小議一種全方位移動(dòng)機(jī)器人的控制設(shè)計(jì) 來源 :中國(guó)碩士論文網(wǎng) 動(dòng)機(jī)器人的研究是機(jī)器人學(xué)中的一個(gè)重要分支，正朝著高速、高精度、開放性、智能化、網(wǎng)絡(luò)化快速發(fā)展。移動(dòng)機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)高速、高精度的控制，必須依賴先進(jìn)的控制策略和優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。本文所述機(jī)器人基于 球機(jī)器人這個(gè)平臺(tái)，采用 為機(jī)器人微處理器，采用模糊 制算法控制 的占空比，以實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下快速準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的功能。 輪式移動(dòng)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)能力強(qiáng)，得 到了廣泛的應(yīng)用。按照移動(dòng)特性可分為非全方位和全方位兩種。機(jī)器人在平面上的移動(dòng)存在前后、左右和自轉(zhuǎn) 3 個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，若所具有的自由度少于 3 個(gè)，則為非全方位移動(dòng)機(jī)器人，如文獻(xiàn)介紹的兩輪差動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，可以前進(jìn)、拐彎而不能橫向移動(dòng)。若具有完全的 3 個(gè)自由度，則稱為全方位移動(dòng)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)在平面上任意方向的移動(dòng)，并且可在作直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而極大地提高了運(yùn)動(dòng)的靈活性?；谝陨戏治?，全方位移動(dòng)的輪式移動(dòng)機(jī)器人成為足球機(jī)器人 臺(tái)的最佳選擇。相關(guān)閱讀： 計(jì)算機(jī)碩士論文 1. 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型 機(jī)器人能夠全方位運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵在于全方位輪的使用，全方位輪有效避免了普通輪子不能側(cè)滑帶來的非完整性約束，可以使機(jī)器人具有平面運(yùn)動(dòng)的全部 3 個(gè)自由度。本文所述全方位移動(dòng)機(jī)器人采用三輪結(jié)構(gòu)。 當(dāng)僅考慮平移運(yùn)動(dòng)，把機(jī)器人整體視為一個(gè)剛體，各部分的速度都是相等的，從而輪子中心的速度即為機(jī)器人的速度 V，第 i 個(gè)輪子中心的速度由輪轂與輥?zhàn)拥乃俣确至?成。 綜上可以得出 結(jié)論當(dāng)機(jī)器人安裝有三個(gè)全方位輪且輪子與 m x 軸成不同的角度排列時(shí)，對(duì)于機(jī)器人任意的期望速度矢量 v ,都有滿足要求的全方位輪線速度矢量 m ，從而機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)。 2. 運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì) 針對(duì)目前所開發(fā)的移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)大多存在運(yùn)動(dòng)精度不高、系統(tǒng)穩(wěn)定性不好等缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，采用了 司最新推出的一種高性能、高精度，應(yīng)用于工業(yè)控制、光網(wǎng)絡(luò)、光通信等領(lǐng)域的 32 位 主控芯片。 本控制系統(tǒng)主要包括： 制器模塊、電源模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 、串口通信模塊、速度和電流反饋模塊等。其中速度和電流反饋模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的雙閉環(huán)反饋。 本系統(tǒng)使用外部基準(zhǔn)晶體與片內(nèi)鎖相環(huán)為 供輸入時(shí)鐘信號(hào)，晶振頻率為 30 4 倍頻后達(dá)到 120處理速度，它具有時(shí)鐘精度高、穩(wěn)定性好、處理能力快等特點(diǎn)。 出三組六路獨(dú)立的 號(hào)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制， 上位機(jī)之間通過串行通信接口 行通訊，傳輸上位機(jī)指令、反饋速度信號(hào)及傳感器數(shù)據(jù)。 