直进轮系机器人行走机构的设计毕业设计

直进轮系机器人行走机构的设计毕业设计内容摘要：

美，都有着其自身的局限性，反应控制系统同样也是，其不具备记忆功能，信息不能直接的储存，也不能在其已有的知识基础上进行有效的学习，这种行为的控制，我们通常称之为延长反应系统，它仅仅控制该协商类型之间的配方和终端之间的反应的一种简单方法。 在基于这样的行为为基础的控制方法上，单一的控制系统对不同任务的分解方式不同，并且是同时进行，机器人 任务的全部操作就是要把整成部分，成为基本的，简单的，一些行为单元则每个单元进行它们之间的协调。 每个单位都有自己的小整体，有自己的感知系统的执行单元，构成感知和执行中的一个。 机器人会根据自己的系统先后顺序，然后可以完成需要的不同任务。 他的优势是，他的每一个单元的功能特性之一是相对于相对简单的传感器，并通过一些简单的信息处理可以很快得到了良好的经营业绩。 因此，它是底层控制行为控制机器人的最佳选择。 论文的主要内容 本文主要是对机器人的控制系统和结构设计进行的研究。 主要的驱动机构是四轮驱动机构。 即， 直接连接到每个车轮与框架，它具有行走功能。 体内装有一个大直径的车轮，使之能适应户外，草，沙子和其他的步行环境。 配有独立的驱动控制潍坊科技学院学士论文 引言 7 可以在不跨越障碍，避障等功能转弯半径来实现。 移动机器人的结构的设计。 这包括机器人主体的行结构和尺寸。 模块化设计（移动机器人）。 主要在于机器人所具有的的环保意识，动态上的决策功能和规划上等一些多种的功能。 普通机器人之间也存在着区别，主要的区别就是安装在机器人平台上的可动载体。 另外，我们在移动机器人的设计上，应该遵循一系列的设计原则： 1：一般的机构应该很容易满足并快速拆卸， 以方便我们平时的测试，调试，维修等。 2：给机器人未能及时组件的临时功能元件和一些传感器和其他特征留有一定的位置，以备将来在改进和扩展所安装的优先位置。 3：角模块化设计，我们必须在每个功能模块设备之间隔开一定不能互相干扰。 移动机器人的运动控制分析。 为了成功地避开障碍物，机器人必须在转向性能的自主权和灵活性。 因此，机器人的操纵性能是它能够适应地面的能力的一个重要方面。 潍坊科技学院学士论文 轮式机器人的运动控制 8 2 轮式机器人的运动控制 2． 1 移动机器人控制系统设计 本次设计的论述移动机器人为以 STC12C5408AD 为控制核心的 后驱四轮机器人。 最前端为信号采集模块，主要功能是 :线标志的读取，前轮上的万向轮主要负责转向功能，后轮是主要功能是驱动力，为机器人提供动力，另外，应该采用差速机构进行驱动，且电源为直流电源。 原理 单片机系统是一种基于信号采集模块平台上的，对路面一些标记信号精准的读取，然后由虚拟量直接快速的转换为机器系统本身能够有效识别的数字信号，然后再经过智能信息化处理，输入到单片机中，之后单片机可以通过我们己经写入到了的程序，对其已经读取到的信号在进行进一步的判断，最后就可以通过驱动模块和转向控制模块来完成 机器人的最后运动状态。 重点是所采用的电机驱动模块需要采用直流电机来对我们的机器人进行驱动，另外还要注意调节电机之间的转速来进一步的实现机器人灵活转向。 元器件的选择 本次设计主要实现信号采集与分析、直流电机控制两大功能，但是单片机系统的运行程度决定了机器人的最终运动状态，机器人性能的好坏绝大部分取决于单片机的选择。 采集信号我们需要 AD 转换接口，在于本次的设计中我们就选择了国产的单片机 STC12C5408AD，是新一代单片机，速度是比较快的快，集成度也是比较高的。 其多种功能与快速处理器于 一体，同时还具有了 ISP 的功能，用户可以根据自己的需求，在自己目标的系统上，经过一系列的额串口与 PC 连接，就可以快速直接的由 PC客户端对他进行 ISP 下载编程，几秒钟的时间就可以完成 [7]。 关于电源问题，研究者在集成整个控制系统之前势必需要进行考虑的。 控制系统在运行的过程中，其电机所消耗的电量要远远的大于控制系统的消耗，并且控制潍坊科技学院学士论文 轮式机器人的运动控制 9 系统在运行过程中，机器人出现的的加减速与一系列的拐弯动作这都会导致使用电压的不稳定，所以我们在设计与安装时，要使得电机驱动电源与控制系统电源相互独立互不干扰，对单片机系统设计一个独 立核心供电系统，以便于勇来确保单片机能够充分的得到 5V 电源，用于正常的运转。 移动机器人在平台上的总体结构 移动机器在功能上应具有以下的一些特点： 能够在静态的条件下对路径由一个整体的规划，并且可以快速的控制机器人整体上的导航，很好的完成任务； 出现障碍物时，能做到识别并做出相应的避障反应； 主要的视觉系统能够对目标进行快速搜索与跟踪；并且可以辅助整体导航，对机器人前进的目标进行精确定位 [8]。 鉴于以上的研究目标，提出如下总体设计要求： 1 机器人动作灵活，控 制方便； 2 采用模块化设计 3 感知能力要丰富，方便对其行为控制全面研究； 4 在保证功能实现的前提下，尽量减少系统硬件的成本； 5 便于扩展、调试、及维护。 