四轮独立驱动和转向移动机器人的设计与控制

摘要

轮式移动机器人作为移动机器人学中的重要分支之一，由于其具有承载能力强、定位精准、能源利用率高、控制简单等优点，长久以来一直受到国内外研究人员的关注。移动机器人的研究涉及到控制理论、计算机技术和传感器技术等多门学科。因此，对轮式移动机器人进行研究具有一定的意义。
　　本文对四轮独立驱动和转向移动机器人的机械结构设计、运动学以及控制程序设计进行了分析研究。本文的主要研究内容如下:
　　首先，设计、搭建了四轮独立驱动和转向移动机器人平台，对机器人平台的四轮独立驱动和转向机构、机器人底盘减振等机构进行了设计。同时，建立了四轮独立驱动和转向移动机器人运动学模型，并进行了运动学分析。
　　然后，使用可编程逻辑控制器(PLC)作为四轮独立驱动和转向移动机器人的底层控制器，设计、编写了基于梯形图的下位机控制程序，实现了移动机器人直行、四轮转向、原地回转等功能。设计了针对移动机器人驱动电机的测速装置。
　　最后，使用机器人操作系统(ROS)，完成了全方位轮式移动机器人上位机开源控制程序的开发。使用霍尔式操纵杆遥控移动机器人，另外使用视觉传感器进行了数据采集和处理。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 移动机器人本体设计

2．1 设计要求

2．2 移动机器人底盘设计

2．3 中心可转向轮设计

2．3．1 驱动系统设计

2．3．2 转向系统设计

2．3．3 减振机构的设计

2．4 移动机器人其他设备选型

2．4．1 逆变器的选型

2．4．2 电池的选型

2．5 实物

2．6 本章小结

第三章 移动机器人运动学分析

3．1 移动机器人运动学约束

3．2 两轮驱动两轮转向的差速计算

3．2．1 前轮转向后轮驱动的差速计算

3．2．2 前轮转向与驱动的差速计算

3．3 四轮驱动四轮转向的差速计算

3．3．1 前后轮反向偏转差速计算

3．3．2 前后轮同向偏转差速计算

3．3．3 控制策略

3．4 原地回转运动

3．5 斜行运动

3．6 转速测试

3．7 本章小结

第四章 移动机器人控制系统和控制程序设计

4．1 控制系统的软件框图

4．1．1 系统工作流程

4．1．2 控制系统软件开发框架

4．2 下位机软件设计

4．2．1 底层控制器的选型

4．2．2 PLC端口配置

4．2．3 PLC程序设计

4．3 基于ROS的E位机软件设计

4．3．1 开发环境

4．3．2 上位机控制程序设计

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