在設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化電路，常采用集成有橋式電路的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，如能比較穩(wěn)定可靠。 擁有兩個(gè)相互獨(dú)立的橋式電路的驅(qū)動(dòng)芯片。其單橋持續(xù)電流可達(dá) 許兩路并聯(lián)輸出（持續(xù)電流可達(dá) 由于本設(shè)計(jì)中所選 用電機(jī)，最大電流可達(dá) 5A，因此最終選用了工作電流較大的 為驅(qū)動(dòng)芯片。系統(tǒng)采用 速，通過改變占空比實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的控制。 該控制系統(tǒng)軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化模塊、串行中斷服務(wù)模塊、外部中斷處理模塊、定時(shí)器中斷處理模塊、模糊 制控制模塊五大模塊組成。各程序模塊又由多個(gè)子程序模塊組成。系統(tǒng)初始化模塊完成系統(tǒng)寄存器的設(shè)置和變量的初始化工作；外部中斷處理模塊根據(jù)根據(jù)編碼器檢測(cè)的信號(hào)，進(jìn)行辨向和脈沖計(jì)數(shù)；定時(shí)器中斷處理模塊根據(jù)檢測(cè)到的脈沖數(shù)、電流等信息進(jìn)行速度控制、位置控制和電流控制；串行中斷服務(wù)模塊根據(jù)上位機(jī)指令所給的信息完成 上位機(jī)的通訊。 4. 控制算法 制器具有通用性強(qiáng)與魯棒性好的優(yōu)點(diǎn)，在已有的各種控制手段中，它仍占有重要地位，具有很強(qiáng)的生命力。常規(guī) 制可以在一定程度上獲得滿意的響應(yīng)特性，但 由于系統(tǒng)參數(shù)固定，對(duì)于不同對(duì)象或同一對(duì)象的不同控制階段，很難取得最佳響應(yīng)，對(duì)環(huán)境的變化及系統(tǒng)中的不確定性也很難適應(yīng)。 本文所設(shè)計(jì)的模糊 制器，亦可稱為模糊自適應(yīng) 制器，是以模糊控制規(guī)則來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié) 數(shù)的一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)。這種控制器是由一個(gè)線性的 制器和一個(gè)模糊推理機(jī)所組成，其中模糊推理機(jī)是以 數(shù)調(diào)整地專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)的。 對(duì)于模糊控制器，從理論上講，維數(shù)越高，控制越精細(xì)；但是，維數(shù)過高時(shí)，模糊控制規(guī)則就會(huì)變得過于復(fù)雜，控制算法的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難。結(jié)合輪式移動(dòng)機(jī)器人的實(shí)際情況，本文采用二維模糊控制器，以誤差 e 和誤差變化率 e 為輸入變量，以所控 數(shù)的選取系數(shù)作為輸出變量。本文將輸入變量模糊化為為負(fù)大（ 負(fù)?。?零（ 正?。?正大（ 個(gè)等級(jí)，將輸出變量模糊化為正大（ 正?。?零（ 個(gè)等級(jí)。為保證電機(jī)的可靠運(yùn)行，同時(shí)使計(jì)算簡(jiǎn)單，采用三角函數(shù)作為模糊控制器輸入集合和輸出集合的隸屬度函數(shù)。 個(gè)參數(shù)選取的模糊規(guī)則的確定則主要根據(jù)其對(duì)控制性能的影響。由模糊控制規(guī)則求得 者的模糊值后，便可根 據(jù)隸屬函數(shù)求得具體的 數(shù)，用于 制。 5. 應(yīng)用和結(jié)論 該設(shè)計(jì)足球機(jī)器人參加了 08 江蘇省以及在中山舉辦的 器人大賽，在實(shí)際比賽中發(fā)揮了良好的水平。本文基于合理的理論假設(shè)，分析了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型，介紹了基于 制器的足球機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，并通過實(shí)際應(yīng)用證明了設(shè)計(jì)的有效性和實(shí)用性。 這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方法對(duì)全方位移動(dòng)機(jī)器人有一定的普適性。因采用編碼器進(jìn)行電機(jī)的位置判別和對(duì)位置閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)比較困難，今后可加入位 置傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的精確位置控制。