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《非完整约束轮式移动机器人过程控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、非完整约束轮式移动机器人控制系统设计柳 柱,赵东标,王明昕(南京航空航天大学,江苏南京210016)DesignofaNonholonomicWheeledMobileRobotControlSystemLIUZhu,ZHAODongbiao,WHANGMingxin(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)摘要:采用美国Cygnal公司新研制的车辆的发展也有重大的意义。我们研制了1台轮式C8051F005单片机作为机器人控制
2、系统的CPU及移动机器人AeroAcer,并进行了对直线及圆弧等目瑞士MAXON公司的直流伺服电机作为双轮驱动标轨迹跟踪试验。单元,利用非完整约束条件和非完整约束运动规划1 机器人底盘机械结构及其驱动原理,研制了非完整约束轮式移动机器人,该机器人可跟踪任意直线、圆弧曲线轨迹等,也可实现原地零根据需要,AeroAcer轮式移动机器人结构包半径旋转及任意轨迹运动。运动自主灵活。括:行走驱动部、躯干、手臂及手爪。行走驱动部结关键词:机器人;C8051F005;传感器;运算放构如图1所示。采用两轮独立驱动的结构,并使大器中图
3、分类号:TP24文献标识码:A文章编号:10012257(2004)03005303Abstract:SelectingC8051F005,newdesignedchipMCUofCygnalastheCPUofcontrolsystemandMAXONDCservomotorofSwitzerlandasdriv2er,wedesignanonholonomicwheeledmobilerobot图1 机器人底盘结构baseonnonholonomicconditionandnonholonomicAeroAcer
4、的形心和质心对地平面的投影落于2个motionplanningtheory.Itcantraceanykindof驱动轮轴线上。驱动轮分别由2套直流伺服系统驱straighttrackandarctrack,rotatewithzeroradius,动,提供需要的转速或者力矩;前后对称于驱动轮轴andalsocanflexiblymovewithanycurvepath.线各布置一万向轮,可任意移动而不会对AeroAcerKeywords:mobilerobot;C8051F005;sensor;op2产生阻力和约束
5、作用,这样,只要分别控制2个驱动erationalamplifier轮的不同的速度或者力矩,就可以使AeroAcer按照所要求的方向和速度移动,从而实现运动规划、稳定0 引言以及跟踪等控制任务。驱动轮轴线经过底盘的形心的投影,可实现零转弯半径,同时也使轨迹规划及控轮式移动机器人系统是典型的非完整约束机械系统[1]。利用非完整约束条件和非完整运动规划制相对简单;另外,驱动轮轴线过质心的投影,可大[2]的原理,研究开发新型的具有良好的目标轨迹跟踪大提高驱动电机的效率。内带减速齿轮的驱动和控制性能轮式移动机器人系统,在机器
6、人领域中电机固定在车架上,2个驱动车轮也分别通过轴架成为一个新的研究热点。轮式机器人其实与车辆极固定在车架上。电机的输出轴驱动车轮。连接在电为相似,因此轮式移动机器人的研究对于无人驾驶机上的圆光栅在电机运转时产生相位上相差90°的[3]脉冲信号,通过对此脉冲信号进行检测和运算,收稿日期:20030908就可得到AeroAcer的位置、速度等状态量。我们选《机械与电子》2004(3)·53·©1995-2006TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.用了
7、500线的圆光栅,即电动机每旋转1周输出的是具有数字开关阵列(digitalcrossbar),可以将内500个脉冲,由于采用33∶1的减速齿轮,因此车轮部系统资源定向到P0、P1和P2,即可以把定时器、每转动一周圆光栅将输出33x500=16500个脉冲,串行总线、外部中断源、AD转换输入、比较器输出具有相当高的精度。我们选择圆光栅的目的在于:定向到P0、P1和P2。一方面将圆光栅产生的脉冲信号经过伺服放大器内e.多达22个中断源。为实时多任务系统的实[5]的频压变换得到电机的速度用于速度反馈以形成速现提供了保证。
8、度闭环,同时还可以对脉冲信号经过计数、运算获得控制系统组成如图2所示。图中伺服放大器需AeroAcer的位置和速度,简化了系统设计,节省了成本。由于直流伺服电机具有启动力矩大,动态性能好,调速范围宽和控制较为简单等一系列优[4]点,因此在AeroAcer中选用瑞士MAXON公司的直流伺服电机作为驱动单元,包括带有减速齿轮的直流电机、伺服放大器以
