智能全方位移动机器人解决方案:运动控制器及运动控制方法的应用

全方位移动机器人具有全方位移 动的功能，可以在两维平面中提供三自由度的运动，能够在不改变位姿的情况下向 任意方向运动，因此可以节约更多时间。以其此d有的运动优势，全方位移动足球 机器人在众多类型的移动机器人中脱颖而出，引起研究者的广泛关注，并在许多领 域得到了广泛的应用，比如全方位移动轮椅.RoboCup 比赛等。本节以上海交通 大学的“交龙”RoboCup 中型组全方位移动机器人(交龙3号JL-Ⅲ) 为例，如 图3-5-1所示，具体说明移动机器人的运动控制器及运动控制方法的应用。

系统结构介绍

全方位移动机器人其运动执行部件由安装在机器人的底盘上的3个全维轮 构成.轮子直径为80mm。机器人整体重量为20kg, 机器人尺寸为45mm×45mm×

80mm。 三个轮子的配置如图示相互成120°角，每个轮子单d由一个电机驱动，机 器人的运动由3只全维轮的转动合成。

基于行为的高层控制系统由一台笔记本完成，采用IPC 通信机制(Inter-Process Communication), 实时获取各传感器信息并输出控制指令。同时，底层运动控制由 STM32 芯片为核心的ARM 控制系统完成，可进行电机控制、持球和开球控制(控 制周期为1ms) 。 高层和底层控制系统之间采用波特率为19.2 Kbps 的串口通信 协议，控制周期为30ms 。场外计算机作为比赛裁判或队伍教练，发出全局指令；各 场内机器人以全局指令为指导，自动转换角色，各自采取行为。包括场外计算机以 及所有场上机器人均采用IEEE 802.11a 协议进行局域网通信。系统框架图如图 3-5-2所示。

运动控制系统由通信模块、电源模块、控制模块和电机驱动模块组成。一块主 控制板(STM32) 控制3块驱动电路，分别驱动3个全方位轮，实现3轴联动。当机器人工作时，通信模块负责从PC 机接收指令数据，包括3个轮子的速度和是否踢 球判断以及踢球力度。控制模块将3个轮子的速度发送到运动控制模块，并产生 一个踢球信号控制气动踢球系统产生踢球动作。运动控制模块则控制着3个轮子 的速度，并且将通过闭环采集到的电机码盘信息获得的3个轮子的速度反馈回PC 机，供机器人上层策略算法使用。其结构图如图3-5-3。通信模块和运动控制模块的CPU采用的是 STM32F103CB。

STM32 运动控制系统同时控制3路全方位轮的控制，3路d立PWM 信号控 制着机器人的3个电机。每个电机的驱动控制系统如图3-5-4所示。