6 根据由上述移动机器人的整体结构，从底层开发上述的设计要求被分为五个等级：主要分为用户级，决策控制层，感测 /基础决策，运动人员。 的层和层之间的通信有标准的物理层和协议层，这些层是高度可扩展的。 移动机器人硬件系统 硬件包括一个移动机器人平台和无线通信系统中的组件，使用上，下两分布式控制系统结构。 移动机器人平台的典型四轮机器人，前两个脚 轮，两个独立的后轮驱动，后左和后右车轮安装直流电动机和电动机控制器，移动机器人平台和攀登障碍物，三维空间，以提供一个导航平台。 系统的硬件组件可以被分成三个模块：将电源和驱动器模块，传感器模块，控制计算机模块，并通过功能类别，机器人可分潍坊科技学院学士论文 轮式机器人的运动控制 10 为用户级传感 /控制子系统，智能 决策系统等 [9]。 移动机器人的电源和驱动模块 在移动机器人中使用的功率模块和功能模块的每个功能单元，主要内容有：对 DSC （ TMS320F28335 ）函数在数据处理单元的运动控制代理功能 ARM9 的图像采集和处理单元和直流电 机及检测驱动器和其他功能单元 [10]。 移动机器人传感器系统 机器人的传感系统主要的任务是为了获取内外部工作信息，这是机器人感知决策和行动的不可或缺的三大要素之一。 感测的传感器单元的系统的硬件组件，其功能是提供外部环境，如视觉，力，触觉机器人，机器人本身可以感知的状态和位置。 外部的传感器分为 24 通道和光电开关，另外传感器模块上的还有超声波距离传感器，两个全景视觉摄像头，感觉与接近传感器，然而还一次提供了 8个预留的标准接口 [11]。 我们所看到的传感器主板电源，主要的是由两针接口 POWER 输入之 后，然后根据后来信号的分离分成两路，其中一路可以经过对保险管与 TVS 管进行有掉的恢复，从而为传感器系统提供 24 的电源，然而另一路则就直接的为 PC 提供一系列的电源电压供应。 其中 L1与 L2 分别是传感器、 PC 电源指示灯。 潍坊科技学院学士论文 轮式机器人的运动控制 11 IP1 D23 F1 D24 RATT SW 3A D22 + C2 C3 + F2 1000q/50V 3A BATOND 图 电源输入以及简单保护电路 移动机器人运动控制研究 本文章所研究的四轮机构也像普通的机器人一样采用轮子，小腿，小支架的形式以及其他机构并存的情况下进行有效的运动。 主要采用的是后轮驱动机构，前轮从动，二期前轮的作用仅为支架的作用，后轮驱动采用的是双电机驱动，主要控制轮子的转弯与角速度的有效控制，合理的完成转弯越障碍物等一系列 复杂的任务。 车体结构与运动学分析 看下列结构图形，很明显的看到两后轮的双驱动装置，电机与电机之间互不干1 2 1 2 1 2 IP2 COMPUTER POWER1 潍坊科技学院学士论文 轮式机器人的运动控制 12 扰，电压稳定为直流电压，速度恒定输出，而且随时可以根据需要调节电压的大小来控制其转速。 前轮是从动轮，仅起到支撑的作用无向导功能 [12]。 图 车体结构图 图 车体运动路径 图 3为车体运动路径示意图。 O 为坐标原点，也是车体运动的起始点，经过 t时间后小车慢慢的运动 A 点 .在这其中， Ex(t)、 Ey(t)分别为小车在 X 方向上和 Y方向上的位移；θ与 W分别是小车的角位移和角速度。 根据以上假设，可以推断出以下关系式： Ex=to dttv )(cos (1) Ey=to dttv )(sin (2) θ =to dtt)( (3) 在允许的误差内我们可以认为，， : cosθ =1 （ 4） sinθ =θ （ 5） 两 电机电压包的稳定是用来确保后轮中 V（速度）是常量，即 v=v0，则式（ 1），（ 2）和（ 3）可表示如下： Ex=v0t （ 6） Ex= to dttv )(0  （ 7） θ =to dtt)( （ 8） 潍坊科技学院学士论文 轮式机器人的运动控制 13 推导出： n=knU+Cn （ 9） Kn、 Cn 是常数。 根据上述公式可以推导出车体在转动时的角速度与后轮中点处的速度 v0，： w=（ N2N1） Dπ /W （ 10） v0=（ N2+N1） Dπ /2 （ 11） N1， N2为左右轮转速， D为后轮的直径， W是两后轮之间相对的距离。 把式（ 9）分别代入式（ 10）与（ 11）中，可以得到 w=(（ U2U1） Dπ Kn)/W （ 12） V0=(（ U2+U1） Dπ Kn)/2+Dπ Cn （ 13） 其中 U2和 U1为小车左轮和右轮的输入电压。 由式（ 13）可知，假如车体后面的两轮的各电机输入的电压之和是常数，从而推导出速度 V0也是常数。 假设车运动时，会产生瞬时的角速度，那么其运转所需要电压差Δ应该为 U2U1=ω W/(Dπ Kn)= Δ u （ 14） 若使： U1=UΔ u/2 U2=U+Δ。