机械臂的全方位轮式机器人开题报告(2)
图3.1.1 三轮式全方位机器人控制系统图
3.1.2 Mecanum轮全方位机器人
如图3.2所示，Mecanum 轮是一种全方位移动轮，它的圆周上安装了许多小辊子，从外形上看Mecanum 轮跟斜齿轮较为相似，但是与斜齿轮不同的是圆周上的轮齿是若干个经特殊设计的鼓形辊子。这些辊子的轴线与轮毂的轴线成一角度（一般为 45度），在运动时这些辊子可绕通过自身轴线的长轴自由转动。若干个辊子的外轮廓面包络成一个圆柱面。由于这样的特殊结构使得Mecanum 轮具备了 3 个自由度：①绕轮子轴心转动,②绕滚子轴心转动,③绕轮子和地面的接触点转动。这样，驱动轮在一个方向上具有主动移动能力的同时，另外一个方向也具有自由移动(被动移动)的运动特性。当电机驱动车轮转动时，车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进，同时车轮周边的辊子沿着各自的轴线自由旋转。若干个（一般为三个及以上）这样的轮子通过适当的组合就能够构成具有三个自由度的平面全方位移动机构。
图3.2 Mecanum轮全方位机器人
（2）驱动方案：
经过反复考虑论证制定了后左右两Mecanum轮分别驱动，前左右两Mecanum轮转向的方案。即后左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的步进电机进行驱动车体。这样当两个步进电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车全方位的移动。
（3）控制方案
如图3.2.1所示，系统充分使用了 MC9S12DG128 单片机。直流电机驱动模块接收速度控制信号控制驱动电机运行，达到控制车速目 的。转向伺服模块控制舵机转向，进而控制智能车转弯。速度测量模块实时测量机器人速度，用于系统的车速闭环控制，以精确控制车速。
图3.2.1 Mecanum轮全方位机器人控制系统图
3.1.3四轮式全方位机器人
如图3.3所示，四轮式全方位机器人包括机械手臂、车架和车轮，四个车轮呈矩形对称分布在车架两侧，四个车轮分别由4套步进电机驱动。
四轮全方位机器人可承受较大载重，直线行驶和灵活转向，可广泛应用于室内外各种复杂路况。而且结构紧凑，机械传动率高。
图3.3四轮式全方位机器人
（2）驱动系统
四轮式全方位轮式机器人为四轮装置，使用步进电机作为驱动装置。每个轮子分别有一个驱动电机和一个转向电机来控制其运动，可实现多种转向方式。
（3）控制系统
如图3.3.1所示，四轮式全方位机器人为多关节结构, 为了满足控制精度，采用分布式控制系统, 由 1 台主机和 5 台从机组成, 以上位机( 主单片机) 89C51 为核心, 接受传感器传来外部信息, 进行处理, 负责整个系统管理及运动学计算, 轨迹规划, 各从机之间协调及故障检测; 下位机( 从机) 由 5个89C51 单片机组成, 用于 5个关节电机伺服控制, 每个微处理器控制一个关节运动, 它们并行地完成控制任务, 控制机器人各关节动作, 因而可以提高工作速度和处理能力。
图3.3.1四轮式全方位机器人控制系统图
3.2 方案确定
最终选用方案三：四轮式全方位机器人，因为这种机构不仅平稳性好，结构紧凑，机械传动率高。而且可承受较大载重，直线行驶和灵活转向，可广泛应用于室内外各种复杂路况。
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