29、FPGA在机器人控制与路径规划中的应用探索

FPGA在机器人控制与路径规划中的应用探索

1. 机器人运动控制中的P系统硬件实现

在机器人运动控制领域，P系统的硬件实现展现出了显著的优势。以GNPS3为例，它是为适应控制律2而设计的。相关变量定义如下：
- 传感器编号 (i = 2, 3, 4, 5)，(r_1) 为机器人回转半径，(d_i) 是传感器检测到的相关距离，(\min) 用于选择最近距离，(H \in(0, 1)) 是安全系数，(\omega) 是机器人的角速度，(\theta_i) 是机器人对称线与机器人和障碍物连线之间的夹角。
控制律2的具体公式如下：
[
\begin{cases}
d_i = (x_i + r_1) \cos \theta_i(i = 2, 3, 4, 5)\
d = \min(d_2, d_3, d_4, d_5)\
cruisespeed = H *|\omega|(d^2 - r_1^2) / (2r_1)\
lw = CruiseSpeedLeft + \sum_{i = 1}^{16} s_i * weightLeft_i\
rw = CruiseSpeedRight + \sum_{i = 1}^{16} s_i * weightRight_i\
s_i = -x_i + M
\end{cases}
]
GNPS3采用特定方法在FPGA上实现。实现后进行了时序仿真和PeP软件仿真，速度提升计算如下：
[
\frac{2.0997 \times 10^7}{2.60657 \times 10^2} \approx 8.06 \times 10^4
]