越障小车运动控制系统设计

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1、级黜万方数据⋯⋯⋯⋯一苎．堕妻塑⋯一型!!哩竺誊曼!．塑越障小车运动控制系统设计王俊，卢刚，张松松(西北工业大学．陕西西安710072)摘要：根据越障小车的性能要求，分析其运动控制系统的特点，设计了小车的主控制器和驱动轮的单元控制器。选用了性价比较高的数字信号控制器dsPIC30f4011在作为主、从控制器的处理器，通过CAN总线实现了主控制器和各个运动关节的驱动控制器之间的通讯。试验证明该系统设计合理，具有良好的响应速度和控制精度．可以满足越障小车运行要求。关键词：dsPIC30f4011；无刷直流电动机；CAN总

2、线中图分类号：TM381文献标识码：A文章编号：1004-7018(2012)04—0062一∞DesignofObstacleVehicleMotionControlSystemWANGJun，LU踟增，ZHANG曲昭一song(NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi"an710072，China)Abstract：Accordingtotheperformancerequirementsofobstaclevehicle，thecharacteristicsofthemoti

3、oncontrolsys-ternoftheobstacle—navigationcarwereanalyzed．Thecar’smaincontrolMrandthedrivewheelcontrollerunitwerede·signed．Thedi#tMsignalcontrollerdsPIC30f4011whichhadagoodcostperformancewasselectedasthemasterandslavecontrollerprocessor．Thecommunicationbetweenma

4、incontrolleranddrivecontrollerofeachjointmovementwasthroughtheCANbus．Testsprovethatthesystemdesignisreasonable，withgoodresponseandcontrolaccuracy．andtheoperationalre-quirementsaremet．Keywords：dsPIC30f4011；BLDCM；CANbus0引言越障小车是一种典型的机电一体化产品，综合了机械、电子、计算机控制、车辆工程等诸多学

5、科的研究成果。它能够在极端恶劣的环境下工作，完成人类无法进行的任务，在航天探索、军事、反恐防爆、抗震救灾、核能等领域有着广泛的应用”41。本文设计的小车的越障功能是通过在四个驱动轴上安装摆臂轮腿实现的，其结构如图1所示。图1越障小车的结构当小车在平坦路面行驶时，轮腿上摆，四个驱动轮着地驱动其运行。当遇到障碍物时，驱动轮腿使驱动轮抬起实现越障功能，如图2(a)所示。小车可以通过调节两侧轮腿使其形成一定角度差从而实现在斜坡上横向平稳运行，如图2(b)所示。收稿日期：201I一07—25改稿日期：20II一08—29避／／

6、／／／／／／／／／／／／／／趋(＆)(b)图2轮腿组合式运动示意图1运动控制系统的整体设计小车的4个驱动轮和4个轮腿全部使用独立的伺服驱动系统，从而确保了被控对象具有很大的控制自由度和很强的适应性和机动性。设计了超声波收发电路以获取障碍物的距离和位置信息，在车体每组轮腿附近不同高度处分别安装了两个超声波传感器，采用这种不同高度位置的一对超声波传感器不但可以获取障碍物距离和位置信息，而且可以计算出障碍物的高度和坡度信息，从而能够判断小车能否越过障碍物，如果障碍物尺寸过大，可采用绕行方式前进。为了使小车的运行更加准确可靠

7、，采用速度和位置的闭环控制。控制系统的整体结构如图3所示。控制系统采用了多处理器分布式控制方式。采用这种上下位机分布式结构，上位机负责接收控制终端(Pc)发来的指令信号，并进行相应处理，然后越障小车运动控锗系统设计配万方数据触持电棚2012年第40卷第4期幼驱动堆制，⋯一～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯-·c，‘二／／z彬d'彤￡控‘k参彤⋯⋯：{’·‘}ll#运动单元控制器蹦运动单元控制器图3控制系统总体结构将计算结果发送给各下位机以驱动相应的运动单元，同时上位机还要监视小车

8、的各种运动参数并及时发送到控制终端；下位机由多个微控制器构成，每个微控制器负责控制一个运动关节的运动。2控制系统的硬件设计本文使用了高效、控制性能优越的无刷直流电动机作为各运动单元的伺服电动机，从而进一步提高了小车的驱动效果。各个伺服电动机通过独立的伺服单元控制器控制运行。经综合比较，选用了微芯公司的高性能数字信号控制器dsPIC30f4011