【正文】 39。 全向移動(dòng)平臺(tái)的輪體參數(shù)設(shè)計(jì) 由于 Mecanum全方位輪的最大 特點(diǎn)是在輪子的圓周上均布了一周小輥?zhàn)?，且小輥?zhàn)拥妮S線與輪平面有一定的夾角。即對(duì)各種運(yùn)動(dòng)形式根據(jù)各自運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)采用不同的控制策略予以控制。 而如果通過(guò)這樣的方式進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的銜接，可以知道系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間和距離將被受到限制。39。39。39。39。39。39。 39。 39。39。 39。 39。39。p p pt? ? ???， 39。 39。39。v 或 39。2122 ppIWF rP?? ??， 39。 1012pp WRR P???? ， 39。122 pprWa P? ?， 39。 81PmWZ P? 對(duì)于滾輪，有： 539。 4122oz WP? ? 在點(diǎn) P 處，有： 2 539。 2 2pIZF ?? ?? (4) 反向力偶作用下全向移動(dòng)車斜向運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立 對(duì)于車身，有： 39。122 ppprZaa N??? ? ?， 39。 11PmZZ N?? 對(duì)于滾輪，有： 39。 11oZa N?? 對(duì)于車輪，有： 39。 5122ppYR Lr? ? ， ? ?2339。39。 21ozYL? ?? 在點(diǎn) P 處，有： 339。122 pp ozXra IK? ?， 39。 312oz ozXKI? ? ， 239。因而這種方法是最合適的！但這種方法不一定可行，它只不過(guò)是一種假設(shè)而已，因而我們需要對(duì)這種方法進(jìn)行理論驗(yàn)證，即探討個(gè)反向力偶的添加又會(huì)給系統(tǒng)模型帶來(lái)的影響是否能使系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)變更為勻減速運(yùn)動(dòng)？下文將就這一問(wèn)題 進(jìn)行 重點(diǎn)分析討論： 2. 反向力偶添加對(duì)系統(tǒng)模型的影響 1) 反向力偶作用下的全向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模 對(duì)于系統(tǒng)在反向力偶下的動(dòng)力學(xué)建模，我們從上述分析中可以看出變化的只是電機(jī)扭矩 M 的方向，同時(shí)這個(gè)力偶的變化屬于系統(tǒng)外力的變化，并不會(huì)影響到其他力的方向的改變，因而只需將原系統(tǒng)方程中的 M 代入 M? 即可得到系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型如下文所述： ??北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 (1) 反向力偶作用下全向移動(dòng)車原地旋轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立 對(duì)于車身，有： 39。在下面的章節(jié)中我們重點(diǎn)討論電機(jī)反向力偶和測(cè)速裝置的添加，以敘述如何解決系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的問(wèn)題。但由于系統(tǒng)本身勻加速運(yùn)動(dòng)性質(zhì)會(huì)使得系統(tǒng)還會(huì)在另一個(gè)方向上保持原有的運(yùn)動(dòng)方向 繼續(xù)運(yùn)行直至停止運(yùn)行后才會(huì)開始轉(zhuǎn)彎，這樣便會(huì)使得其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏離，使得系統(tǒng)無(wú)法在任意連續(xù)路徑 上 實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的高精度軌跡跟蹤。 為便于建模，現(xiàn)作三個(gè)合理的假設(shè)： 1) 忽略本體及輥?zhàn)拥娜嵝裕? 2) 忽略工作場(chǎng)地的不規(guī)則，即四個(gè)全方位輪能同時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)； 3) 全方位輪與工作面有足夠大的摩擦力，輪體不存 在打滑現(xiàn)象。同時(shí)我們還需根據(jù)上文分析出的運(yùn)動(dòng)原理和自身車體結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，并列出受力方程，并用 matlab軟件對(duì)其線性方程組進(jìn)行求解（具體求解過(guò)程見(jiàn)附錄）。 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模 原地旋轉(zhuǎn) 受力與運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析 根據(jù)上文分析出的運(yùn)動(dòng)原理和自身車體結(jié)構(gòu)我們可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，并列出受力方程，并用 matlab 軟件對(duì)其線性方程組進(jìn)行求解（具體求解過(guò)程見(jiàn)附錄）。 （ a）縱向移動(dòng) （ b）橫向移動(dòng) （ c）斜向移動(dòng) （ d）原地旋轉(zhuǎn) 圖 23 四輪組合及運(yùn)動(dòng)圖 對(duì)于圖 23的四種運(yùn)動(dòng)方式，以圖 23（ d）的逆時(shí)針原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為例分析，此種情況，左側(cè)兩輪旋轉(zhuǎn)矢量 ?方向向右（輪子向后轉(zhuǎn)） ,右側(cè)兩輪 ? 