【正文】 另外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了 很多 同學(xué) 的支持與鼓勵(lì)以及同實(shí)驗(yàn)室同學(xué) 的熱心幫助，在此一并表示衷心的感謝。 首先向悉心 指導(dǎo)我的導(dǎo)師王興松老師表示最誠(chéng)摯的感謝與敬意。其中 雖 花費(fèi)了眾多的時(shí)間與汗水，但仍難免會(huì)有很多不足，且其間給老師同學(xué)添了不少的麻煩。 從目前的機(jī)器人的發(fā)展來(lái)看，全方位移動(dòng)機(jī)器人仍有相當(dāng)大的研究前景，只要所有設(shè)計(jì)者與研究者不斷努力，一定可以使機(jī)器人的應(yīng)用前景更可觀。 全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)在許多方面尤其在微型機(jī)器人上應(yīng)用廣泛，如何提高全方位輪的工作效率、承載能力、組合運(yùn)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)精度及算法等等，對(duì) 促進(jìn)機(jī)器人事業(yè)的發(fā)展具有重要的作用。 ② .Mecanum輪機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)具有任意方向上的移動(dòng)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活的特點(diǎn)（本文中用相對(duì)簡(jiǎn)單的控制程序已能證明這一點(diǎn)）。詳細(xì)電路見(jiàn)附錄三。用 74LS04 六反器來(lái)實(shí)現(xiàn)圖中的信號(hào)邏輯反向。 L298 的驅(qū)動(dòng)電路原理圖設(shè)計(jì)如圖 62。因這里用的是 24V 直流電機(jī)，故用兩片 L298 芯片就可以驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 } 則我們可以通過(guò)定時(shí)器的定時(shí)特性來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM 信號(hào)的調(diào)制，調(diào)整 TH0、 TL0 的初值即可獲得不同的 PWM信號(hào)。 //高電平時(shí)間 if(VT==0) break。 break。 break。 break。 TF0=0。 break。 break。 break。 TF0=0。 TR0=1。 //定時(shí)器 0 工作于模式 2 TH0=2。我們可以通過(guò)調(diào)節(jié) THx與 TLx的值來(lái)調(diào)制不同頻率的 PWM信號(hào)。當(dāng) M M0為 0、0 時(shí)為定時(shí)器工作于模式 0， M M0 為 0、 1 時(shí)為模式 1， M M0 為 0 時(shí)為模式 2，M M0 為 1時(shí)為模式 3。當(dāng)程序不是很復(fù)雜且對(duì)資源利用要求不高時(shí)，這往往是種不錯(cuò)的方法。硬件調(diào)制即用 PWM 發(fā)生模塊（有些型號(hào)的單片機(jī)有 PWM口， AT89C51 中沒(méi)有）產(chǎn)生 PWM 信號(hào)，軟件調(diào)制即用軟件編程實(shí)現(xiàn) PWM調(diào)速。 電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的調(diào)速 有很多種方法，但在此最常用的方法是 PWM 調(diào)速。 利用該控制器可以實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)機(jī)器人 的前、后、左、右、左前、右前、左后、右后以及原地正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單控制調(diào)試。當(dāng)點(diǎn)動(dòng)時(shí)要利用 Vt 腳，而自鎖運(yùn)行只要用 D0、 D DD3 四端作單片機(jī)的輸入即可。 表 71 無(wú)線控制器的鍵入輸出 真值表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 D0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 D1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 D2 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 D3 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 將 D0、 D D D Vt 五腳接入單片機(jī)的輸入端。其中 D0、 D D D3 四端口帶輸出自鎖， Vt 端當(dāng)無(wú)線控制器有按鍵輸入并解碼有效時(shí)輸出高電平“ 1”。 遙控部分的設(shè)計(jì) 本文選用的無(wú)線控制器配以南京某公司的 R03BS 集成模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的無(wú)線控制。且考慮到要用到 PWM調(diào)速（暫用單片機(jī)軟件調(diào)制信號(hào)），故采用 1A快速恢復(fù)的續(xù)流二極 管 IN5822。 控制電路的設(shè)計(jì) 考慮單片機(jī)的成本，開(kāi)發(fā)的容易程度及設(shè)計(jì)的周期，本測(cè)試電路中選用 AT89C51 單片機(jī)作控制器。由于本處的目的為前者，故這里選用單片機(jī)（ MCU）控制實(shí)現(xiàn)的開(kāi)環(huán)應(yīng)用。在此，我們?yōu)榱藴y(cè)試麥克納姆全向輪的運(yùn)動(dòng)精度與運(yùn)動(dòng)特性，更主要是為了能通過(guò)控制電路的輔助直觀的理解麥克納姆全方位輪的運(yùn)動(dòng)原理。 控制電路的方案選擇 麥克納姆全向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，要根據(jù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)控制電路。 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 — 25— （共 31 頁(yè)） 第 七 章 四輪協(xié)調(diào)的 控制 測(cè)試電路 在所有的全方位輪參數(shù)設(shè)計(jì)完畢 后，所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)按一定的加工方法加工好后能否達(dá)到預(yù)期的精度要求。 至此已建立好全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型，給出了各參量的明確表達(dá)式，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問(wèn)題求出了解。 T AM M W I W?? () 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 — 22— （共 31 頁(yè)） 2121039。 