图文讲解基于PLC的挪动机器人伺服运动控制系统设计.docx
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1、图文讲解基于PLC的挪动机器人伺服运动控制系统设计图文讲解基于PLC的挪动机器人伺服运动控制系统设计网络转载导语:本文通过对机器人挪动功能的研制和开发,为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种挪动机构。【导读】本文通过对机器人挪动功能的研制和开发,为适应各种工作环境的不同要求而开发出各种挪动机构。其中全方位轮可以实现高准确定位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的运动,具有一般的轮式挪动机构无法取代的独特特性,对于研究挪动机器人的自由行走具有重要愈义。综合分析了现有挪动机器人的挪动机构,挪动运动特点,分析了其运动学特征;提出了挪动机器人静态步行的稳定性断定方法,规划了机器人直线行走步态、定点
2、转弯步态,以及跨越障碍物的行走步态;并采用PLC实现对步态的控制。引言挪动机器人是一种可以通过传感器感悟外界环境和自身状态,实如今有障碍物的环境中面向目的的自主运动,进而完成一定作业功能的机器人系统。近年来,由于挪动机器人在工业、农业、医学、航天和人类生活的各个方面显示了越来越广泛的应用前景,使得它成为了国际机器人学的研究热门。20世纪90年代以来,以研制高程度的环境信息传感器和信息处理技术,高适应性的挪动机器人控制技术,真实环境下的规划技术为标志,开展了挪动机器人更高层次的研究。目前,挪动机器人十分是自主机器人已成为机器人技术中一个于分活泼的研究领域。从最早出现的机器人到如今涌现出的形态各异
3、的挪动小车,其挪动机构的形式层出不穷,以美国、俄罗斯、法国和日本为首的西方兴旺国家己经研制出了多种复杂奇异的三维挪动机构,有的已经进入了实用化和贸易化阶段。面对21世纪深空探测的挑战,对各种自主系统的研制是必须的,而挪动机构又是各种自主系统的最根本和最关键的环节。已经出现的挪动机器人的挪动机构主要有履带式、腿式和轮式,其中以轮式的效率最高,但其适应才能相对较差,而腿式的适应才能最强但其效率最低。履带式挪动机构是将圆环状的循环轨道卷绕在假设干车轮外,使车轮不直接与地面接触,利用履带可以缓和地面的凹凸不平。它具有良好的稳定性能、越障才能和较长的使用寿命,合适在坎坷的地面上行使。但由于沉重的履带和繁
4、多的驱动轮使得整体机构粗笨,消耗的功率也相对较大。轮式挪动机构具有运动速度快、能量利用率高、构造简单、控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等优点,只是越野性能不太强。但随着各种各样的车轮底盘的出现,如日本NASDA的六轮柔性底盘月球遨游车LRTV,俄罗斯TRANSMASH的六轮三体柔性框架挪动机器人Marsokohod,美国CMU的六轮三体柔性机器人Robby系列以及美国JPL的六轮摇臂悬吊式行星遨游车Rocky系列,已使轮式机器人越野才能大大增加,可以和腿式机器人相媲美。于是人们对机器人机构研究的重心也随之转移到轮式机构上来,十分是最近日本开发出一种构造独特的五点支撑悬吊构造Micros,
5、其卓越的越野才能较腿式机器人有过之而不及。1、机器人挪动方式的选择与构造设计1.1挪动方式的选择如今主流的挪动方式根本是轮式、腿式和履带式,但由于其各有各的优点与缺点,如今的科学家越来越追求综合性能的进步。轮式挪动机构具有运动速度快、能量利用率高、构造简单、控制方便和能借鉴至今已很成熟的汽车技术等优点,只是越野性能不太强。而腿式挪动构造固然有很好的越野才能,但是构造复杂,效率低等缺点。对于履带式主要是由于沉重的履带和繁多的驱动轮使得整体机构粗笨,消耗的功率也相对较大。针对本次设计的环境主要是人为环境,地势较平坦,但也需要对台阶、楼梯等障碍物进展考虑,所以我打算设计轮腿结合式的挪动方式,在平坦的
6、道路利用轮式构造效率高,迅速等优点,在需要上台阶,上楼梯等地方采用腿式构造进展越障。由于机器人中含腿式构造且需要上台阶和爬楼梯所以采用四腿构造,这是由于固然对于台阶就算是轮式构造也能知足要求,但是对于爬楼梯轮式构造就不行了,所以需要腿式构造的存在,生活中楼梯随处可见,假如要使机器人有较好的环境适应才能,上楼梯是必需要克制的。我决定选择四轮腿式构造,而根本构造如图1。中间为机器人主体,里面有机器人的控制系统和驱动上肢转动的电机,四肢末端为轮胎,机器人每条腿都分为上肢和下肢,中间为关节,下肢可绕其转动。图1机器人根本构造1.2机器人挪动原理设想由于环境较好,根本属于平坦地面,故主要挪动方式为轮式挪
7、动,在需要上台阶或者楼梯是才使用腿式构造,这是由于腿式构造效率较低,只在必须使用腿式构造的时候才使用,这样既能进步机器人的挪动效率,也能是机器人有较好的越障才能。对于上台阶与爬楼梯的原理根本一样,故我只讲明我对爬楼梯的挪动原理的设想。首先是要在机器人机身上安装传感器,使其可以感应到前面的障碍物楼梯,然后就是爬楼梯的经过。在预备爬楼梯的时候,首先要把轮子上的刹车系统启动,是轮子不能转动。然后爬楼梯的经过如同人走楼梯一样,先轮流上前脚,等前脚站稳,再轮流上后脚。1.3机器人轮子的选择如今市面上的轮子有很多,有标准轮,小脚轮,麦克纳姆轮,球形轮,正交轮等。我决定选用麦克纳姆轮,由于它能很好的向各个方
8、向挪动且没有球形轮那么难控制,而且如今麦克纳姆轮的制作也比拟成熟。麦克纳姆外形像一个斜齿轮,轮齿是可以转动的鼓形辊子,辊子的轴线与轮的轴线成角度。这样的特殊构造使得轮体具备了三个自由度:绕轮轴的转动和沿辊子轴线垂线方向的平动和绕辊子与地面接触点的转动。这样,驱动轮在一个方向上具有主动驱动才能的同时,另外一个方向也具有自由挪动被动挪动的运动特性。轮子的圆周不是由普通的轮胎组成,而是分布了很多小滚筒,这些滚筒的轴线与轮子的圆周相切,并且滚筒能自由旋转。当电机驱动车轮旋转时,车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进,同时车轮周边的辊子沿着其各自的轴线自由旋转。采用全方位挪动机构的车轮组合情况,轮中的
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- 图文 讲解 基于 PLC 挪动 机器人 伺服 运动 控制系统 设计
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