六轮独立驱动无人车下位机控制系统研究

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自主导航移动机器人是一种没有驾驶员但可以自主行走的机器人,多用来代替人类完成一些危险、繁琐的任务,目前在战争和公共交通中都有应用。本文结合当前国内外对自主导航移动机器人的研究现状,提出了适合本课题的研究方案,经综合分析采用了六轮独立驱动移动平台机构、上位机系统完成自主导航、下位机系统完成底层控制的总体方案,并进行了系统设计。本文完成了下位机控制系统的研究开发,主要包括以下几个方面:第一,分析任务要求,提出总体设计方案,并对其机械结构系统、上位机控制系统和下位机控制系统三大部分进行了论述。第二,进行了下位机系统设计。下位机系统需要控制六个驱动电机、一组动力电池和一个直流电机,这些模块元件彼此间通过CAN总线进行通讯:论述了CAN总线及课题通讯协议、电池管理系统和云台旋转直流电机驱动电路。第三,探讨了六轮独立驱动滑动转向机器人的运动规律,建立了车轮打滑的运动学和动力学模型。六轮独立驱动机器人依靠左右侧车轮速度差来实现转向,在转向时车轮既有滚动又有滑动,其运动相比带有转向装置机器人的运动具有更大的不确定性。第四,完成了下位机VxWorks嵌入式控制系统的开发,使系统按照预期流程工作。上位机导航系统发出CAN报文后,下位机系统需要响应并按照协议内容控制相应的下位机模块元件。最后,设计开发了可视化人机调试软件,对系统进行实验调试。实验结果表明本课题研究开发的VxWorks控制系统,实现了多任务的实时调度,控制算法满足预期的设计要求,模块元件按照协议能够正常工作。
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