纯滚动全方位移动机器人设计及运动控制研究

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目前,移动机器人已经深深融入到了我们的生活之中。随着全球科技的进步,移动机器人逐渐成熟并普遍应用于各个行业,工作在狭窄或具有较高避障要求的工作环境下的户外移动机器人也日益增多,需要实现全向或原地转向运动,因此户外全方位移动机器人的研究逐渐成为重点。传统全方位移动机器人通过变形轮及复合驱动方式实现全方位移动,存在转向行驶过程中易发生滑移,越障能力弱,负载能力较差等问题。因此,本文以适应各种复杂环境的户外全方位移动机器人为设计目标。首先,设计完成了一款新颖的全方位移动机器人,提出了H型平衡悬架系统、双动力流驱动系统和纯滚动转向系统。并基于电磁离合器提出的一种双动力流驱动差速机构,根据驱动工况分为单电机驱动模式、双电机驱动模式和原地转向模式,依据该三种工况对双动力流驱动差速机构进行了运动学和动力学分析。其次,依据建立的移动机器人运动学模型开发了一种两级模糊控制轨迹跟踪控制器。并在Matlab/Simulink中搭建控制模型并对直线型工况、圆型工况进行了轨迹跟踪仿真验证,且跟踪效果误差较小,满足项目设计要求。然后,基于上述设计的移动机器人本体和轨迹跟踪控制模型,完成了移动机器人控制系统设计。其中包含了移动机器人底层硬件系统设计、移动机器人底层控制软件开发、移动机器人导航及巡检设计、移动机器人后台管理系统搭建。最后,完成了样机试制,并分别对该样机进行了直线行驶测试、转向行驶测试、原地转向测试、越障测试,试验结果表明该样机整体机构的可靠性和稳定性满足项目设计要求,同时介绍了该样机的应用场景。
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