在图1中前后排各有9个光纤传感器，后排的9个传感器检测点安装在两个驱动轮的轴线上，检测机器人与引导线的偏移量。前排的9个传感器检测点检测机器人与引导线的偏离角度。为了扩大机器人的偏差纠错能力，检测点安装成非线性的排列结构，且相对于引导线中心线成对称分布，中间的三个检测点分布在引导线的中间和左右两边，以便使检测点相对于引导线的位置变化较为敏感。其余两侧的12个检测点分布较为分散，主要是为了在机器人转弯或偏差过大时“捕捉”引导线。
2模糊控制器设计
根据移动机器人的结构和刚体平动原理，对于两轮驱动的移动机器人，主要控制其角速度和线速度，前者完成移动机器人的转向控制，后者实现机器人前进速度的控制，利用机器人两个独立驱动轮的转速来控制机器人的运行和运动方向。轮式机器人作为被控对象，具有大惯性、纯滞后、时变的特点。过去常用PID 算法，如果条件稍有变化，系统参数（T、K_P、T_i、T_d）必须改变，否则难以达到满意的效果。而模糊控制基于模糊集合理论，模仿人的控制经验，运用模糊推理方法根据输出直接映射出被控对象的控制量，它不依赖于被控对象的数学模型而实现其控制，具有鲁棒性好的特点，很适合轮式机器人这样的大惯性非线性系统。因此采用模糊控制算法对轮式机器人进行控制。
为了满足机器人沿引导线行走的目的，可以根据光电检测传感器检测车体偏离引导线的大小来调整左右驱动步进电机的行进速度，随时调整机器人的行进路线，从而使机器人沿引导线行进。下面根据移动机器人的行走方式，介绍模糊算法控制器的设计方法。
首先把移动机器人车体底盘上的前后光电检测传感器进行编号(如图1所示)。这些检测点的编号可作为机器人偏离引导线的状态值, 对于本系统模糊控制器采用双变量二维控制方法，控制器的两输入为前后光电检测点的输入编号；输出为左右步进电机驱动脉冲数。模糊控制器的输入量的模糊子集选取为：{LB，LS，ZO，RS，RB}，对应意义为{左大，左小，中心，右小，右大}。输出量的模糊子集选取为：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其对应为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。
根据控制规则及相应的控制变量隶属度定义, 给出了如图2所示的输入变量前检测点位置（BF）和后检测点位置(BA)的隶属度函数。输出变量左、右步进电机转速的隶属度函数如图3所示。通过仿真实验分析，得到左电机转速控制规则表(右电机转速控制规则表相似)如表1。

在完成以上模糊控制器的模糊输入量、模糊推理决策模块后，再进行模糊输出接口设计。模糊输出接口是将输出的模糊控制量转化为精确量后去控制执行机构，使被控对象的值接近参考值。反模糊化采用重心法, 通过多次实验进行修正，得到如表2所示的左步进电机转速控制信号输出表(用十六进制数表示)。右步进电机转速控制信号输出表也可用类似方法得到。

从以上模糊控制器的设计过程可知，根据机器人车体底盘上的前后光电检测点的状态作为输入量进行模糊化，在模糊规则约束下经模糊推理，得到精确的控制变量。模糊控制器承担的任务实际上是从输入映射到模糊控制表对应的输出量。实际应用模糊控制场合时大多数采用查表法来设计模糊控制器，通过离线计算与实际控制经验而得到一个表示输入量精确值与输出量精确值之间的控制表，然后将得到的控制表移植到计算机、其他专用或通用模糊控制芯片中，这种映射在查表时是一一对应的逻辑关系；现场控制时，只需要用软件或硬件电路来查找控制表，获得所需的控制量去控制执行机构。
3 模糊控制器的FPGA实现
现场可编程门阵列（FPGA）是近年来发展迅速的大规模可编程逻辑器件，它具有设计周期短、片内资源丰富、可无限次加载和现场可编程等特点。在FPGA上实现模糊控制器是一种介于专用集成电路(ASIC)和通用处理器之间的方案，具有电子产品的高速度、高可靠性、小型化、集成化、低功耗、保密性能好、具有自主知识产权、产品上市快等优势。
用可编程逻辑器件完成模糊控制器的任务有多种方法，可以用VHDL语言设计一个ROM将模糊控制输出表的数据写入其中，也可以把模糊控制输出量用逻辑表达式表示出来，通过脉冲分配器驱动步进电机。根据表2用VHDL语言设计的ROM模糊控制输出模块如下：
LIBRARY ieee；
USE ieee.std_logic_1164.all；
USE ieee.std_logic_arith.all；
USE ieee.std_logic_unsigned.all；
ENTITY Fuzzy_rom IS
PORT (BF_b，BA_b：IN STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0)；
nena ：IN STD_LOGIC；
L_out ：OUT INTEGER RANGE 0 TO 6000)；
END Fuzzy_rom；
ARCHITECTURE a OF Fuzzy_rom IS
SIGNAL addr：STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0)；
BEGIN
addr<=BA_b&BF_b；
L_out<=
16#DB6# when addr=X″00″ and nena=′0′ else
16#CBC# when addr=X″01″ and nena=′0′ else
16#BF4# when addr=X″02″ and nena=′0′ else
16#BCC# when addr=X″03″ and nena=′0′ else
16#BB8# when addr=X″04″ and nena=′0′ else
16#BAE# when addr=X″05″ and nena=′0′ else
16#B72# when addr=X″06″ and nena=′0′ else
16#AE1# when addr=X″07″ and nena=′0′ else
16#A6E# when addr=X″08″ and nena=′0′ else
……
16#10BE# when addr=X″85″ and nena=′0′ else
16#FFC# when addr=X″86″ and nena=′0′ else
16#FA2# when addr=X″87″ and nena=′0′ else
16#D73# when addr=X″88″ and nena=′0′ else
16#0000#；
END a；
在ROM模糊控制模块中，输入变量BF_b和BA_b为前后光电检测点状态的编码信号，作为模糊控制输出表的地址码（一个字节），由它来决定模糊控制输出表的数据，即步进电机转速的周期。周期值越大，频率越小，步进电机的转速就越慢；反之步进电机的转速就快。图4所示为ROM模块的仿真波形。