麦克纳姆轮全向机器人移动平台的设计

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liang_yanzhi
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当前,机器人或机械臂已在军事、航空、工业自动化等领域中得到了大力的推广,移动机器人或移动机械臂更是其中的研究重点,本设计主要就是针对可移动机器人的移动平台部分进行设计,即设计并制造一个可全向移动的机器人移动平台,使其满足在实验室环境下的运行,并具备可搭载机械臂等模块的能力。通常,普通的四轮移动机构只有两个转向轮来实现移动,但这种方式只能实现平面上两个自由度的运动:前后平移以及旋转运动。而机器人在实际使用中可能面临各种形式的空间环境,两个自由度的平面移动很显然不能满足其使用要求,因此本文采用了一种新型的全向轮来实现移动机器人在平面三个自由度上的运动,即增加了左右平移运动,使所有平面上的复杂运动都可以由前后平移、旋转以及左右平移组成的复合运动来实现。这样不仅能够扩大机器人的工作半径,也使其更能适用于各种狭小的工作场景。本设计主要从以下几个方面入手:针对国内外移动平台的现状,分析轮式、履带式、多关节式移动平台的优缺点,并考虑实际使用环境选择了具体的麦克纳姆轮移动平台机械结构方案。在此基础上加入了液压阻尼悬挂系统,以机械的手段减小其运行中的振动。接着,通过对麦克纳姆轮的结构分析,得出其运动受力情况,并根据逆运动学的研究方式建立起数学模型,得到使平台获得相应运动状态的逆运动学控制算法。然后,针对控制系统输出量,以及对环境距离的测量,本文设计了相应的控制系统硬件模块。并围绕一块Cortex-M4STM32F407主控芯片进行电路设计。为防止运动控制模块对主控芯片内存的过多占用,还另外添加了一块运动控制芯片。针对麦克纳姆轮易打滑等难实现精确方位控制的特点,本文加入了模糊控制PID算法,并对其进行仿真以及实验验证。最终实验证实,本设计的麦克纳姆轮移动平台可以按照控制指令执行精确的运动。
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