方向向左（輪子向前轉(zhuǎn)），轉(zhuǎn)速大小相等，我們利用牛頓定律可以判斷各輪所受的輥?zhàn)虞S向力 aF 與輥?zhàn)訚L動(dòng)摩擦力 rF 的方向如圖所示，各輪的 aF 、 rF 分別? ?? ?tF tFtFtFaF aFaF aF? ?? ?tFtFtFtFaFaFaFaF????tFtFtFtFaFaFaFaFtF??tFtFtFtFaFaF北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 都是相等的，為了減少運(yùn)動(dòng)中的滾動(dòng)摩擦，以延長(zhǎng)輪體使用壽命，故本文考慮在輥?zhàn)虞S上安裝滾珠軸承。每個(gè)全方位輪都由一個(gè) 直流電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，通過(guò)四個(gè)全方位輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向適當(dāng)組合，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在平面上三自由度的全方位移動(dòng) [1]。 降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ， 是車體布局主要考慮的問(wèn)題 ， 其方法 就是盡量使車體重心位于機(jī)器人中心 [3]。同時(shí)由于鋁制輥?zhàn)釉陂L(zhǎng)時(shí)間行駛后輥?zhàn)訒?huì)有輕微磨損，并 會(huì) 在地面光滑度較高時(shí)有一定程度的打滑 [1]。 但就穩(wěn)定性而言， 四輪全向輪系 比三輪全向輪系有明顯的優(yōu)越性 [2]，由于 本論文設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性較高，因而應(yīng)選擇四輪全向輪系。 （ a） （ b） 圖 21 全向移動(dòng)輪四周的輥?zhàn)? 全向輪的類型選擇 基于上述分析我們可知 Mecanum 輪承載能力較強(qiáng)，基于 Mecanum 輪的全方位移動(dòng)平臺(tái)車輪與懸架位置固定，無(wú)需獨(dú)立轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，僅僅利用各輪之間轉(zhuǎn)北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 速轉(zhuǎn)向配合即可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的全方位運(yùn)動(dòng) 。如圖 21(b)所示，這些輥?zhàn)拥耐廨喞j(luò)面與輪子的理論圓柱面相重合。北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 全向移動(dòng)平臺(tái)的控制系統(tǒng)分析 輪體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 、輪系類型選擇 及車體的布局 全向 輪的結(jié)構(gòu)形式選擇 典型的全向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括全向輪、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸系以及運(yùn)動(dòng)控制器幾個(gè)部分。 在第四 章 本文首先針對(duì)系統(tǒng)的模型特點(diǎn)和本文控制要求對(duì)全向移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)行的路徑進(jìn)行了規(guī)劃。同時(shí)， 本文還針對(duì) 驅(qū)動(dòng)、信號(hào)、控制 模塊完成任務(wù)的相應(yīng)要求進(jìn)行了具體元件 選型 設(shè)計(jì) 。為實(shí)現(xiàn)精確的裝配與控制，本文在最后一節(jié)還 利用其受力和負(fù)載的分析 對(duì)全向移動(dòng)平臺(tái)的輪體參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 論文的主要內(nèi)容： 本文在第二章 第一節(jié)從全向輪和輪系的結(jié)構(gòu)形式，以及車體 底盤 布局的設(shè)計(jì) 入手 全面介紹了全向移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為后期的裝配打下了良好的基礎(chǔ)。 因而這種性能的實(shí) 現(xiàn)也必將成為未來(lái)機(jī)器人研究和設(shè)計(jì)的方向。 可編程控制器 (PLC)作為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支 柱之一，以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便可靠的特點(diǎn)，已日益成為控制裝置中的重要角色。與普通輪式、氣浮式、有軌式運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相比，全向輪智能移動(dòng)平臺(tái)在廠房基建、操作智能化程度、外部設(shè)備人員保障等方面 都有較大優(yōu)勢(shì)。 (5) 多滾輪 Mecanum 輪應(yīng)用推廣，可避免多邊形效應(yīng)的發(fā)生。 (2) 1992 年，日本神戶制鋼所的西川晃平等人研制出球履帶全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)。正是由于上述特點(diǎn)，才使得全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有零回轉(zhuǎn)半徑的特點(diǎn)，因而它能靈活自如地穿行。同時(shí)還 通過(guò)廣泛閱讀的方式全面了解了系統(tǒng)的受力分析和運(yùn)動(dòng)原理，并通過(guò)閱讀自主分析了系統(tǒng)通信、驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制三大系統(tǒng)的工作原理與過(guò)程，并結(jié)合本文的控制與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出了系統(tǒng) 的初步控制框圖。