智能全方位移動機器人解決方案:運動控製器及運動控製方法的應用

全方位移動機器人具有全方位移 動的功能，可以在兩維平麵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，因此可以節約更多時間。以其此d有的運動優勢，全方位移動足球 機器人在眾多類型的移動機器人中脫穎而出，引起研究者的廣泛關注，並在許多領 域得到了廣泛的應用，比如全方位移動輪椅.RoboCup 比賽等。本節以上海交通 大學的“交龍”RoboCup 中型組全方位移動機器人(交龍3號JL-Ⅲ) 為例，如 圖3-5-1所示，具體說明移動機器人的運動控製器及運動控製方法的應用。

係統結構介紹

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

80mm。 三個輪子的配置如圖示相互成120°角，每個輪子單d由一個電機驅動，機 器人的運動由3隻全維輪的轉動合成。

基於行為的高層控製係統由一台筆記本完成，采用IPC 通信機製(Inter-Process Communication), 實時獲取各傳感器信息並輸出控製指令。同時，底層運動控製由 STM32 芯片為核心的ARM 控製係統完成，可進行電機控製、持球和開球控製(控 製周期為1ms) 。 高層和底層控製係統之間采用波特率為19.2 Kbps 的串口通信 協議，控製周期為30ms 。場外計算機作為比賽裁判或隊伍教練，發出全局指令；各 場內機器人以全局指令為指導，自動轉換角色，各自采取行為。包括場外計算機以 及所有場上機器人均采用IEEE 802.11a 協議進行局域網通信。係統框架圖如圖 3-5-2所示。

運動控製係統由通信模塊、電源模塊、控製模塊和電機驅動模塊組成。一塊主 控製板(STM32) 控製3塊驅動電路，分別驅動3個全方位輪，實現3軸聯動。當機器人工作時，通信模塊負責從PC 機接收指令數據，包括3個輪子的速度和是否踢 球判斷以及踢球力度。控製模塊將3個輪子的速度發送到運動控製模塊，並產生 一個踢球信號控製氣動踢球係統產生踢球動作。運動控製模塊則控製著3個輪子 的速度，並且將通過閉環采集到的電機碼盤信息獲得的3個輪子的速度反饋回PC 機，供機器人上層策略算法使用。其結構圖如圖3-5-3。通信模塊和運動控製模塊的CPU采用的是 STM32F103CB。

STM32 運動控製係統同時控製3路全方位輪的控製，3路d立PWM 信號控 製著機器人的3個電機。每個電機的驅動控製係統如圖3-5-4所示。