狭小空间内的全向移动平台关键技术研究

发布时间：2017-07-13 18:05

  本文关键词：狭小空间内的全向移动平台关键技术研究

  更多相关文章： 全向移动平台 Mecanum轮 减震机构 模糊PID 联合仿真 STM32

【摘要】：随着移动机器人技术的发展,全向移动技术逐渐成熟,其中使用Mecanum轮技术的全向移动设备凭借运行稳定、结构简单等优点得到广泛关注。Mecanum轮全向移动平台具备平面运动的全部三个自由度,能大大提高传统轮式设备的移动效率,特别适用于狭小作业空间。在物流、工业生产和服务业等多个领域具备极高的研究价值。本文以设计的全向移动平台为研究对象,介绍了机械结构和控制系统的设计过程,使用软件联合仿真加快了研发进度,在此基础上制作了物理样机并完成了测试。本文研究内容主要如下:(1)对机械结构进行了研究。推导了全向移动平台的运动学模型,对机械结构存在的轮组和地面接触不充分的问题进行了优化设计,提出了一种减震机构。结合运动学结果分析了车身参数变化对运动精度的影响,以此为依据将设计的减震机构引起的运动误差保持在合理范围内。(2)设计了模糊PID控制器用于轮组协同控制。介绍了模糊PID控制器原理,分析了平台的动力参数并进行了电机选型。在MATLAB/Simulink环境下建立了直流电机闭环控制系统,仿真验证了算法的合理性。(3)建立了ADAMS和MATLAB联合仿真模型并进行了仿真实验。本文详细列写了联合仿真模型的建立过程,并完成了平台典型运动状态的仿真实验,最后对实验结果进行了分析。(4)完成了物理样机机械本体制作和控制系统调试。文章描述了机械结构的特点,介绍了电气系统的总体方案,其中移动平台基于STM32高性能单片机完成轮组闭环控制和人机交互,在上位PC机开发了基于VB.NET环境的控制软件。最后通过物理样机实验对整个系统进行了性能测试。本文结合虚拟样机仿真和实物样机试验的方法,对全向移动平台的车身结构和电控系统进行了较为深入的分析和优化,对该类型全向运动装置的大规模推广具有广泛的实用价值。
【关键词】：全向移动平台 Mecanum轮 减震机构 模糊PID 联合仿真 STM32
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 选题背景及意义12-14
• 1.2 国内外研究现状及应用情况14-18
• 1.2.1 国内外研究现状14-16
• 1.2.2 国内外应用状况16-18
• 1.3 本文研究的主要内容18-20
• 第2章 全向移动平台稳定性结构设计20-32
• 2.1 Mecanum轮全向移动平台运动分析20-25
• 2.1.1 Mecanum轮及其结构特点20-21
• 2.1.2 全向移动平台运动学分析21-24
• 2.1.3 全向运动平台全向运动的实现24-25
• 2.2 全向移动平台减震机构设计25-31
• 2.2.1 减震机构的必要性25-26
• 2.2.2 减震机构对运动精度的影响26-28
• 2.2.3 减震机构建模与分析28-30
• 2.2.4 减震机构设计30-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第3章 平台轮组的模糊PID控制器设计32-44
• 3.1 模糊PID控制器原理32-37
• 3.1.1 模糊控制器的结构33-34
• 3.1.2 精确量的模糊化34
• 3.1.3 模糊推理34-35
• 3.1.4 解模糊35-36
• 3.1.5 数字PID控制器原理36-37
• 3.2 平台动力参数分析和电机选型37-38
• 3.3 直流伺服系统设计和仿真38-40
• 3.4 四轮协同控制系统建模与仿真40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 基于ADAMS和MATLAB的虚拟样机联合仿真44-54
• 4.1 全向移动平台虚拟样机的建立44-45
• 4.2 ADAMS和MATLAB联合仿真模型的建立45-47
• 4.3 典型运动状态的联合仿真和实验分析47-53
• 4.3.1 虚拟样机纵向运动仿真47-48
• 4.3.2 虚拟样机横向运动仿真48-49
• 4.3.3 虚拟样机斜 45°运动仿真49-50
• 4.3.4 虚拟样机原地旋转运动仿真50-51
• 4.3.5 仿真误差分析51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 物理样机设计和运动实验分析54-72
• 5.1 机械本体设计54-55
• 5.2 电气系统总体设计方案55-56
• 5.3 电气系统硬件设计56-59
• 5.3.1 主控制器控制电路56-58
• 5.3.2 低压报警电路设计58
• 5.3.3 无刷直流电机驱动电路58-59
• 5.4 控制系统软件设计59-63
• 5.4.1 软件设计总体任务59-60
• 5.4.2 软件运行流程图60-61
• 5.4.3 主控制器程序设计61-62
• 5.4.4 上位PC机控制程序设计62-63
• 5.5 物理样机实验63-70
• 5.5.1 物理样机展示63-64
• 5.5.2 实验方法介绍64-67
• 5.5.3 典型运动实验67-69
• 5.5.4 实验总结和误差来源分析69-70
• 5.6 本章小结70-72
• 第6章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 不足与展望72-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果77-78
• 致谢78

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本文编号：537848