山地越障运输车控制系统设计与开发

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越障机器人已经成为当前机器人领域的一个研究热点。我国有很多山地地区,这些地区的物资运输成为一种问题,由于传统的轮式运输方式有地形限制,在山地台阶上无法行驶。本文来源于横向项目“山地越障运输车原型设计与开发”,旨在解决山地景区以人力挑夫来运输物资这种低效的运输方式,以行星轮越障运输车为研究对象,详细的分析了越障机器人的机构特点、越障能力、转弯分析以及主控系统和驱动系统的设计,具体的研究内容如下:  首先分析了国内外各种形式的越障机器人,分析不同机器人的应用环境和特点,相比其他越障结构,行星轮式具有翻越连续转弯台阶能力、稳定性好、结构简单、控制容易和成本低的优点。经去黄山实地考察了解地形特点以后确定了越障运输车的最终的项目设计目标。然后机器人的总体机械结构、主板控制系统、电机驱动系统方案进行介绍。对机器人的传动系统、悬架系统、行星轮总成、车体、车厢等进行详细的分析。  确定了机器人的越障结构方案以后,随后分析控制系统的硬件和软件设计需求,提出了由主控单元和驱动单元组成的控制器总体结构方案。主控单元采用高性能 ARM微控制器为核心,通过外部扩展连接多通道信号传感器、无线通信模块、电机驱动器和紧急制动模块,实现主控板对整个控制过程中的数据采集分析和执行器控制信号的输出,针对主控单元复杂的数模混合电路,进行了印制电路板的抗干扰设计研究。  为了能够更好的实现对整个越障运输车驱动系统的控制,本课题自行设计电机驱动器,这样实现了驱动单元和主控单元的无缝连接,可以保证整个控制系统中主控单元可以实时监控电机的运行状态并发出相应的控制指令。该驱动器具备CAN星型网络通信、动态控制精度高、负载能力强、过流保护的特点。  最后,设计完成了越障运输车样机的一系列性能试验,验证样机的实际性能指标,并和设计目标进行比较分析。实验结果表明所设计的行星轮越障运输车可以翻越最大高度为200mm的台阶,能够翻越连续的转弯台阶,车辆的转向运动控制以及越障形式也都和理论分析相吻合。
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