轮边驱动全向轮模块化控制系统研制

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近年来,随着机器人学与相关学科的迅速发展,移动机器人在许多行业中得到了越来越广泛的应用。全方位移动机器人是能够在平面上实现前后、左右和自转三个自由度运动的移动机器人,尤其适合工作在空间狭窄有限,对机器人的机动性能要求很高的工况下。全方位移动机器人的类型很多,本课题中作者以研制轮边驱动全轮偏转式全方位移动机器人为平台,研制了轮边驱动全向轮模块化控制系统。  1.本文介绍了轮边驱动及其优点,对轮边驱动全向轮的结构进行了设计,阐述了各部件的功能,选择了直流无刷电机作为驱动电机,并分析了全向轮的运动形式。  2.详细分析了全向轮模块中轮毂电机与舵向电机的控制技术要求,根据其系统特点选择模糊控制作为控制算法,基于实验测定对舵向电机系统进行了简化建模,设计出能够实现控制目标的模糊控制器并使用MATLAB对其进行了仿真分析。  3.应用嵌入式系统的知识,选择C8051F020单片机作为控制芯片,设计了能够实现各期望功能的外围电路,例如电源模块、多机通讯模块等,并制作出硬件控制板卡。  4.使用IDE开发环境及H-JTAG调试仿真器对全向轮模块控制系统软件进行开发设计,使用串口通讯协议进行串口多机通讯设计,为A/D采样设计了一种结合中值滤波、限幅滤波,算数平均滤波优点的数字滤波器,在实际应用中对随机干扰达到了良好的滤波效果。  5.编写了上位机控制界面,完成了全向移动机器人的调试,使之实现了预定的运动。  本文对轮边驱动全向轮模块化控制系统进行了详细的分析与研究,制作出了样机系统。并且作者与课题组成员合作,完成了轮边驱动全轮偏转式全方位移动机器人的研制与调试,对其进行了实验研究。本课题所做的工作对相关技术发展以及轮边驱动仝轮偏转式伞方位移动机器人的进一步研究具有一定的参考价值。
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