微型轮式无人平台结构设计与运动控制技术研究

发布时间：2021-02-04 22:06

　　根据未来战争发展趋势,武器系统辅助机械设备工作任务越来越艰巨、工作空间越来越狭小,而轮式无人平台一般通过左右两侧轮,差速控制或者切换驱动装置实现快速转向,但是在工作空间极其狭窄或紧急的情况下,时间和空间均不允许这种耗时长和占用面积大的换向操作,因而需要一种可以人工远程操作和无人自动控制的无人平台,且该平台能实现前后运动、横向运动和原地旋转运动,满足快速换向的时间和空间要求。根据对微型轮式无人平台功能需求分析,进行了微型轮式无人平台总体方案设计,完成了微型轮式无人平台三维结构设计、微型轮式无人平台虚拟样机建模。运用计算机仿真技术,在不同动摩擦系数情况下,对微型轮式无人平台虚拟样机模型进行前后运动仿真、横向运动仿真和原地旋转运动仿真,得到了不同运动状态下的质心速度、位移、振幅和力矩特性,并分析差异。根据微型轮式无人平台全方位运动控制要求,运用机电协同仿真方法,建立微型轮式无人平台伺服控制系统模型,联合微型轮式无人平台虚拟样机模型,完成了微型轮式无人平台机电协同仿真建模,对微型轮式无人平台机电协同仿真模型进行前后运动仿真,横向运动仿真与原地旋转运动仿真,得到了不同运动状态下电机动态特性曲线和... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状与趋势分析
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 发展趋势
    1.3 工作思路及技术分析
    1.4 文章内容安排
2 微型轮式无人平台总体方案设计
    2.1 微型轮式无人平台总体方案设计
    2.2 微型轮式无人平台三维结构设计
        2.2.1 Mecanum轮参数化建模
        2.2.2 轮组布局结构形式与优选
    2.3 微型轮式无人平台电气硬件方案设计
    2.4 工作模式分类与优先级设定
    2.5 本章小结
3 微型轮式无人平台运动学仿真分析
    3.1 微型轮式无人平台运动学模型建立
    3.2 微型轮式无人平台运动方向分析
    3.3 微型轮式无人平台虚拟样机设计
        3.3.1 导入简化实体模型
        3.3.2 添加约束
        3.3.3 施加载荷
    3.4 不同动摩擦系数微型轮式无人平台虚拟样机模型仿真分析
        3.4.1 简化虚拟样机模型前后运动仿真（Y轴）
        3.4.2 简化虚拟样机模型左右运动仿真（X轴）
        3.4.3 简化虚拟样机模型原地旋转运动仿真（绕Z轴）
    3.5 本章小结
4 微型轮式无人平台伺服系统建模与仿真研究
    4.1 三相感应电机电磁转矩的生成与控制
    4.2 静止ABC坐标系向任意同步旋转MT轴系的矢量变换
    4.3 三相感应电机基于转子磁场定向原理
    4.4 MT轴沿转子磁场定向的三相异步电机数学模型
    4.5 三相感应电动机双闭环Simulink建模
        4.5.1 电流-转速模型观测转子磁链
        4.5.2 转速和磁链及其扭矩PI调节器
    4.6 仿真分析
    4.7 小结
5 微型轮式无人平台机电协同仿真技术研究
    5.1 机电协同仿真原理
    5.2 设置协同仿真参数
    5.3 建立协同仿真模型
    5.4 微型轮式无人平台机电协同仿真分析
        5.4.1 微型轮式无人平台前后运动协同仿真分析（Y轴）
        5.4.2 微型轮式无人平台横向运动协同仿真分析（X轴）
        5.4.3 微型轮式无人平台原地旋转协同仿真分析（绕Z轴）
    5.5 仿真误差分析
    5.6 本章小结
6 物理试验样机研制
    6.1 电路设计
        6.1.1 硬件系统总体框图
        6.1.2 多电压输出电源系统
        6.1.3 信号调理与采集电路
        6.1.4 高速信号隔离电路
        6.1.5 控制器最小系统设计
    6.2 外购件选型分析
        6.2.1 动力装置选型分析
        6.2.2 人机显示模块选型分析
        6.2.3 检测系统选型分析
        6.2.4 遥控器分析
        6.2.5 控制器选型分析
    6.3 程序开发
        6.3.1 高速脉冲采集和输出
        6.3.2 模拟量采集
        6.3.3 自主避障
    6.4 试验样机实验与数据
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Mecanum轮的全向运动视觉导引AGV研制[J]. 喻俊,武星,沈伟良.  机械设计与制造工程. 2015(09)
[2]城市作战小型无人平台机动环境及障碍分析[J]. 徐国英,姚新民,王涛.  四川兵工学报. 2015(06)
[3]地面无人系统的发展及未来趋势[J]. 孟红,朱森.  兵工学报. 2014(S1)
[4]电传动轮式无人平台运动仿真与分析[J]. 张豫南,孙晓雨,赵玉慧,闫永宝,曾伟.  四川兵工学报. 2012(09)
[5]智能车辆自动驾驶控制系统方案设计[J]. 王智峰,张朋飞,何克忠.  车辆与动力技术. 2011(01)
[6]陆战平台全电化技术研究综述[J]. 臧克茂.  装甲兵工程学院学报. 2011(01)
[7]轮式移动机器人轮-地接触模型研究[J]. 蒋云峰,苏波,毛宁.  机械科学与技术. 2010(09)
[8]多传感器信息融合技术在无人平台避障中的应用[J]. 程虹霞,骆云志,朱松柏,张春华.  兵工自动化. 2010(06)
[9]无人平台投弹灭雷测试技术[J]. 邵兴.  水雷战与舰船防护. 2010(01)
[10]基于DYC的四轮驱动电传动车辆动力学控制系统研究[J]. 范晶晶,邹广才.  车辆与动力技术. 2009(01)

博士论文
[1]重心自调整的全方位运动轮椅机器人技术研究[D]. 白阳.北京理工大学 2016

硕士论文
[1]全方位移动机器人控制系统研究与实现[D]. 赵伟雄.河北工程大学 2016
[2]全方位移动平台运动控制技术研究[D]. 王冠.北京理工大学 2015
[3]一种演艺场所智能万向车台的关键技术研究与实现[D]. 马福东.电子科技大学 2015
[4]基于Mecanum轮的全方位移动机器人研究[D]. 周美锋.南京航空航天大学 2014
[5]基于Mecanum轮全方位移动平台的理论和应用研究[D]. 贾官帅.浙江大学 2012
[6]基于微型无人平台导航多传感器信息融合算法研究[D]. 臧岩.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3019008