【正文】 ............................................................................................................................ 82 一、 系統(tǒng)動力學(xué)建模分析推導(dǎo)過程及符號說明 ................................................ 82 1. 推導(dǎo)過程 ................................................................................................................ 82 1) 原地旋轉(zhuǎn)動力學(xué)建模分析過程： .................................................................. 82 2) 向前運動動力學(xué)建模分析過程： ...................................................................... 84 3) 橫向運動 動力學(xué)建模分析過程： ...................................................................... 86 4) 斜向運動動力學(xué)建模分析過程： ...................................................................... 88 2. 符號說明 ................................................................................................................ 92 1) 原地旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型符號說明： .................................................................. 92 2) 向前運動動力學(xué)模型符號說明： .................................................................. 93 3) 橫向運動動力學(xué)模型符號說明： .................................................................. 93 4) 斜向運動動力學(xué)模型符號說明： .................................................................. 94 二、 系統(tǒng)協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)分析推導(dǎo)過程： .................................................................... 102 1. 坐標(biāo)系建立 .......................................................................................................... 102 2. 輪體的雅可比矩陣 ............................................................................................. 103 3. 復(fù)合方程 .............................................................................................................. 105 4. 運動學(xué)逆問題解 ................................................................................................. 106 5. 運動學(xué)正問題的解 ............................................................................................. 107 三、 系統(tǒng)建模局限性解決中模型影響分析說明 .............................................. 108 1. 反向力偶作用下原地旋轉(zhuǎn)動力學(xué)模型符號說明： ..................................... 108 2. 反向力偶作用下向前運動動力學(xué)模型符號說明： ..................................... 108 3. 反向力偶作用下縱向運動動力學(xué)模型符號說明： ..................................... 109 4. 反向力偶作用下斜向運動動力學(xué)模型符號說明： ..................................... 109 四、 輥子計算程序： ...............................................................................................116 五、 減速器與電機的安裝圖解： .........................................................................117 六、 E6CNN5CA 端子配置接線表： ......................................................................119 七、 PLC 控制編程： ............................................................................................. 120 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1．前言 選題依據(jù) 我國制定的“十一五”、“十二五”以及中長期發(fā)展規(guī)劃中把智能機器人技術(shù)作為重點發(fā)展方向，并以家用機器人、危險作業(yè)機器人和醫(yī)療機器人等作為突破口，促進我國智能機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 針對全向移動平臺的控制設(shè)計要求，本文提出了整體控制方案 的設(shè)計思路，并根據(jù) 這一方案 同時結(jié)合系統(tǒng)實際模型的特點 對整 體控制系統(tǒng)的驅(qū)動、信號、控制、通信及 監(jiān)控模塊進行了 較為 全面的軟硬件 設(shè)計。 本人簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計（論文）使用權(quán)的說明 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)制贈送和交換學(xué)位論文；⑤學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題 目 全向移動平臺的控制系統(tǒng) 設(shè)計 與 實現(xiàn) 學(xué) 號 09050313 學(xué)生姓名 專業(yè)名稱 機械工程 及 自動化 所在系（院） 電子與自動化 指導(dǎo)教師 年 月 日 北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明 本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），題目《全向移動平臺 的控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。 