matlab移动机器人的最优二次控制+数学模型(8)
CAN-bus主要特点如下：多主结构，依据优先权进行总线访问；无破坏性的基于优先权的逐位仲裁；报文不包含源地址或目标地址仅用标志符来指示功能信息和优先级信息；较低的成本与极高的总线利用率；数据传输距离可长达10KM,传输速率可高达1Mbit/s；可靠的错误处理和检错机制，发送的信息遭到破坏后可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；脱线总线的节点不影响总线的正常工作。
CAN-bus通信电路如下：
图2.6 CAN通信电路
3.运动控制系统
对于轮式或者履带式的机器人，每个主动轮的驱动装置都包含一个电机和一套齿轮减速箱。电机的左右是产生旋转运动，电机的转速都非常高，一般每分钟几千转，电机的转速越高，其带负载的能力越小，因此需要用齿轮组进行减速。经过减速箱之后的动力传递到驱动轮上，驱动轮的速度大大降低，其值等于电机的转速除以减速比。因此机器人的运动控制器本质是对左右两个驱动电机的控制。
机器人的运动方式是通过控制左右两侧的驱动轮的旋转速度，采用差速方式，即通过左右两个轮子的速度之差使机器人前进、后退和转弯：当左右两轮速度相同，方向相同时，机器人走直线；当左右两轮速度相同，方向相反是，机器人原地旋转；当左右两轮速度不同，方向相同或者相反是，机器人按照一定半径转弯。
与机器人运动密切相关的是电机旋转方向、转速和转矩：旋转方向决定了机器人的行走方向，向前、向后还是转弯；转速决定了机器人的行走速度；转矩决定了机器人的带负载能力。
移动机器人一般采用直流电机。直流电动机的驱动非常简单，只要在电机的两端加载一定的电压（其值要在电机额定电压的范围之内），就能够驱动电机旋转。
(a)顺时针 (b)逆时针
图2.7 电压极性与电机旋转方向
在电机M的两端A和B上加上驱动电压V，当A正B负是，电机顺时针旋转；当A负B正时，电机逆时针旋转。因此可以通过改变加载电机两端的极性来改变电机的转转方向。
运动控制模块中采用PWM驱动两路直流电机，如图2.8所示，电机驱动芯片采用L298N，它具有两路电机驱动。
图2.8直流电机驱动电路
2.4本章主要内容
首先介绍了机器人科技创平台，包括传感、通信模块、电子罗盘、运动控制模块、直流减速电机，步进电机，旋转台、电源等，并且简要介绍了其功能。
然后对实验室移动机器人的软件开发环境进行了介绍，主要是ARM的集成开发环境、Visual C++、VC界面的实验平台以及对嵌入式系统定义。移动机器人是以ARM的集成开发环境ADS1.2，H-JTAG为调试工具，用Visual C++和基于VC的函数库编程，ADS开发环境中调用。
之后，介绍了移动机器人的硬件环境，包含有通讯系统、运动控制系统、I/O口驱动、传感器系统。对串口通信、CAN总线通信、运动控制系统进行了介绍。实验室移动机器人采用UART串口进行通信，使用CAN-bus即控制器局域网进行线路传输，运动控制系统只要控制电机的转速和转动方向。
3.移动机器人最优二次数学建模
3.1运动学模型
运动学是从几何的角度描述和研究物体位置随时间的变化规律的力学分支。以研究刚体和质点这两个理想简化模型的运动为基础，在此基础上,并且进一步研究变形体(弹性体、流体等)的运动。
运动学模型以直接写出机器人的速度方程,且便于运动学求解。该方法对于轮式移动机器人的运动学建模具有一般性,且具有物理意义明确、推导过程简洁等特点[15]。