lew SourceThe vie目 dd sourceFiles. yorAdd Copy of SourccommanManual Compile OrderTEnu anp工 mplement Top ModuleprOpRFile/Path Displ图1.4.1新建源代码方式selecrca type, file name and its lD目P地Verilog Modulverilog fes. F:FilMore lntHCancel北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)REDOSimple DevelopmentCYCLONE FPGA Design Expert红色飓风E45实验手册图1.4.2工程所支持的文件格式3. Verilog或VHDL源代码输入模板ISE软件提供了很多源代码模板用使用者参考设计,如图1.4.3所示:I: 13FFile edit vien prL4□百XW队a:M3m,/ Notc: CLI muot bc dcfinc回amyl彐中□ Levice fEcr I,ss begi白uk3Lnu1u拜PER-D/2sRu⊥,LBE tTon-50% Duty C由-□卫1ays9|2n中 c synthesize-XsT由2 Implant3ai8DesLanguage Tenlates EError且Br0rs四【x出1AC的11s取:图14.3源代码模板4.源代码语法检查。源代码设计完成后,在进行其他操作以前需要先对设计源代码进行语法检查,保证没有语法错误。双 Synthesize -XST下的 Check Syntax,即进行语法检查,如图1.44所示:北京威视锐科技有限公司Web(中国)(国际)
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