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1、第21卷第4期机电产品开发与创新Vol.21,No.42008年7月Development&InnovationofMachinery&ElectricalProducts·开Ju发ly与.,2创00新8·一种履带式移动机器人的控制系统设计黄守仁,战强,苑承志(北京航空航天大学机器人研究所,北京100083)摘要:针对一辆无刷电机驱动的履带式移动机器人BHTR-1,对其包括运动控制系统、信息检测系统、无线遥控系统等各部分在内的控制系统进行了设计。运动控制部分采用以DSPLF2407A为主控芯片、以无刷电机专用芯片M
2、C33035和驱动桥MPM3003为电机驱动控制的方案;信息检测系统采用红外传感器来检测环境障碍信息,并安装无线视频设备用以监控机器人运行环境;无线遥控系统采用摇杆式脉宽比例调节方式来实现对机器人的调速及其他运动控制。关键词:履带式移动机器人;DSPLF2407A;运动控制;无线遥控中图分类号:TP242文献标识码:A文章编号:1002-6673(2008)04-011-03人的功能要求,机器人控制系统主要由运动控制系统、0引言无线遥控系统、信息检测系统等组成。其结构组成如图履带式移动机器人具有支撑面积大,接地比压
3、小,2所示。滚动阻力小,越野机动性能好等优点。此外,履带支撑运动控制系统包括以DSP为主控芯片的控制系统及面上有履齿,不易打滑,牵引附着性能好,有利于发挥机器人无刷电机驱动器,以控制机器人完成指定的运动较大的牵引力等特点,因此履带式移动机器人的应用比要求;信息检测较广泛。北京航空航天大学机器人研究所“复杂机构与系统由摄像头、无线遥控系统运动控制系统机器人本体智能控制实验室”设计研制了一辆采用直流无刷电机驱红外传感器等检环境动、具有高机动性能的履带移动机器人BHTR-1。该移测环境信息并反信息检测系统动机器人采用两侧
4、行走机构独立驱动方式,安装有无线馈出周围有无障图2机器人控制系统的组成视频设备及避障传感器,采用无线遥控或视觉导航的控碍信息给控制系Fig.2Diagramofthecontrolsystem制方式,可用于野外及人类难以达到的环境中进行环境统;无线遥控系探测。本文根据该移动机器人的特点,对其控制系统进统发送运动指令给机器人控制其运动。下面分述各部分行了设计。具体的设计。1.2运动控制系统设计1履带移动机器人控制系统设计在机器人的运动控制系统中,主控芯片接收遥控发1.1控制系统总体设计出的指令,计算输出控制信号,监控
5、系统状态,同时还要处理信息检测部分各传感器送来的信号,因此要求处研制的履带式移动机器人BHTR-1本体如图1。该理器具有较强的运算能力、较短的指令周期以及高度可机器人具体参数如下:靠的性能。TMS320x24x系列DSP是面向数字电机控制、本体尺寸:(620×嵌入式控制系统和数字控制系统开发的可编程DSP芯420×200)mm;车体自片。其面向数字控制应用场合,特别是面向运动控制系重:15kg;设计负载:统进行了优化,具有更高的处理能力和更快的速度30kg;行驶速度:0~(20～40MIPS),集成了两个事件管理器
6、模块EVA和2km/h;爬坡角度:40°;图1履带式移动机器人BHTR-1持续工作时间:2h。EVB,每个模块能实现:三相反相器控制;PWM的对Fig.1Thetrackedmobilerobot称和非对称波形;可编程的PWM死区控制;3个捕获根据履带移动机器BHTR-1单元;可实现四倍频的片内光电编码器接口电路QEP;收稿日期:2008-05-0616通道A/D转换器等[1]。以DSPLF2407A为主控芯片的作者简介:黄守仁(1983-),男,硕士研究生。主要研究方各控制模块如图3所示。向:机电一体化。11·开
7、发与创新·控DSP,然后由软件部分执行相应的避障行为并触发报码盘(2路)遥控接收无刷电机警信号。无线视频监控既可用于手动遥控时观察机器人周围的环境,也可用于机器人的自主导航。两个无QEPCAPI/OEnabel、Break、MC33035MPM3003F/R、PWM刷电机的码盘信号通过QEP将电机转速信息反馈给主控DSP2407ADSP,用以实现测速及闭环控制。I/OSCII/OEnabel、Break、MC33035MPM30031.4无线遥控系统F/R、PWM无线遥控操作方式主要有按键式和摇杆式等。按键无刷电机
8、式适合发送开关类指令,而摇杆式可以发送连续性指令红外传感器上位机进行实时控制。机器人的无线遥控主要是控制电机速图3控制模块构成图度,需要实时调速。所以机器人无线遥控操作方式应采Fig.3Modulesofthecontrolsystem用摇杆式的遥控器。航模遥控器的信号采用了比例输出无刷电机驱动部分,采用了以MC33035与MPM3003的模式(PPM),满
