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

1、AWID/AWIS高速高機(jī)動(dòng)機(jī)器人是一種新型輪式機(jī)器人平臺(tái),能夠全輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和全輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向,具有AWID/AWIS特性的機(jī)器人平臺(tái)具有更多、更靈活的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向方式,能夠提供更多的運(yùn)動(dòng)模式(如橫向移動(dòng)、原地轉(zhuǎn)向等多種運(yùn)動(dòng)模式),可用于對(duì)空間受限的高速、高機(jī)動(dòng)性的輪式機(jī)器人的研究,代表了未來(lái)高級(jí)車輛、軍用車輛、無(wú)人駕駛車輛和大型輪式移動(dòng)機(jī)器人的發(fā)展方向。
　　 本文以具有代表性的四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)器人為研究對(duì)象,重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人轉(zhuǎn)向

2、控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。該機(jī)器人平臺(tái)基于4個(gè)一體化車輪,可以實(shí)現(xiàn)向內(nèi)90°,向外45°轉(zhuǎn)向,通過(guò)電子轉(zhuǎn)向控制器,協(xié)調(diào)控制各個(gè)車輪的角度,實(shí)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(yùn)動(dòng)模式。車輪和方向盤(pán)之間沒(méi)有機(jī)械連接,通過(guò)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(jī)器人平臺(tái)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、有效運(yùn)行的關(guān)鍵,結(jié)合我們研制的AWID/AWIS高速高機(jī)動(dòng)機(jī)器人平

3、臺(tái)總體目標(biāo),設(shè)計(jì)了基于CAN總線的分布式控制網(wǎng)絡(luò),描述了具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程,并對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力及再加載能力進(jìn)行研究。對(duì)起關(guān)鍵作用的電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了重點(diǎn)介紹,為以后機(jī)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(duì)路面狀況和阻力變化有直接感覺(jué),本文對(duì)回正力矩的產(chǎn)生進(jìn)行分析,給出了路感的定義和模擬路感的方法。最后從運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性出發(fā),分析了轉(zhuǎn)向過(guò)程中傳動(dòng)比隨橫擺角速度增益的變化規(guī)律,介紹了基于理想傳動(dòng)比的控制策

4、略。
　　 本文對(duì)轉(zhuǎn)向控制器進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)?？刂破餍枰獙?duì)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、電流等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,因此數(shù)字測(cè)量處理電路和模擬測(cè)量處理電路必不可少,此外,電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路,也是轉(zhuǎn)向控制器的關(guān)鍵部分,需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)。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(jì),提高系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。
　　 操作穩(wěn)定性是平臺(tái)轉(zhuǎn)向過(guò)程的重要指標(biāo),本文從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度出發(fā),總結(jié)了機(jī)器人平臺(tái)6種運(yùn)動(dòng)模式,對(duì)前后輪轉(zhuǎn)向過(guò)程中的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向