菱形四轮移动系统的控制系统研究

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菱形四轮移动系统是一种新型的摇臂—转向结构的轮腿式移动机器人。由于采用菱形结构使得它具备了很强的地形环境适应能力,跨越垂直障碍能力,原地转向能力,甚至具备有越过宽于轮径壕沟的能力。本文主要研究其控制系统,完成控制系统的硬件设计、软件设计并最终实现移动系统的运动控制。主要工作包括以下方面:根据课题组对移动系统的控制要求,采用人机结合的半自主式控制模式,制定了控制系统的总体设计方案。根据控制系统的总体组成,完成控制系统的硬件电路设计,人机操作界面选用矩阵键盘控制芯片ZLG7290,无线通信模块选用nRF905射频芯片,主控制器选用DSP,而电机控制子板选用带有A/D转换并能产生PWM信号的单片机,根据各芯片对电路系统的实际要求,完成实现其功能的硬件电路设计。根据所选芯片对软件的要求,对控制系统的软件程序进行了设计。根据键盘控制芯片和射频芯片的通信接口要求分别实现微控制器与ZLG7290以及射频芯片的12C总线通信、SPI总线通信。制定了主控制器DSP与电机控制子板之间的CAN通信协议,完成其通信程序的设计。完成了主控制器DSP对移动系统的运动规划,对移动系统的前进、后退、越障、越壕、原地转向等复杂动作进行了程序设计。在电机控制子板上建立以角度传感器为反馈元件的闭环控制系统,完成其软件设计。本论文工作包括运动控制,程序设计分析,硬件实现。最后通过现场大量的实验,根据所获得的实际参数完成了对控制系统的调试过程,最终使得整个移动系统的各项运动功能得以实现,满足了课题组对移动系统运动控制的要求。
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