AWID-AWIS轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、AWID/AWIS高速高機動機器人是一種新型輪式機器人平臺,能夠全輪獨立驅(qū)動和全輪獨立轉(zhuǎn)向,具有AWID/AWIS特性的機器人平臺具有更多、更靈活的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向方式,能夠提供更多的運動模式(如橫向移動、原地轉(zhuǎn)向等多種運動模式),可用于對空間受限的高速、高機動性的輪式機器人的研究,代表了未來高級車輛、軍用車輛、無人駕駛車輛和大型輪式移動機器人的發(fā)展方向。
　　 本文以具有代表性的四輪獨立驅(qū)動獨立轉(zhuǎn)向機器人為研究對象,重點對機器人轉(zhuǎn)向

2、控制系統(tǒng)進行研究。該機器人平臺基于4個一體化車輪,可以實現(xiàn)向內(nèi)90°,向外45°轉(zhuǎn)向,通過電子轉(zhuǎn)向控制器,協(xié)調(diào)控制各個車輪的角度,實現(xiàn)直行、橫移、斜行、常規(guī)轉(zhuǎn)向、前后輪轉(zhuǎn)向、繞圓轉(zhuǎn)向共6種運動模式。車輪和方向盤之間沒有機械連接,通過電子單元控制車輪控制,屬于線控轉(zhuǎn)向方式。
　　 本文首先研究了轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展歷史,這是AWID/AWIS機器人平臺轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效運行的關(guān)鍵,結(jié)合我們研制的AWID/AWIS高速高機動機器人平

3、臺總體目標,設(shè)計了基于CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò),描述了具體實現(xiàn)過程,并對CAN網(wǎng)絡(luò)的負載能力及再加載能力進行研究。對起關(guān)鍵作用的電機、執(zhí)行機構(gòu)、傳感器系統(tǒng)的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法進行了重點介紹,為以后機器人轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究打下了基礎(chǔ)。為使操作者對路面狀況和阻力變化有直接感覺,本文對回正力矩的產(chǎn)生進行分析,給出了路感的定義和模擬路感的方法。最后從運動穩(wěn)定性出發(fā),分析了轉(zhuǎn)向過程中傳動比隨橫擺角速度增益的變化規(guī)律,介紹了基于理想傳動比的控制策

4、略。
　　 本文對轉(zhuǎn)向控制器進行硬件設(shè)計和軟件設(shè)計?？刂破餍枰獙D(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、電流等信號進行實時采集,因此數(shù)字測量處理電路和模擬測量處理電路必不可少,此外,電機的驅(qū)動電路,也是轉(zhuǎn)向控制器的關(guān)鍵部分,需要重點設(shè)計。為了提高系統(tǒng)的可靠性,引入了冗余概念,在電路中增加了CAN冗余設(shè)計,提高系統(tǒng)的容錯能力。
　　 操作穩(wěn)定性是平臺轉(zhuǎn)向過程的重要指標,本文從運動學角度出發(fā),總結(jié)了機器人平臺6種運動模式,對前后輪轉(zhuǎn)向過程中的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向