蓋茨先生預(yù)言，服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)即將重復(fù)個(gè)人計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)崛起的道路，使機(jī)器人成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧? 同時(shí)本文還在最后從系統(tǒng)的調(diào)試與改進(jìn)入手，結(jié)合具體實(shí)踐分析了系統(tǒng)在調(diào)試過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，并提出了具體的解決方案 。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用權(quán)的說(shuō)明 本人完全了解北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院有關(guān)保管、使用論文的規(guī)定，其中 包括：①學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存論文；③學(xué)校可允許論文被查閱或借閱；④學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；⑤學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 關(guān)鍵詞 全向移動(dòng) 高精度軌跡跟蹤 自然 停車制動(dòng) 無(wú)刷直流動(dòng)力驅(qū)動(dòng) PLC 運(yùn)動(dòng) 控制 GPRS 無(wú)線通信 組態(tài)王 II Title The Design and Implmentation of Omnidirectional Mobile Platform Control System Abstract In this paper, for the study motion control of mobile platform, first give a thorough analysis to the movement principle and the structure of the omnidirectional mobile platform, at the same time based on this, a prehensive analysis is used to characteristics of the dynamic model of the system, and analyze working relationship of the coordination between the body and the wheel, and then analyzes moving characteristics and movement principle of the system in omnidirectional movement process, moreover, to verify the feasibility of the omnidirectional movement of a theory, and then analyzes the reason of the may exist high precision trajectory tracking problem in continuous operation process, at the same time, motor rotate in the opposite direction have an effect in the movement process is used to propose a way to solve the omnidirectional mobile platform system’s high precision trajectory tracking problem in continuous operation. In this paper, aim at control requirement of omnidirectional mobile platform, propose whole design thinking of control scheme, moreover, according to this scheme, and bine characteristics of system, aim at driving, signal sampling, control, and monitoring module, give a thorough design to the hardware and software system. Finally, this paper starts with the system debugging and improvements, bine with the concrete practice prehensive analysis the existence problems in the debugging process of the system, and then propose specific solutions. Keywords Omnidirectional mobile High precision trajectory tracking Natural parking brake Brushless DC power drive PLC motion control GPRS Wireless munication Kingview III 目錄 1．前言 ................................................................................................................................ 1 選題依據(jù) ..................................................................................................................... 1 課題調(diào)研 ...........................................................................