一例非完整约束轮式移动机器人控制系统的设计

一例非完整约束轮式移动机器人控制系统的设计

2004年第20卷第2期2004.Vol.20No.2

电子机械工程

Electro-MechanicalEngineering

55

Ξ

一例非完整约束轮式移动机器人控制系统的设计

柳柱,赵东标,王明昕

(南京航空航天大学机电学院　江苏南京　210016)

摘　要:介绍了一例非完整约束轮式移动机器人机械结构及控制系统软硬件的设计。采用美国Cygnal

公司新研制的C8051F005单片机作为机器人控制系统的CPU及瑞士MAXON公司的直流伺服电机作为双轮驱动单元,利用非完整约束条件和非完整约束运动规划原理,研制了一例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,也可实现原地零半径旋转及任意轨迹运动。运动自主灵活。对直线及圆弧轨迹进行了跟踪实验。关键词:机器人;C8051F005;传感器;运算放大器中图分类号:TP242　　文献标识码:B　　文章编号:1008-5300(2004)02-0055-04

DesignofaNonholonomicRestrainedWheeledMobileRobotControlSystem

LIUZhu,ZHAODong2biao,WANGMing2xin

(Mechanical&electronicdepartment,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016)

Abstract:Thispapersconsidersthedesignofthemechanism&controlsystemofanonholonomicwheeledmobilerobot.SelectingnewlydesignedMCUchipofCygnalC8051F005astheCPUofcontrolsystemandMaxonDCservomotorofSwitzerlandasdriver,wedesignedanonholonomicwheeledmobilerobotbasingonnonholonomicrestrainingconditionandnonholonomicmotionplanningtheory.Itcantrackanykindofstraighttrackandarctrack,rotatewithzeroradius,andalsocanmovealonganycurvedpath.Atlast,anexperimentonfollowingastraightpathandanarcpathhasbeenperformed.Keywords:mobilerobot;C8051F005;sensor;operationalamplifier

0　引　言

目前,移动机器人已广泛用于科学考察、地质勘探、灾难营救等多个领域,对人类了解地球、征服自然、探索宇宙具有重要意义。同时,也是代替人们在有辐射、有粉尘和有毒等环境中作业必不可少的工具。移动机器人的典型行走形式有轮式、履带式和腿足式等。

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的原理,研究开发新型的具有良好的目标轨迹跟踪和控制性能轮式移动机器人系统,在机器人领域下成为一个新的研究热点。轮式机器人其实与车辆极为相似,因此对于轮式移动机器人的研究以及无人驾驶车辆的发展都有重大的意义。通过研制一台轮式移动机器人AeroAcer,对直线及圆弧等目标轨迹进行了跟踪试验。

1　机器人底盘机械结构及其驱动

根据需要,AeroAcer轮式移动机器人结构包括:行走驱动部、躯干、手臂及手爪。行走驱动部结构如图1所示,采用两轮独立驱动的结构,并使AeroAcer的

形心和质心对地平面的投影落于两个驱动轮轴线上。驱动轮分别由两套直流伺服系统驱动,提供需要的转速或者力矩;前后对称于驱动轮轴线各布置一万向轮,可任意移动而不会对AeroAcer产生阻力和约束作用,这样,只要分别控制两个驱动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

也使轨迹规划及控制相对简单。另外,驱动轮轴线过质心的投影,可大大地提高驱动电机的效率。内带减

Ξ收稿日期:2003-08-27

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新高等教育一例非完整约束轮式移动机器人控制系统的设计全文阅读和word下载服务。