移動機器人運動控制即控制機器人按規劃的軌跡運動，控制的好壞對機器人的性能有著直接的影響。移動機器人運動控制器是移動機器人的執行機構，對系統平穩運行起著重要作用。世界各國都很重視移動機器人運動控制的研究工作，并且投入了大量的人力和物力。目前，輪式移動機器人常見的控制方法是雙閉環控制移動機器人的左驅動輪速度和右驅動輪速度，其控制算法主要是PID控制算法和模糊邏輯控制算法。國外： PID控制是最早發展起來的控制策略之一。由于PID控制器具有簡單而固定的形式，算法簡單、可靠性高，在很寬的操作條件范圍內都能保持較好的魯棒性，能給設計人員提供一種簡單而直接的調節方式，故在工業控制過程中，PID控制器是應用最多的一種控制方式。自1965年美國加利福尼亞大學控制論專家zadeh首次提出了用“隸屬函數” 概念來定量描述事物模糊性的模糊集合理論以來，其理論和方法日臻完善zadeh 把模糊控制應用于自動控制領域，開辟了模糊控制理論及其工程應用的新時代。從90年開始，DSP（Digital Signal Processor）技術和FPGA（Field Programmable Gate Array）芯片技術在美國得到高速發展，出現了一批高性能低價格的DSP，這些 DSP的重要特性是它們的兼容性好而且浮點運算速度快，使運動控制器能夠濃縮在第一章緒論一塊PCISA／PCI控制卡上，而且每個伺服軸的更新速率可以達到20s，而FPGA芯片技術則使通過軟件來更新硬件成為可能，如果將DSP和FPGA與PC相結合，則可充分利用現有的操作環境和資源，進一步降低系統的成本，增加系統的通用性。目前，國內外高級運動控制器大多做成了ISA／PCI插卡形式，這種插卡形式能充分地利用計算機現有的軟件資源，總的看來，這種插卡形式的控制器功能強大，但結構也很復雜。從技術水平上看，國內的運動控制器（卡）落后于國外。目前國外的高性運動控制卡主要有：美國PMAC運動控制卡：應用領域涉及機器人、數控機床、雕刻機、旋轉刀、 X-Y系統等各類自動化設備。日本三菱電機公司推出的第二代高性能Q系列運動控制器。主要特點有：體積小巧高速運動控制、配置靈活、SSCNET控制功能，Motion SFC編程，上位監控，可實現復雜的運動控制。但結構復雜，價格昂貴。英國BALDOR公司推出的各種運動控制卡：功能很強，她采用類似Basic的結構語言Mint，通俗易懂，編程比較容易。這種卡有總線型（PCL LSA），獨立型（串口、USB），驅動集成型（步進、伺服）多種形式，可以滿足不同應用領域的特殊需要。國內：在機器人運動控制器中，處理器件接受高層控制級的指令，計算和輸出多路控制信號，協調各驅動輪，并對系統狀態進行監控。目前，許多機器人的運動控制系統均采用專用的微處理器，如以DSP為核心的微處理器制作專用的主板，采用專用的編程語言，并將控制算法固化在EPROM中。運動控制算法是移動機器人運動控制的關鍵，由于PID控制器結構簡單、參數易于調整，因此在移動機器人運動控制中得到了廣泛的應用，但是移動機器人運動控制系統的模型在實際系統中存在控制參數難以調整、控制系統存在噪聲影響等問題，即用傳統的比例控制器己不能達到較好的控制效果。模糊邏輯法模擬駕駛員的駕駛思想，將模糊控制本身所具有的魯棒性與基于生理學上的“感知一動作”行為結合起來，為移動機器人在未知環境中運動提出了一種新思路，模糊控制不需要建立數學模型，可以利用語言描述復雜的非線性系統，是一種基于非數學模型的控制方法，但是難以建立完善的推理規則。 1．3移動機器人的關鍵技術移動機器人技術是一種面向未來的現代化技術，機器人技術與網絡技術、基因技術、通信技術、計算機技術等一樣，屬于高新技術。因此具有很多關鍵技術需要重點研究，以下內容主要介紹了機器人導航技術和多傳感器融合技術。 4 輪式移動機器人運動控制系統研究與設計 1．3．1移動機器人的導航技術導航技術是移動機器人的一項核心技術之一。它是指移動機器人通過傳感器感知環境信息和自身狀態，實現在有障礙的環境中面向目標的自主運動。目前，移動機器人主要的導航方式包括：磁導航，慣性導航，GPS導航，環境地圖模型匹配導航，路標導航，視覺導航，味道導航，聲音導航，神經網絡導航等【3卅。磁導航是機器人導航技術中比較成熟的技術，磁導航原理是在路徑上埋設電纜，當電流通過電纜時會產生磁場，通過電磁傳感器，對磁場的檢測來感知路徑信息，從而實現機器人的導航。該方法優點是抗干擾能力強，技術簡單，實用，缺點是成本高，可變性、可維護性較差。慣性導航是使用陀螺儀和加速度計分別測量移動機器人的方位角和加速率，從而確定當前的位置，根據已知地圖路線，來控制移動機器人的運動方向以實現自主導航。慣性導航的優點是不需要外部參考，缺點是它具有誤差累加，不適合長時間精確定位。 GPS導航是一種以空間衛星為基礎的高精度導航系統，適合室外全局導航與定位，但是它存在信號障礙，多徑干擾等缺點。因而在實際中，它一般都結合其它導航技術一起工作。環境地圖匹配導航是機器人利用傳感器感知周圍環境信息，然后構造局部地圖，并與其內部事先存儲的完整地圖進行匹配，以確定自身位置，并根據預先規劃的一條全局路線，采用路徑跟蹤和避障技術，實現自主導航，它一般要涉及到地圖構造和地圖匹配兩大問題。路標導航就是移動機器人利用傳感器輸入信息來識別出環境中特殊標記，以實現導航和定位。根據路標不同，可分為自然路標導航和人工路標導航：自然路標導航是機器人根據對工作環境中的自然特征的識別實現導航，優點是不改變工作環境，且方法靈活，但路標探測的準確性和魯棒性是研究的主要問題；人工路標導航是機器人識別認為放置的特殊標志實現導航，該方法優點是易于實現，且穩定性較好，但是它改變了機器人工作環境。視覺導航主要是通過攝像頭對障礙物和路標信息拍攝，獲取圖像信息，然后對圖像信息進行探測和識別實現導航。它具有信號探測范圍廣，獲取信息完整等優點，是移動機器人導航的一個主要發展方向，但是視覺導航的邊緣銳化，特征提取等圖像處理方法計算量大，實時性差始終是一個瓶頸問題，解決該問題的關鍵是設計一個更加快速優化的圖像處理算法，用硬件或并行運算來實現圖像處理，從而解決視覺導航實時性問題。在導航方式失效的場合，與視覺導航相比，聲音導航具有無方向性，時間分辨率高，能在黑暗中工作等優點，缺點是空間分辨率低。