机械臂的全方位轮式机器人开题报告
随着社会发展和科技进步, 机器人在当前生产生活中得到了越来越广泛的应用。移动机器人是研发较早的一种机器人, 移动机构主要有轮式、履带式、腿式、蛇行式、跳跃式和复合式。其中履带式具有接地比压小, 在松软的地面附着性能和通过性能好, 爬楼梯、越障平稳性高, 良好的自复位能力等特点。但是履带式移动平台的速度较慢、功耗较大、转向时对地面破坏程度大。腿式机器人虽能够满足某些特殊的性能要求, 能适应复杂的地形, 但由于其结构自由度太多、机构复杂, 导致难于控制、移动速度慢、功耗大。蛇行式和跳跃式虽然在某些方面, 如复杂环境、特殊环境、机动性等具有其独特的优越性, 但也存在一些致命的缺陷, 如承载能力、运动平稳性等。复合式机器人虽能适应复杂环境或某些特殊环境, 如管道, 有的甚至还可以变形, 但其结构及控制都比较复杂。相比之下, 轮式移动机器人虽然具有运动稳定性与路面的路况有很大关系、在复杂地形如何实现精确的轨迹控制等问题, 但是由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点, 而被大量应用于工业、农业、反恐防爆、家庭、空间探测等领域。
方案论证
全方位轮式机器人有很多种，接下来三种方案分别是三轮式全方位机器人、Mecanum轮全方位机器人、四轮式全方位机器人，它们都各有优缺点。
3.1 候选方案
3.1.1三轮式全方位机器人
(1)如图3.1所示，三轮全方位机器人结构较简单，基本上具有稳定性，其主要的问题是移动方向的控制。可采用两后轮同时驱动，靠两轮的转速差进行操舵的控制方式。此时，另一个轮子只起到支撑作用，采用这种轮式移动机构的时候，可以通过使两个驱动轮朝不同方向的转动，从而可以使车体实现灵活的小范围回转。
图3.1三轮式全方位机器人
(2)驱动方案
三轮式机器人两主动轮分别由两台直流伺服电机驱动，每台电机与各自驱动的主动轮构成速度闭环，在额定工作载荷的范围内，调节两电机的速度控制电压即可调节两主动轮驱动电机的转速，从而实现移动机器人的运动方向和运动速度的控制。
(3)控制方案
三轮式全方位机器人控制系统结构示意图如图 3.1.1 所 示， 控 制 系 统 以 MC9S12XS128 单片机作为控制系统的核心通过黑白CMOS 摄像头拍摄图像并以PAL 制式信号输出到信号处理模块( LM1881)进行视频同步信号分离，所得到图像和同步信号同时输入到单片机控制核心，单片机对信号进行判断处理后, 通过改变 PWM 波脉宽实现对舵机转向的控制。舵机转向采用 PD控制，通过光电编码器来检测车速并将速度反馈到单片机控制核心，用PID 控制算法处理后得到的控制量去改变电机驱动模块的PWM 波占空比，从而控制其行驶速度。
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