性，应用一般的控制理论是很难实现控制的，但是，这类系统由人来控制却往往容易做到。这是因为过程操作人员的控制方法是建立在直观的和经验的基础上，他们凭借实践积累的经验，采取适当的对策完成控制任务，于是，人们把操作人员的控制经验归纳成定性描述的一组条件语句，然后运用模糊集合理论将其定量化，使控制器得以接受人的经验，模仿人的操作策略，这样就产生了以模糊集合理论为基础的模糊控制器。模糊控制理论的提出是控制思想的一次深刻的变革，它标志着人工智能发展到了一个新的阶段。如果将模糊控制理论应用在导盲机器人控制系统中，将是导盲机器人领域的一次变革。
4 主要工作
本文主要是针对导盲机器人在室内环境下进行开发与设计，其中主要包括：导盲机器人机械结构设计；控制系统硬件电路设计。论文的主要内容如下：
1.导盲机器人总体方案设计：主要包括导盲机器人工作方案设计；多传感器检测方案设计；系统控制方案设计；系统机械方案设计；以及车体运动学分析。
2.系统硬件设计：主要是硬件系统控制方案设计；主控系统设计；外围功能模块设计。
第2章 总体方案拟定
2. 0 基本任务
本文研究的导盲机器人主要是为了给盲人和视力障碍者在室内行进提供导航。室内导盲机器人最常见的工作环境是结构化环境，如办公室、超级市场、家庭居室等等。这些场所的共同特征是平整的地板、垂直的墙壁、规范的门厅和走廊。在这种环境中，机器人可能和人类经常要发生互动作用。机器人必须设法使它自己穿梭十各种事物之中。同时，在这种环境中，机器人设计者可以通过假设有关环境的约束来平衡目前环境感知技术的缺陷。
不同与应用在工业生产上的机器人，导盲移动机器人主要应用在一种结构化的工作环境中。将来它作为家务和办公室的助手正逐渐走进人们的生活而不仅仅是导航。而这种机器人的研制也正成为今后机器人技术的一个发展方向。
室内移动机器人导航的基本任务主要有以下两个方面：
1、基于环境理解的全局定位：既通过对环境中景物的理解，识别人为路标或具体的实物，以完成对机器人的定位，为路径规划提供素材；
2、目标识别和障碍物检测：实时对室内地面上障碍物进行检测或对特定目标进行检测和识别，提高控制系统的稳定性；
3、安全保护：能对室内地面上出现的凹陷或移动物体等进行分析，以避免对导盲机器人造成损伤。
2. 1 方案设计
盲人只是在视觉方面存在着缺陷，身体的其他部分是完全可以利用上的。结合盲人的特点，在他的活动空间内，给予他视觉方面信息的补充，这就是导盲机
器人的作用所在。怎样将导盲机器人与使用者完美的结合在一起，这就需要依托人机合作机器人(Collaborative Robot,Cobot)理论来确定总体方案。Cobot是一种被动式、可与操作者在一个物理空间实现人机合作作业的特种机器人，它基于不完全约束传动机构和虚拟轨迹(虚拟墙)控制理论，它不能单独工作，通过人机合作完成作业任务。它对操作者安全，即使失控也不会伤害操作者，适用于对安全性要求高(如外科手术)和作业任务复杂(如装配作业)等场合。Cobot物理上是被动的，因而它是安全而稳定的设备，驱动控制系统的作用被用来“分配和定向”操作者的力以及产生围绕重心产生旋转运动。
Cobot有两个显著特点，一是它以被动方式工作，其运动的力由操作者提供，它不会伤人；二是它是以约束方式工作，Cobot关节上电机仅起约束作用，只有与人合作才能完成作业任务，控制系统约束了机器人的方向和轨迹，操作者提供机器人运动所需要的力。
物体识别导盲机器人室内避障超声波传感器射频识别（RFID）红外传感器 遵从Cobot两个显著特点来设计导盲机器人，能够达到理想的效果。首先导盲机器人自身不需要提供前行的动力，这就减少了驱动电机的数量，减少了电源的质量，从而减轻了车体的重量，使机器人相对于使用者来说更便携。这是符合被动方式工作的特点。其次利用电机仅仅对舵轮的摆角进行控制约束，这也是符合约束方式工作的特点。可以通过驱动电机的正反转使车轮差速，从而改变导盲机器人的行进方向。根据这种设计方法再次结合盲人的活动空间的变化，可以得出整体机器人的总体方案。
利用特定传感器的一些特点，对室内碰到的环境状况可以实现信息的反馈，进而弥补盲人的信息的缺失。其中红外传感器，超声波传感器以及射频识别（RFID）近年来在导航避障方面应用日趋广泛。
2. 2 多传感器检测方案设计
导盲机器人运用了多传感器对外界环境进行探测，其中涉及到多传感器的选择问题以及多传感器的数据融合处理技术。
2. 2. 1模块的选择
总体方案设计确定了传感器的种类以及各个传感器的职能。传感器是当今应用比较广泛的探测工具，本文主要选择以下几种传感器： 1.红外传感器模块
红外传感器是利用红外线为介质的测量传感器，本文选用的是北京易学通电子的E18-D80NK红外避障传感器，这是一种集发射与接收一体的传感器，主要用于探测车体两侧的障碍，工作电压为5V，电流100mA，对障碍物的感应可以通过后部的旋钮进行调节，探测范围3---80cm，模拟量输出，输出电压与探测距离成比例。
E18-D80NK红外避障传感器实物图
2.超声波传感器模块
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，它是由转换晶片在电压的激励下发生振动产生的，具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线定向传播等特点。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。
本文选用深圳市电应普科技有限公司DYP-ME007超声波测距模块。它可提供3cm--3.5m的非接触式距离感测功能，芯片包含超声波发射器、接收器与控制电路。其基本工作原理为给予此超声波测距模块一触发信号后发射超声波，当超声波投射到物体而反射回来时，模块输出一回响信号，以触发信号和回响信号间的时间差，来判定物体的距离。
DYP-ME007超声波测距模块实物图
3.射频识别模块
射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
射频识别系统通常由电子标签(射频标签)和阅读器组成。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标识性数据回传给阅读器。这种通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合及射频信号调制与解调技术实现的。
本文选用XL105-232AP1模块。XL 105-232AP1是LJART接口半双工无线传输模块，可以工作在2400M公用频段。符合欧洲ETSI（CEN300-220和EN300-440）满足无线管制要求，无需申请频率使用许可证。