移动机器人行驶机构与运动控制系统设计

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本论文以移动机器人NKMOBOT-I项目为课题背景,设计了机器人的行驶机构和运动控制系统,并进行了实验与仿真验证。 根据机器人对机动性能的要求,设计了具有圆形底盘的差速驱动四轮行驶机构。然后,根据系统的较大负载、宽调速范围等要求,采用自带减速器的直流电动机作为动力源,并由此确定行驶机构各零部件的具体尺寸。 其次,根据直流电机的工作原理和调速方法,以及机器人对运动控制系统的性能要求,提出了采用双闭环(电流环和速度环)PI控制的脉宽调制(PulseWidthModulation,PWM)方法来实现对电机的数字控制。为此,运动控制系统的硬件电路采用数字信号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP)为核心芯片,并设计有电流反馈回路和光电编码器反馈回路等功能电路。 然后,根据运动系统的控制要求和DSP的编程特点,设计了系统的控制软件。其功能是根据从上位机接收的速度指令,通过双闭环PI调节来分别控制两路电机的转速。控制软件的主要模块有:系统初始化程序、PWM波形产生程序、电流反馈与滤波程序、速度反馈计算程序、串行通信端口初始化和接收速度命令中断服务程序以及电流调节器和速度调节器的PI控制算法程序等。最后对系统建立了仿真试验,其结果说明了系统设计方法的正确性和可行性,使运动系统能够达到良好的控制效果。
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