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5.3 轮式机器人的运动控制系统 25
5.3.1主控制器的选择 26
5.3.2 测距模块的选择 26
5.3.3 电机驱动系统 27
5.3.4 电源供电系统 27
5.3.5 网络通信系统 27
5.4 机器人的控制原理 28
6 结论 29
致谢 30
参考资料 31
1 绪论
1.1引言
随着社会的发展和科技的进步，在人们生产生活的众多方面，机器人得到了越来越广泛的应用。各国尤其是西方发达国家正致力于研究开发和广泛应用多种多样的服务机器人。目前，我国经济社会不断发展，人们对物质和精神的需求不断提高，服务机器人的广泛应用必将成为一大趋势。
与普通工业机器人不同，服务机器人需要具有更大的工作空间和更灵活的工作范围，因此其往往是移动机器人。移动机器人是世界上研发较早的一种机器人，移动机构主要有轮式、履带式、腿式、蛇行式、跳跃式和复合式等。其中，轮式是出现最早、应用最广的移动方式。它的结构相对简单，并且可以在平面环境里实现平滑、高速、精确的运动。
全向运动是轮式机器人的一种运动方式，它可以使机器人在平面内获得任意的运动方向，从而实现在平面上的自由运动。使用全向轮实现全向运动的机器人，称为全向轮式机器人。本课题将对全向轮式机器人的结构进行设计，并对机器人控制系统进行讨论和设计。
1.2 国内外移动机器人研究现状
1.3 全向轮介绍
所谓全向移动是指移动机构在二文平面上从当前位置向任意方向运动的能力。一种全向移动方式是基于全向轮构建的。以下是几种常见的全向轮。
1）麦克纳姆轮
麦克纳姆轮是最常见的一种全向轮。如图1.3在其主轮缘上斜向分布着许多小滚轮，使主轮可以横向滑移。当主轮绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚轮的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳姆轮结构紧凑、运动灵活、承载能力强，但其设计复杂，组装困难。
图1.3 麦克纳姆轮
2）瑞士轮
在一个大轮边缘的垂直方向上均匀分布若干小轮，大轮由电机驱动，小轮可自由转动，使得轮子可以在其垂直方向侧滑。三个或三个以上的这种轮子固连在机器人底盘上，可以使机器人具备全向移动的能力。
图1.4 瑞士轮1
主要有两种类型的全向轮应用了以上的原理。图1.4为两片式结构，通过内外两层复合轮体与地面接触，其运动连续稳定。图1.5为单片式结构，运动过程中单个的小从动轮与地面进行离散的点接触，其运动有多边形效应。
图1.5 瑞士轮2
1.4 移动机器人的发展趋势
随着科技水平的发展，越来越多的移动机器人将因对于环境的高度适应性而应用于工业生产中。机器人将从事更多种类的生产作业，使工业生产实现更加高度的自动化，从而更多地替代人类去完成那些繁重的、重复单调的、有害健康和危险的工业生产劳动。
与此同时，机器人也将越来越广泛地用于提高人们的健康水平与生活质量。服务机器人将进入普通家庭和办公场所，从事家庭护理服务和清洁卫生、运输递送物品等工作；而在医院里，移动机器人可以在化验、助残导盲、运输医疗物资、帮助病人康复及护理等工作。装载各种设备的移动机器人还可以安排在众多的公共场所，对室内外局部环境进行持续地监测并向主系统实时反馈各种异常情况。
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