【正文】 memQ 全方位移動機(jī)構(gòu)的動力學(xué)方程 根據(jù) Apell方程 S???＝ *F 及式 5216 易得： 12VMV???????????????+12VQV??????????????= *F () 又由動力學(xué)中的虛功原理得： { X? Y? Z? } *F =[ 1?? 2?? 3?? 4?? ]????????????4321TTTT () 因為 [ 1?? 2?? 3?? 4?? ]=[ X? Y? ?? ]WT () 故有： *F =WT????????????4321TTTT () 故本體的動力學(xué)方程為： 12VMV???????????????+12VQV??????????????= TW????????????4321TTTT () 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 23— （共 31 頁） 動力學(xué)的正問題解為： ????????????4321TTTT=( TW )*1122V VM V Q V??????? ?????? ???? ????? ?????? ???? ?????? () 動力學(xué)的逆問題解為： 12VV???????????????= 1M?112234TT VTW Q VTT?????? ?????? ???? ????? ?????? ?????????? () 其中 ? ? ? ? 111*TTW A W W A W ???? () 1111111( ) * ( )1 1 14111ababTTababllRW W W Wll????????????? ?????????????? () 化簡可得： ????????????????????22012122244004RlIImememeRImmeRImMabAaa () 所以 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 24— （共 31 頁） ????????????4321TTTT＝4R?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????ababAabAabAababAabAabAababAabAabAababAabAabAlRlIIeemlmeRImlmeRImlRlIIeemlmeRImlmeRImlRlIIeemlmeRImlmeRImlRlIIeemlmeRImlmeRIm202112222021122220211222202112224)()4(44)(444)(444)()4(412VV???????????????＋ ?122112 121212211221()()4 ()()ab abab abab abab abm e m em m m e ellm e m e Vm m m e ellRVm e m em m m e ellm e m em m m e ell???? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ?????? ??? ? ? ? ?????? ? ? ? ????? 12VV???????????????＝12021122244004????????????????????RlIImememeRImmeRImabAAA????????????????????????abababab llllR 111111111????????????4321TTTT－ 11221 2 3000m m e Vm m e Vm e m e V???? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? () 式中： ? ? —— 分 別為角速度與角加速度； iV —— 各輪的本體速度； iT —— i輪的轉(zhuǎn)矩； ie —— 小輥子相對 X、 Y、 Z 軸的單位向量； m—— 輪體的質(zhì)量。進(jìn)一步為全方位移動機(jī)器人的研究提供理論模型。于是，必須設(shè)計一四輪驅(qū)動測試電路，用以控制全方位移動機(jī)器人的四個輪的直流電機(jī)，進(jìn)而測試機(jī)器人的移動性能。具體應(yīng)設(shè)計怎樣 的電路，首先要看設(shè)計的目的。若要從最終的精確運動控制角度講，要應(yīng)用性能較好處理器（中級以上水平絕大多數(shù)采用微機(jī)控制 ），以及完善的檢測電路能實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。采用單片機(jī)控制的方案較為簡單，且調(diào)試容易，易于實現(xiàn)。電機(jī)的控制采用受限單極可逆 PWM 控制，因全方位輪中用 24V 直流電機(jī)作驅(qū)動，故根據(jù) L298N 的參數(shù)（最大驅(qū)動電壓 Vs 為 46V），可選 L298N 作驅(qū)動芯片。其中還應(yīng)用了一 12 鍵無線控制器實現(xiàn)遙控示教。R03BS接收模塊采用 7 腳外伸直插式封裝，其中 D0、 D D D3 為數(shù)據(jù)輸出， GND電源負(fù)端，＋ 5V 為電源正端， Vt 為解碼有效輸出端。其鍵入與輸出對應(yīng)表如表 71。 由上述真值表知，可由上述遙控Key Pin 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 26— （共 31 頁） 器實現(xiàn)機(jī)器人的點動或自鎖運行。這些通過軟件編程即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換?？刂破髅姘迳湘I位與移動方向?qū)?yīng)：“１”（左前行），“２”（前行），“３”（右前行），“４”（左行），“ 5”（順時針轉(zhuǎn)動），“ 6”（右行），“ 7”（左后行），“ 8”（后行），“ 9”（右后行），“ 11”（逆時針轉(zhuǎn)動），“ 10”（速度模式選擇）。 