全向轮式机器人设计开题报告
相比普通工业机器人，服务机器人具有更大更灵活的工作空间，其往往是移动机器人。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、跳跃式和复合式等。其中，轮式是出现最早、应用最广的移动方式。它的结构相对简单，并且可以在平面环境里实现平滑、高速、精确的运动。论文网
全向运动又称全方位运动，是轮式机器人的一种运动方式，它可以使机器人在平面内获得任意的运动方向，实现平面上的自由运动。由于全向轮移动机构具有一般的轮式移动机构无法取代的独特特性，因而成为机器人移动机构的发展趋势。因此对移动机器人全向轮式移动机构的研究具有重要意义，本课题将对全方位轮移动机构的结构和运动设计进行分析和研究，并对机器人控制系统进行讨论和设计。
3.方案论证
轮式机器人虽然具有由于其具有自重轻、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，但其存在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。
3.1结构设计
为实现全向移动，同时又简化结构，本课题采用基于全向轮的结构设计方案，主要涉及全向轮的数量、布局等方面的选择。
为保证机器人运动平稳准确，拟采用上述图2所示的两片式结构的瑞士轮。
采用三个主动轮时，由于电机控制有加速过程，当给定机器人的横向和纵向速度时，分配给三个轮子的速度可能有较大的差，这样加速时间就会有不同，因此机器人在启动时就会偏离预定的方向。这个偏差固然可以纠正，而从设计角度可以通过增加一个主动轮来降低这种误差，也就是四轮机器人。
四轮机器人跟三轮相比，在各方向的驱动力和加速度的分布上有明显优势。四轮结构在驱动合力最大值和驱动力分布空间大小上都要优于三轮结构，不过，在不平整的地面环境下，四轮结构本身会有一个四轮同时着地的稳定性问题。尽管如此，本设计仍倾向于选择四轮结构。
在四轮驱动方式下，全向轮的布局有轮子平行分布的普通布局，如下图5；有轮子呈垂直对称分布的标准四轮结构，如下图6；还有根据实际情况需要而特别采取的非常规方式布局。从减少电机驱动损耗、提高控制精度等方面考虑，如无特殊要求，采用轮子呈垂直对称分布的标准四轮结构是最佳选择。
图5.轮子平行分布的普通布局图6.轮子呈垂直对称分布的标准四轮结构
3.2驱动方式选择
机器人的运动归根结底还是靠电机的转动，所以一个机器人的运动性能是否良好，对电机的选择也是重要的一环。对于移动机器人的控制电机，一般选用微电机，而微电机有直流电机和步进电机两种选择。
步进电机控制简便，其工作原理是将数字脉冲电信号转换为机械角位移或线位移。它需要专用电源供给电脉冲，位移量与输入脉冲数成正比，其速度与脉冲频率成正比。它可在宽广的范围内通过脉冲频率来调速，能快速启动、制动和反转，具有较好的开环稳定性。但其闭环调速性能和动态性能不高。
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