全向移动机器人控制系统设计与实验研究.pdf

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1、机器人现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2016年第1期全向移动机器人控制系统设计与实验研究+吕川，钱钧，胡桐，訾斌(合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009)摘要：为达到在城区环境中对机器人进行实时控制的目的，设计一种四轮独立驱动、独立转向的全向移动机器人。以西门子S7—1200系列可编程逻辑控制器(PLC)作为底层控制器，以伺服电动机和轮毂电动机的运动控制为主要研究对象，通过运动学分析，实现8个电动机的同步控制。通过以太网和OPC通信，将各电动机的状态数据发送到上位机(PC)中。使用手摇脉冲发生器，验证机器人在手动控制下的灵活运动性能。关

2、键词：全向移动机器人；同步控制；可编程逻辑控制器(PLC)；通信中图分类号：TP242．6文献标志码：A文章编号：1671_3133(2016)0l—0039—06DOI：10．16731／i．enki．167l一3133．2016．01．008Controlsystemdesignandexperimentalresearchforomni．directionalmobilerobotLitChuan，QianJun，HuTong，ZiBin(InstituteofMechanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology

3、，Hefei230009，China)Abstract：Inordertoachievetheaimofreal·timecontrolofomni—directionalrobotintheurbanenvironment，afour·wheelsteeringandfour—wheeldrivingmobilerobotwasdesigned．Themotionofservomotorsandin·wheelmotorswasthemainobjectofstudy，SiemensS7—1200seriesPLCWasusedastheunderlyingcontroller，byth

4、ekinematicanalysis，eightmotors’synchronizationcon-trolwasachieved．Thedataofmotors’statescallbesenttoupperPCviaEthernetandOPCcommunications．Theflexiblemove—mentperformanceoftherobotundermanualcontrolmodehasbeenverifiedbyusingamanualpulsegenerator．Keywords：omni-directionalmobilerobot；synchronouscont

5、rol；PLC；communication0引言全向轮式移动机器人是一类典型的移动机器人，由于其转向时不需要改变自身姿态，占用的移动空间较小，可以在空间狭小的场合灵活运动，所以广泛用于军事领域和民用服务领域。“玉兔号”月球车采用六轮独立驱动、四轮独立转向运动方式，其底盘使用摇臂悬架结构，具有很好的地面适应性⋯，主要适用于移动速度很慢的场合。四轮独立驱动的农用曳引车相对于两轮驱动方式，爬坡能力更好，转弯精度更高，可在恶劣环境中稳定运行口j，但是这类机械系统外形庞大，质量过大，具有很强的专用性。另外，运动控制器是机器人的核心，决定了全向移动机器人控制性能的好坏。目前，国内很多学者做了这一方面的

6、研究，何志琴等∞1提出基于工控机及数字信号处理器(DSP)运动控制器的分布式机器人控制，研究过程中需要对DSP进行良好的模块划分与组件化设计，因此工作量较大，开发周期较长，可靠性较低；胡晖等H1采用了基于VxWorks嵌入式系统的运动控制器控制六轮独立无人车，该控制器实时性高，抗干扰能力强，但是由于其体积和质量过大，而且开发环境复杂，不适合本文设计的系统要求。为了能使机器人在复杂的城区环境中灵活运动，并满足控制系统的实时性和可靠性等要求，本文设计的四轮独立驱动、独立转向移动机器人，使用西门子S7．1200系列PLC作为底层控制器，可控制移动机器人的多种运动模式并具有以太网通信能力；采用手摇

7、脉冲发生器作为手动控制方式的输入设备，验证该移动机器人的运动灵活性。+国家自然科学基金项目(51205104)；中央高校基本科研业务费专项资金项目(2014HGCH0015)392016年第1期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)1全向移动机器人的机械结构本文设计的轮式全向移动机器人的机械结构主要由底盘机构和车体等组成。底盘机构采用4个轮毂电动机独立驱动，独立悬挂结构，成矩形对称分布