PWM（脈寬調(diào)制）信號如何獲得，大體可分為硬件調(diào)制與軟件調(diào)制。在此本人選用了后者， 51 系列單片機(jī)一般內(nèi)部都帶有定時器，這里就利用 AT89C51自帶的 Timer0、 Timer1 來設(shè)計 PWM 調(diào)速。 定時器 T0、 T1的工作模式通過 TMOD寄存器的 M M0位來選擇。我們用它的模式 2，即 M M0為 0，此時定時器為 8 位重裝載的定時 /計數(shù)器， TLx溢出時， THx重裝入。 PWM 信號通過如下程序?qū)崿F(xiàn)： //PWM 信號的 單片機(jī)定時器調(diào)制方法 void PWM(unsigned char P) //P 運動方式選擇 { TMOD=0x02。 //低電平時間 TL0=8。 while(1) { while(!TF0)。 switch(P){ case 0xF4: case 0xF1: case 0xF2: case 0xF6: case 0xFA: case 0xFD: PWM1=PWM2=PWM3=PWM4=0。 case 0xF8: case 0xF9: PWM2=PWM3=0。 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 27— （共 31 頁） case 0xFC: case 0xFE: PWM1=PWM4=0。 } while(!TF0)。 switch(P){ case 0xF4: case 0xF1: case 0xF2: case 0xF6: case 0xFA: case 0xFD: PWM1=PWM2=PWM3=PWM4=1。 case 0xF8: case 0xF9: PWM2=PWM3=1。 case 0xFC: case 0xFE: PWM1=PWM4=1。 } TL0=8。 } TR0=0。 驅(qū)動電路的設(shè)計 本文所選用的驅(qū)動芯片為 L298， L298 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 71 L298 的結(jié)構(gòu)框圖 它可以驅(qū)動小于 46V電壓的電機(jī)，輸出電流高達(dá) 4A，是一種雙通道的全橋驅(qū)動芯片（具東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 28— （共 31 頁） 體電氣參數(shù)見附錄二）。只要用單片機(jī)就可協(xié)調(diào)控制四個直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向，即可實現(xiàn)全方位機(jī)器人的全方位移動。 檢 測 B 　 1 5輸 出 B 2 　 1 4輸 出 B 1 　 1 3輸 入 B 2 　 1 2使 能 B 　 1 1輸 入 B 1 　 1 0邏 輯 V s s 　 9地 　 8輸 入 A 2 　 7使 能 A 　 6輸 入 A 1 　 5電 源 V s 　 4輸 出 A 2 　 3輸 出 A 1 　 2檢 測 A 　 1L298MM+ 5 V + 2 4 V0 . 1 u 4 7 0 u 0 . 1 u+BAP W M BP W M A方 向 B方 向 A 圖 72 L298 的驅(qū)動電路 圖中的二極管為 PWM 調(diào)速中所用的快速恢復(fù)的續(xù)流二極管。這樣我們就可以用單片機(jī)控制圖 62中的 PWMA、 PWMB、方向 A、方向 B 信號進(jìn)而方便的控制全向移動機(jī)器人其中的兩個驅(qū)動電機(jī)。 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 29— （共 31 頁） 第 八 章 研究總結(jié)與前景展望 通過本文的研究學(xué)習(xí)與實物的研制調(diào)試，我們可以得出以下幾點： ① .麥克納姆（ Mecanum）輪機(jī)構(gòu)相對其他而言 ，具有相當(dāng)獨特的設(shè)計思想及全新的設(shè)計理念（我們不僅可以基于簡單硬件基體上的復(fù)雜控制算法研究，還可以在機(jī)構(gòu)本身上再創(chuàng)新再設(shè)計）。 ③ .Mecanum輪全方位移動機(jī)構(gòu)的運動控制簡單，只需 協(xié)調(diào) 控制 四個 驅(qū) 動 電機(jī)即可（本文用單片機(jī)與電機(jī)驅(qū)動芯片來實現(xiàn)的移動機(jī)器人的運動控制）。同時，由于機(jī)器人是一個跨學(xué)科，多門學(xué)科的交叉，所以對設(shè)計者研究者提出了很高的要求，這在很大程度上 也 能開拓人的視野與思維。 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 30— （共 31 頁） 鳴謝 這個畢業(yè)設(shè)計應(yīng)算是我 的一次 艱辛的 嘗試與探索。所以， 在論文結(jié)束之前，我要對很多在我畢設(shè)過程中給予幫助的老師與同學(xué)表示感謝。他不時的指點使我少走了很多彎路，也節(jié)省了不少時間。 最后也感謝對論文進(jìn)行評審的各位老師！ 學(xué)生： 石維亮 02021433 日期： 2021610 東南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 — 31— （共 31 頁） 參考文獻(xiàn)（ References）： 【 1】 Patrick and Charles P. Neuman. Kinematic Modeling For Feedback Control