四輪移動機(jī)器人平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

周衛(wèi)華， 張德發(fā)

(臺州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 臺州 318000)

0 引 言

移動機(jī)器人已經(jīng)成為機(jī)器人領(lǐng)域一個重要的分支，在軍事、危險作業(yè)和服務(wù)業(yè)等行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用[1-2]。

移動機(jī)器人按照運(yùn)動的機(jī)構(gòu)可分為輪式、履帶式和腿式等。其中輪式移動機(jī)器人由于其機(jī)構(gòu)簡單、運(yùn)動靈活等優(yōu)點(diǎn)，尤其受到青睞[3-4]。考慮到文中研究的對象是輪式移動機(jī)器人，故后續(xù)所稱的移動機(jī)器人都是指輪式移動機(jī)器人。物體在平面上具有三個自由度，分別為前后運(yùn)動、左右運(yùn)動和自轉(zhuǎn)運(yùn)動，傳統(tǒng)的汽車具有的自由度少于三個，又如文獻(xiàn)[5]中描述的四輪移動車，具有前后運(yùn)動和自轉(zhuǎn)運(yùn)動的能力，但是不能橫向移動。全方位移動機(jī)器人可以實現(xiàn)前后、左右和旋轉(zhuǎn)三個自由度的運(yùn)動，運(yùn)動靈活性高，可以原地旋轉(zhuǎn)，在狹小空間運(yùn)動優(yōu)勢明顯，如物流倉儲行業(yè)、星球探測[6]和服務(wù)機(jī)器人等。

全方位移動平臺需要設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)，如文獻(xiàn)[7]中采用專用芯片作為主控制器來控制基于Mecanum輪全方位移動機(jī)器人，控制簡單，但是很難做進(jìn)一步的擴(kuò)展與深入研究。東南大學(xué)的夏國慶[8]用主控芯片DSP2812控制四個電機(jī)，每個電機(jī)驅(qū)動一個Mecanum輪。這種方法的優(yōu)勢在于節(jié)省成本，但是外圍電路設(shè)計復(fù)雜且穩(wěn)定性較差。

本文設(shè)計的輪式機(jī)器人采用工控主板作為主控制器，計算功能強(qiáng)大，而且豐富的接口可以方便擴(kuò)展，為進(jìn)一步深入研究提供了良好的硬件平臺。

1 連續(xù)切換輪的結(jié)構(gòu)

連續(xù)切換輪的輪轂周圍由十根輥子相互交錯排列，輥子與輪轂是相互垂直，如圖1所示。……