自定位移動三輪全向機器人的設計開發

昝立宇 茍江純 曾曉玉 沈發林 程渭東 徐慧平

(1.成都理工大學核技術與自動化工程學院 四川成都 610059；2.成都中醫藥大學外語學院 四川成都610075；3.四川福祥建設工程有限公司 四川眉山 620360)

一、三輪全向機器人的總體設計思路

機器人作為一個集成化的復雜整體，為便于檢修與維護，設計開發采用了模塊化的思想。[1]我們采用STM32F407IGT6工控板為主控制器，來進行定位數據分析與解算、無線數據的收發和基于CAN總線的電機驅動控制等操作。定位模塊對自身位置信息進行自校準，把相關數據實時送至單片機內部的特定儲存區，等待控制器取用。主控制器還通過CAN總線傳輸方式，驅動控制三個電機。考慮到機器人的人機交互性，定位信息會同步更新于客戶端無線路由器下的串口屏上，也可通過串口屏手動設置目標位置。同時，為了控制的穩定可靠，工控板與各模擬量輸入端口均有相關屏蔽措施，在各個主要模塊上也加有過流保護裝置。機器人控制系統總體組成如圖1所示：

圖1 控制系統組成圖

二、三輪全向機器人的硬件設計

(一)機械裝置設計

機器人采用等邊三角形形狀設計，在底部鋁板每條邊的中心點各安裝一個全向輪，使輪子之間互相間隔120°，選用由RoboModule電機驅動調節器控制的1：20減速比無刷電機，構成硬件驅動部分。機器人中間安置定位模塊，由模塊中的正交碼盤進行坐標的校準，并在周圍安置三芯屏蔽線以隔斷電磁干擾信號。團隊采用24V/20AH或15AH磷酸鐵鋰電池，為機器人提供穩定電能，再由單極式可逆PWM波變換器構成的H橋電路與24V濾波電路等構成驅動電路，組成自定位硬件部分。……