C. 各車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)加速度能： S3= 24112 Aj ii I ??? () 式中 AjI —— 各輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 B. 本體轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度能： S2＝ 21 I0 2? () 式中 0I —— 本體繞瞬時(shí)靜坐標(biāo)系的 Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kg ＝00?????????????00???????????????????????021ee ＋ 00???????????????????????021ee ＋12210VVVV?????????????? ＝21 2 2 122 1 1 20V e V eV e V e? ? ?? ? ???? ? ???? ? ????? （ ） 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 — 21— （共 31 頁(yè)） 式 ()中所表達(dá)的加速度就是復(fù)合系統(tǒng)本體質(zhì)心的加速度在固定坐標(biāo)系中的平動(dòng)加速度， 1V ， 2V ， 1V ， 2V 是本體相對(duì)于瞬時(shí)靜坐標(biāo)系的平動(dòng)速度和加速度， ? ， ? 是本體繞瞬時(shí)靜坐標(biāo)系的 Z軸的角速度和角加速度。r )＋ ddt? 39。 由于2239。 39。 39。xa ， 39。yV —— 39。 ＝??????????0yxaa＝12210VVVV?????????????? () 式中 39。yV ＝ 0lim??t tY?? ＝ 2V () 39。xV ＝0lim??t tX??＝ 1V () 39。 39。 39。 39。 39。) 39。39。( 39。V ＝ 0＋ 00??????????? 120VV??????????＋ 120VV??????????＝ 12210VeVe???????????? （ ） 在定坐標(biāo)系 OXYZ 中對(duì)其速度 V 求導(dǎo)，得到加速度 a ： a ＝ dtVd ＝ 39。 故有： V ＝ 39。O X Y Z 中求導(dǎo) 39。 39。O X Y Z 中是常矢量，所以在坐標(biāo)系 39。 39。V （ ） 由 于 r 在坐標(biāo)系 39。O X Y Z 相對(duì)于定系 OXYZ 不僅有平動(dòng)還有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以可以得到： drdt ＝ 39。 39。V ， ? 和 r 表示 V 和 a ： 由于動(dòng)系 39。O 指向點(diǎn) G 的一常矢量，在坐標(biāo)系 OXYZ 中表示為 r ＝OG ，速度為 V ，加速度為 a 。 39。 39。V ＝ 12[ 0]TVV 和轉(zhuǎn)動(dòng) 39。 39。 39。O X Y Z 相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)靜止坐標(biāo)系 OXYZ ，它與絕對(duì)靜止坐標(biāo)系 XYZO 相對(duì)靜止。 39。O X Y Z ，還有與動(dòng)系 39。 39。換算的最終目的是得到系統(tǒng)質(zhì)心的絕對(duì)加速度，故建立三個(gè)坐標(biāo)系：絕對(duì)靜止坐標(biāo)系XYZO ，固定于車(chē) 體中心上的動(dòng)系 39。 變化上式可得： 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 — 18— （共 31 頁(yè)） ????????????????nnnnJJJJIIII43210000000000001234nnnnVWWWW??????????????????＝????????????????ssssJJJJ43210000000000001234ssssWWWW?????????????? () 即為： nAnVW??????＝ sB sW () 求出其最小二乘解為： nVW??????＝ ? ? 1TTsn n n sA A A B W? （ ） 化簡(jiǎn)上式可得最小二乘的運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題解為： ??????????zyxWVV＝??????????????1111ababababababababllllllll??????????????yyyyWWWW4321＝ ?W??????????????yyyyWWWW4321 () 其中 abl ＝ s+d 。由此可得到： RWWWWyyyy14321??????????????? 1 1 ( )1 1 ( )1 1 ( )1 1 ( )sdsdsdsd????????? ? ?????? ??????????zyxWVV＝ W??????????zyxWVV () 運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題的解 本節(jié)討論由車(chē)輪的位置 U 和速度 W 求得車(chē)體的速度，即稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)學(xué)的正問(wèn)題。由前文中的前提假設(shè)，可知全方位車(chē)輪的三個(gè)運(yùn)動(dòng)分量 iy? 、 ir? 及 iz? 是耦合的，所以，在逆問(wèn)題中只要求出可控制的運(yùn)動(dòng)分量 iy? ， 就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人預(yù)定速度 V 的目標(biāo)。 復(fù)合方程 綜上所述，四個(gè)車(chē)輪復(fù)合的全方位移動(dòng)機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可表示為： ????????????IIIIV ＝????????????4321000000000000JJJJ 1234WWWW?????????????? （ ） 即： 11BWAV＝ （ ） 式中 I — 3 3 的單位矩陣； 1A — 一個(gè) 12 3 的矩陣； 1B — 一個(gè) 12 12 的對(duì)角塊矩陣； W — 四個(gè)車(chē)輪合成的車(chē)輪的速度矢量。其他結(jié)構(gòu)完全相同（ R1＝ R2＝ R3＝ R4＝ R， r1＝ r2＝ r3＝ r3＝ r），所以得到各車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)方程： 車(chē)輪 1： V ＝ 11jw 或 ??????????zyxwVV＝?????????????????????10022220srRdr??????????zrywww111 () 車(chē)輪 2： V ＝ 22jw 或 ??????????zyxwVV＝?????????????????????10022220srRdr??????????zrywww222 () 車(chē)輪 3： V ＝ 33jw 或 ?