四轮驱动轮式机器人的差速转向及其力矩匹配

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1、同济大学机械工程学院硕士学位论文四轮驱动轮式机器人的差速转向及其力矩匹配姓名：邢洁申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：陆敏恂;周爱国20080301摘要在全球能源危机和环境污染的加剧，对汽车工业提出了严峻考验。电动汽车作为新能源汽车的重要发展方向之一，引起了世界各国汽车研发部门的关注。四轮移动机器人具有与电动汽车相类似的机械结构和控制系统，其软硬件设计借鉴了电动汽车的设计原理。本文首先介绍了轮式机器人在各个国家的研究历史和发展现状，着重介绍了电子差速系统。在详细分析比较了多个电子差速方案之后，确定采用直流无刷轮毂电机的四轮独立驱动电子差速方案。接着本文设计了轮式机器人的硬件实验平台及

2、其控制系统的软件。控制系统的控制芯片采用16位单片机英飞凌XCl64CS，利用其输出多路PWM波驱动电机运转并捕捉轮毂电机内部传感器输出的霍尔信号，从而由软件计算车轮反馈速度，形成速度闭环。接下来本文对轮式机器人的运动学和动力学进行了建模和分析计算。并以此为依据确定了轮式机器人平地，直线上坡和平地转向的差速控制策略和动力匹配策略。根据前面确定的差速控制策略和动力匹配策略，分别建立了基于模型的PID速度控制系统和转矩的模糊控制系统。最后，对两种控制系统运用Matlab软件进行仿真，在轮式机器人样机上进行试验，通过大量的试验和仿真的数据及图形，验证了轮式机器人运行稳定性。关键词：四轮移动机器人无刷

3、直流轮毂电机差速转向模糊算法AbstractABSTRACTGlobalenergycrisisandenvironmentalpollutionhavebroughtoutseverechallengetoautomotiveindustry．Electricautomobilehasattractstheattentionofautomotiveresearchanddevelopmentinstitutionsfromallovertheworld，sinceitrepresentsoneoftheimportantdevelopingorientationofnewenergyauto

4、motive．ThehardwareandsoftwaredesignofFour-wheeledmobilerobotlearnsfromthatofelectricautomobile，andhasthesimilarmechanicalstructureandcontrolsystem．Theresearchhistoryandcurrentdevelopingsituationofwheeledmobilerobotindifferentcountrieswereintroducedfirstinthisthesis，andtheintroductionofelectronicdiff

5、erentialsystemisthekeypart．Afteranalysisandcomparisonofanumberofelectronicdifferentialsystemsindetail，BLDCin-wheelMotorhasbeenadoptedforthefour-wheeleddrivenelectronicdifferentialsystem．Then，thehardwareexperimentalplatformforwheeledmobilerobotandthesoftwareofthecontrolsystemweredesigned．Thecontrolch

6、ipforthecontrolsystemInfineonXCl64CS16·-bitSCMisusedtooutputmulti·-channelPWMwavestodriveelectricalmotorandcapturetheoutputHallsignalbythesensorinsidewheelmotor,thenitcalculatesthefeedbackspeedsofthewheelsbysoftware，andformsspeedclosedloop．Moreover,themodulesweremadeforthekinematicsanddynamicsofwhee

7、lmobilerobot，andtheanalysisandcalculationhavealsobeencarriedout．Onbaseofthis，thedifferentialcontrolstrategyandtorquematchstrategyhavebeenestablishedfortherobotsthatarerunningonthegroundfloor,inlineupg