申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 日期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： I 題目 全向移動平臺的控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 摘要 本文 為研究平臺的運動控制首先 全面剖析了全向移動平臺的運動原理和結(jié)構(gòu)組成， 并在此基礎(chǔ)上全面分析了系統(tǒng)的 模型特點和系統(tǒng)的運動協(xié)調(diào)原理，并對系統(tǒng) 進行全向運動 的可行性 進行了初步的理論驗證，分析出了其在連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中可能存在的高精度軌跡跟蹤問題的產(chǎn)生原因，并運用 電機正反轉(zhuǎn)對運動軌跡的影響在理論上提出了高精度軌跡跟蹤問題的解決方案。 同時本文還在最后從系統(tǒng)的調(diào)試與改進入手，結(jié)合具體實踐分析了系統(tǒng)在調(diào)試過程中可能遇到的問題，并提出了具體的解決方案 。因此，隨著全球的機器人應(yīng)用產(chǎn)業(yè)重心從制造業(yè)向非制造業(yè)的轉(zhuǎn)移，機器人技術(shù)的研究重點也從結(jié)構(gòu)式環(huán)境下工作的固定式機械臂、機械手轉(zhuǎn)向非結(jié)構(gòu)未知環(huán)境下自主移動平臺和機器人智能化。蓋茨先生預(yù)言，服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)即將重復(fù)個人計算機產(chǎn)業(yè)崛起的道路，使機器人成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧６蛞苿悠脚_恰好以其零回轉(zhuǎn)半徑的工作特點滿足了上述要求，適應(yīng)了時代的發(fā)展，故本文為進一步推進該類機器人的研究， 選擇了研究機器人如何能在狹窄 、擁擠且路徑復(fù)雜多變 的環(huán)境中進行運動控制，即選擇了對全向移動平臺運動控制系統(tǒng) 的設(shè)計與實現(xiàn)進行研究。同時還 通過廣泛閱讀的方式全面了解了系統(tǒng)的受力分析和運動原理，并通過閱讀自主分析了系統(tǒng)通信、驅(qū)動、運動控制三大系統(tǒng)的工作原理與過程，并結(jié)合本文的控制與設(shè)計要求設(shè)計出了系統(tǒng) 的初步控制框圖。 同時，在理清系統(tǒng)通信、驅(qū)動、控制原北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 理并明確選型步驟后本人還利用這些步驟與方法查閱了相關(guān)的手冊和書籍，并結(jié)合通信、驅(qū)動、控制三大功能的要求選擇出了合適的控制芯片及 PLC 輸入輸出元件，之后利用理清的系統(tǒng)通信、驅(qū)動、控制原理 并結(jié)合系統(tǒng)控制要求 自主完成了全向移動平臺運動控制綜 合系統(tǒng)的設(shè)計 。正是由于上述特點，才使得全方位移動機構(gòu)具有零回轉(zhuǎn)半徑的特點，因而它能靈活自如地穿行。 現(xiàn)在比較常見的全方位移動機構(gòu)有：空氣懸浮式，全輪轉(zhuǎn)向式， Mecanum 輪，球履帶全方位移動機構(gòu)。 (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機構(gòu)。通過將多個（常為 3 個或 4個） Mecanum 輪以一定的方式組合，就可以使移動機構(gòu)具備全方位移動機能。 (5) 多滾輪 Mecanum 輪應(yīng)用推廣，可避免多邊形效應(yīng)的發(fā)生。 ： 全向輪智能移動平臺主要包括驅(qū)動系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)、控制 系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等。與普通輪式、氣浮式、有軌式運動平臺相比，全向輪智能移動平臺在廠房基建、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。但可以預(yù)知的是，鑒于它具有上述優(yōu)點，其在航天、航空、武器裝備、大型物流領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。 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、編程簡單、使用方便可靠的特點，已日益成為控制裝置中的重要角色。 選題意義： 全向輪智能移動平臺與航天器制造業(yè)相結(jié)合，將大幅度降低成本、提高效率，為航天產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展助力，同樣其也是航天科技成果向其它行業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的一個范例。 因而這種性能的實 現(xiàn)也必將成為未來機器人研究和設(shè)計的方向。 而要實現(xiàn)全向移動的要求，不僅要實現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，更加重要的是如何采用合適的控制系統(tǒng)與驅(qū)動方式、控制方式去保證機構(gòu)在運轉(zhuǎn)時能夠保證北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 在各種路徑中穩(wěn)定自如的運轉(zhuǎn)。 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 入手 全面介紹了全向移動平臺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，為后期的裝配打下了良好的基礎(chǔ)。 同時由于系統(tǒng)在連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中存在軌跡偏移，本文還針對這一問題提出了具體的電機反向力偶施加方案，并針對這一方案進行了理論驗證，從而解 決了系統(tǒng)的連續(xù)運轉(zhuǎn)偏移問題。為實現(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 對全向移動平臺的輪體參數(shù)進行了設(shè)計。在本章中 本文給出了無刷直流驅(qū)動系統(tǒng)選驅(qū)緣由、其自身驅(qū)動原理與特點，從而給出了其驅(qū)動的原理框圖，并利用此框圖的原理及系統(tǒng)的驅(qū)動控制要求進行了其內(nèi)部組成零件的選型分析，從而構(gòu)建了其驅(qū)動系統(tǒng)的組成。同時， 本文還針對 驅(qū)動、信號、控制 模塊完成任務(wù)的相應(yīng)要求進行了具體元件 選型 設(shè)計 。再進行完硬件選型后本文對系統(tǒng)的控制任務(wù)組成進行了分析， 針對本文的系統(tǒng)模型特點提出了具體的仿人智能控制策略的設(shè)計，并對系統(tǒng)上位機和下位機的工作原理與流程進行了分析，并給出了上位機和下位機的程序流程圖分析。 在第四 章 本文首先針對系統(tǒng)的模型特點和本文控制要求對全向移動平臺運行的路徑進行了規(guī)劃。 同時，本文還在第 五 章將本文的研究結(jié)果進行了總結(jié)，并針對本文建模分析的缺點進行了展望。北京郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 全向移動平臺的控制系統(tǒng)分析 輪體 結(jié)構(gòu)設(shè)計 、輪系類型選擇 及車體的布局 全向 輪的結(jié)構(gòu)形