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开题依据1.1课题介绍近年来，随着移动机器人学和相关技术的发展，使得移动机器人在很多行业的应用逐渐深入和拓宽。在平面上移动的物体可以实现前后、左右和自转3个自由度的运动称为全方位移动机器人。其不仅可以在任意方向上移动，并且保持本体姿态不变.，也可以像普通车辆那样改变机体方位应用最为广泛的全方位移动机构有两种：全轮偏转式全方位移动机构(全方位轮)和麦卡纳姆轮。全方位轮是在普通的四轮基础上，增加一套偏转装置，使车轮可以全方位旋转。因此，结构简单可靠，还可以模拟普通四轮机构的运行状态，而麦卡纳姆轮是在车轮的轮毂外缘按一定倾斜方向均匀分布多个被动的辊子，它操作灵活，反应迅速，但是对加工设计提出很高的要求全方位移动机器人非常适合工作在空间狭窄有限、对机器人的机动性要求高的场合中。全方位移动机构可在二文平面上从现在位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态.。在某些场合有明显的优越性; 如在较狭窄或拥挤的场所工作时, 全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由的穿行。另外, 在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候, 也需要利用全方位移动机构的特点对自己所处的位置进行细微的调整。4981
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随着社会发展和科技进步, 机器人在当前生产生活中得到了越来越广泛的应用。移动机器人是研发较早的一种机器人, 移动机构主要有轮式、履带式、腿式、蛇行式、跳跃式和复合式。其中履带式具有接地比压小, 在松软的地面附着性能和通过性能好, 爬楼梯、越障平稳性高, 良好的自复位能力等特点。但是履带式移动平台的速度较慢、功耗较大、转向时对地面破坏程度大。腿式机器人虽能够满足某些特殊的性能要求, 能适应复杂的地形, 但由于其结构自由度太多、机构复杂, 导致难于控制、移动速度慢、功耗大。蛇行式和跳跃式虽然在某些方面, 如复杂环境、特殊环境、机动性等具有其独特的优越性, 但也存在一些致命的缺陷, 如承载能力、运动平稳性等。复合式机器人虽能适应复杂环境或某些特殊环境, 如管道, 有的甚至还可以变形, 但其结构及控制都比较复杂。相比之下, 轮式移动机器人虽然具有运动稳定性与路面的路况有很大关系、在复杂地形如何实现精确的轨迹控制等问题, 但是由于其具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点, 而被大量应用于工业、农业、反恐防爆、家庭、空间探测等领域。
方案论证
全方位轮式机器人有很多种，接下来三种方案分别是三轮式全方位机器人、Mecanum轮全方位机器人、四轮式全方位机器人，它们都各有优缺点。
3.1 候选方案
3.1.1三轮式全方位机器人
(1)如图3.1所示，三轮全方位机器人结构较简单，基本上具有稳定性，其主要的问题是移动方向的控制。可采用两后轮同时驱动，靠两轮的转速差进行操舵的控制方式。此时，另一个轮子只起到支撑作用，采用这种轮式移动机构的时候，可以通过使两个驱动轮朝不同方向的转动，从而可以使车体实现灵活的小范围回转。
图3.1三轮式全方位机器人
(2)驱动方案
三轮式机器人两主动轮分别由两台直流伺服电机驱动，每台电机与各自驱动的主动轮构成速度闭环，在额定工作载荷的范围内，调节两电机的速度控制电压即可调节两主动轮驱动电机的转速，从而实现移动机器人的运动方向和运动速度的控制。
(3)控制方案
三轮式全方位机器人控制系统结构示意图如图 3.1.1 所 示， 控 制 系 统 以 MC9S12XS128 单片机作为控制系统的核心通过黑白CMOS 摄像头拍摄图像并以PAL 制式信号输出到信号处理模块( LM1881)进行视频同步信号分离，所得到图像和同步信号同时输入到单片机控制核心，单片机对信号进行判断处理后, 通过改变 PWM 波脉宽实现对舵机转向的控制。舵机转向采用 PD控制，通过光电编码器来检测车速并将速度反馈到单片机控制核心，用PID 控制算法处理后得到的控制量去改变电机驱动模块的PWM 波占空比，从而控制其行驶速度。