AWID/AWIS机器人平台控制系统设计与实现

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AWID/AWIS(四轮独立驱动/四轮独立转向)机器人平台是一种所有车轮均能独立转向、独立驱动的新型机器人平台。与普通的四轮机器人平台相比,它具有更多的运动模式(如原地转向,横移,斜行等)。这些特性使机器人平台具有更强的机动性与更灵活的通过性,应用起来更加方便,所以它是移动机器人平台发展的一个重要方向。在实际中,AWID/AWIS可在纯电动汽车和混合动力汽车上方便地实现,代表了未来车辆技术的一个重要发展方向。   本课题以AWID/AWIS高速高机动机器人平台为研究对象,研究和实际构建出AWID/AWIS机器人平台,重点是对平台的控制系统进行了研究和实现。   本文首先在阅读相关文献的基础上,介绍了四轮独立驱动技术和四轮独立转向技术,以及这两种技术在机器人化的车辆平台或机器人平台上的发展现状。   研究与设计了AWID/AWIS机器人平台的控制系统各个组成部分:按其功能将控制系统分为远程遥操作模块、主控机模块、驱动模块、转向模块、制动模块、传感模块等,介绍了各组成部分的作用;详细介绍了下挂转向模块和制动模块的转向制动控制器的软硬件设计方法;介绍了包含测转向角模块、测速模块等的传感系统的软硬件设计,并通过仿真、实验等手段验证了设计的效果。   针对AWID/AWIS机器人平台的控制网络,结合几种现有的CAN高层协议(CANopen,DeviceNet等),详细介绍了平台采用的双路CAN网络在CAN ID体系、报文的帧结构等方面的设计方法。此外,还用单调速率分析法分析了所设计的CAN网络的实时性问题。最后分析了CAN网络的可靠性问题。   本文还对AWID/AWIS机器人平台的6种运动模式进行了分析,得到各运动模式下的各车轮转向角数值,尤其对绕圆转弯模式下的平台进行了详细分析,并得出该模式几种情况下的转向角数值求取公式及约束条件。   通过专门的台架试验台进行AWID/AWIS机器人平台的四轮独立驱动与四轮独立转向的动态特性测试,对得到的实验数据处理成曲线,相互比较分析得到有关对四个车轮独立驱动/转向一致性的评价。   最后,对本文所做的工作进行了总结,并在现有基础上对下一步的工作进行展望。   本课题还针对所研制的AWID/AWIS机器人平台,在室内、室外等各种环境下进行了实际测试和试验。试验结果证明,所设计的控制系统运行稳定可靠,具有良好的实时性和可靠性。本文的研究与设计将为采用类似四轮独立驱动技术与四轮独立转向技术的平台研究设计提供可行的控制系统及控制方法,应用前景十分广阔。
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