智能全方位移動機(jī)器人解決方案:運動控制器及運動控制方法的應(yīng)用

全方位移動機(jī)器人具有全方位移 動的功能，可以在兩維平面中提供三自由度的運動，能夠在不改變位姿的情況下向 任意方向運動，因此可以節(jié)約更多時間。以其此d有的運動優(yōu)勢，全方位移動足球 機(jī)器人在眾多類型的移動機(jī)器人中脫穎而出，引起研究者的廣泛關(guān)注，并在許多領(lǐng) 域得到了廣泛的應(yīng)用，比如全方位移動輪椅.RoboCup 比賽等。本節(jié)以上海交通 大學(xué)的“交龍”RoboCup 中型組全方位移動機(jī)器人(交龍3號JL-Ⅲ) 為例，如 圖3-5-1所示，具體說明移動機(jī)器人的運動控制器及運動控制方法的應(yīng)用。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

全方位移動機(jī)器人其運動執(zhí)行部件由安裝在機(jī)器人的底盤上的3個全維輪 構(gòu)成.輪子直徑為80mm。機(jī)器人整體重量為20kg, 機(jī)器人尺寸為45mm×45mm×

80mm。 三個輪子的配置如圖示相互成120°角，每個輪子單d由一個電機(jī)驅(qū)動，機(jī) 器人的運動由3只全維輪的轉(zhuǎn)動合成。

基于行為的高層控制系統(tǒng)由一臺筆記本完成，采用IPC 通信機(jī)制(Inter-Process Communication), 實時獲取各傳感器信息并輸出控制指令。同時，底層運動控制由 STM32 芯片為核心的ARM 控制系統(tǒng)完成，可進(jìn)行電機(jī)控制、持球和開球控制(控 制周期為1ms) 。 高層和底層控制系統(tǒng)之間采用波特率為19.2 Kbps 的串口通信 協(xié)議，控制周期為30ms 。場外計算機(jī)作為比賽裁判或隊伍教練，發(fā)出全局指令；各 場內(nèi)機(jī)器人以全局指令為指導(dǎo)，自動轉(zhuǎn)換角色，各自采取行為。包括場外計算機(jī)以 及所有場上機(jī)器人均采用IEEE 802.11a 協(xié)議進(jìn)行局域網(wǎng)通信。系統(tǒng)框架圖如圖 3-5-2所示。

運動控制系統(tǒng)由通信模塊、電源模塊、控制模塊和電機(jī)驅(qū)動模塊組成。一塊主 控制板(STM32) 控制3塊驅(qū)動電路，分別驅(qū)動3個全方位輪，實現(xiàn)3軸聯(lián)動。當(dāng)機(jī)器人工作時，通信模塊負(fù)責(zé)從PC 機(jī)接收指令數(shù)據(jù)，包括3個輪子的速度和是否踢 球判斷以及踢球力度�？刂颇�塊將3個輪子的速度發(fā)送到運動控制模塊，并產(chǎn)生 一個踢球信號控制氣動踢球系統(tǒng)產(chǎn)生踢球動作。運動控制模塊則控制著3個輪子 的速度，并且將通過閉環(huán)采集到的電機(jī)碼盤信息獲得的3個輪子的速度反饋回PC 機(jī)，供機(jī)器人上層策略算法使用。其結(jié)構(gòu)圖如圖3-5-3。通信模塊和運動控制模塊的CPU采用的是 STM32F103CB。

STM32 運動控制系統(tǒng)同時控制3路全方位輪的控制，3路d立PWM 信號控 制著機(jī)器人的3個電機(jī)。每個電機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)如圖3-5-4所示。