三轮全方位移动机器人运动控制研究

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随着“中国制造2025”进程的不断推进,机器人正在我们的日常生活中发挥越来越重要的作用。在众多机器人家族中,移动机器人是最重要的分支之一,根据运动特性的不同,移动机器人可以分为非完整约束和完整约束两种类型。全方位移动机器人是一类受完整约束的移动机器人,同大多数具有普通轮子的移动机器人相比,其具有更强的操作性能,由于摆脱了转弯半径的限制,它能够在有限的空间实现自身位置和姿态的调整。因此,针对全方位移动机器人的研究受到越来越多研究人员的关注。  论文以没有转向机构的三轮全方位移动机器人为研究对象,每个全向轮由一个电机独立驱动。在分析其运动学和动力学模型的基础上,研究了其速度和加速度各向异性的特点,并进行了仿真验证。根据全向轮的结构特点建立了其辊子的打滑模型,分析了辊子造成全方位移动机器人运行速度出现偏差的原因。速度偏差的存在会导致机器人从起始点运动到目标点的过程中出现轨迹偏移。为了消除打滑引起的运动轨迹偏差,建立了三轮全方位移动机器人虚拟样机模型,在ADAMS中对模型的运动参数进行了动力学分析,同时在MATLAB/Simulink中建立了基于PID策略速度控制方案,通过ADAMS和MATALB的联合仿真对控制策略进行了验证。  设计了以TMS320F2812为核心的运动控制系统,进行了相关硬件的设计,并在CCS6.0(Code Composer Studio6.0)环境下编写了各个模块的软件程序。通过实物样机进行了两种不同状态的轨迹运行实验,并对实验结果进行了对比分析。实验结果表明,文中设计的样机模型是正确的,提出的联合控制方案能够使全向轮的运行速度跟随参考速度,减小了机器人的轨迹运行偏差,提高了其运行效率。  在总结全文的基础上,对进一步的研究工作做出了展望。
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