基于PLC的全向移动机器人控制系统设计

摘要

全向轮式移动机器人是一类典型的移动机器人，由于其转向时不需要改变自身姿态，占用较小的移动空间，广泛用于军事领域和民用服务领域。为达到在城区环境中，对机器人进行实时控制的目的，本文设计了一种四轮独立驱动、独立转向的全向移动机器人。
　　首先，根据机器人控制系统的功能要求，进行了底层控制器的选型与配置，本文采用西门子S7-1200系列PLC作为底层控制器。根据整个系统对实时性和稳定性的要求，设计了全向移动机器人的整体方案和控制系统方案。在分析了移动机器人的多个运动模式的情况下，采用手持脉冲发生器和无线遥控手柄作为手动输入设备。
　　然后，详细分析了全向移动机器人的运动模式，完成了机器人的运动学分析。以伺服电机和轮毂电机的运动控制为主要研究对象，采用结构化编程的理念完成了PLC的程序设计，实现8个电机的协调控制。
　　最后，在完成硬件设计和控制算法研究的基础上，论文完成了控制系统的软件设计，通过以太网和OPC通信，将各电机的状态数据发送到上位机PC，实现了数据的存储和调用。实验结果表明，PLC能够对8个电机实现协调控制，且实时性好，响应速度快，运行可靠，为下一步研究具有定位、导航功能的自主移动机器人奠定了良好的理论基础。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 移动机器人的国内外发展概况

1．2．1 移动机器人的国外发展概况

1．2．2 移动机器人的国内发展概况

1．3 轮式全向移动机器人的主要技术

1．4 课题研究的主要内容

第二章 轮式全向移动机器人结构设计与运动分析

2．1 移动机器人的系统结构

2．2 移动机器人的运动学模型和约束

2．2．1 移动机器人的位姿表示

2．2．2 驱动轮的运动学分析

2．2．3 轮式全向移动机器人的运动学模型

2．3 移动性能分析和讨论

2．4 电子手轮控制下的机器人运动模式分析

2．5 本章小结

第三章 全向移动机器人的控制系统分析

3．1 控制系统硬件选型与配置

3．1．1 底层控制器的选型

3．1．2 控制系统资源配置

3．1．3 驱动电机选型

3．1．4 转向电机选型

3．2 移动机器人控制系统框架

3．3 电源模块的选型和转换

3．4 电气系统设计

3．4．1 伺服系统驱动电路

3．4．2 电源电路设计

3．5 全向移动机器人功能和性能参数

3．6 本章小结

第四章 运动控制系统软件设计

4．1 控制系统软件设计框图

4．2 控制系统程序设计

4．2．1 OPC通讯和上位机程序开发

4．2．2 PLC程序设计

4．3 运动控制实验总结

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况