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1、论文题目：直进轮式机器人行走机构的设计 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字： 摘要 随着科技的不断发展，对于外星球与未知地域探索的增加，使得机器人的应用显得越来越重要，随着机器人的发展，其渐渐地走向了成熟，由原来的室外工作走向了室内工作，由原来固定的人工环境逐渐的走向移动式的非人类工作环境。在现阶段，机器人的研究已经在研究领域显的非常重要。无论是在军事还是服务业等都得到了充分的应用，用无线方式接收信号的方式实施有效控制，按照人类预想的实行快速有效地完成移动。轮式机器人有其明显的特点，机构简单并且活动十分灵活这使得轮式机器人备受青睐。另外移动机器人有全方位与非全方位两种形式。同样的，轮
2、式移动机构在类型方面也有很多，一般的轮式机构，很难定位和定向，然而全方位机构则可以利用本身所具有的轮式结构特点来很好的实现定位和定向的功能，其自身的轮式结构使得在很多场合尤其具有优越性；比如说狭窄的弯道地域，全方位机器人灵活自如，原地零半径旋转，很轻松的转弯。其精准的的定位功能，其在未来的应用与发展当中有着不可或缺的功能，这势必会影响未来机器人的发展。本文正是本着对机器人未来的发展为基石，结合全方位机器人对未来不可磨灭的贡献，在其原有的基础上进一步完善功能，设计出了一种新型的机器人机构。使得机器人功能的最大化，以便于做为防爆，探索，侦查等工作的一个搭载平台。文章在基于一系列的先进平台上，研究一
3、种全方位的多功能机器人，各个独立运行的驱动系统，再加上其所拥有的智能系统化模板，这些有机的相结合为后面的继续研究，提供了一个良好的平台。此次本文提出了一个运动控制的方案，其特有的双向电机独立驱动，形成双驱动动力，搭载特有单片机模块的控制系统，实现了机器小车的全方位移动。借此来完善机器人对弯道及沟壑的越障能力。关键词：控制系统 机构设计 驱动机构 ABSTRACTWith robotics in extraterrestrial exploration, field trips , military, security and other new areas to be increasingly
4、 widespread adoption of robotics from the indoor to outdoor , fixed , moving toward the artificial environment , not artificial environment. Mobile robots have become an important branch of robotics research. In many occasions, military, dangerous operation and the service has been applied , you nee
5、d to receive real-time robot control commands wirelessly to the desired speed, direction and trajectory flexible and comfortable to move . Because of wheeled robot mechanism which is simple, flexible features activities particularly favored. The mobile features can be divided into non- mobile robot
6、round and round two kinds. The type of wheel movement mechanism is also a lot for the average wheeled mobile mechanism can not be arbitrary location and orientation, and a full range of moving agencies can use the wheel has the positioning and orientation function , can be realized in a two-dimensio
7、nal plane the movement from its current location in any direction without the need to change the attitude of the body , in some cases there are obvious advantages ; such as when a narrow or crowded places of work , full moving mechanism for its zero turning radius and flexibility free to walk throug
8、h. In addition, many require precise positioning and high accuracy trajectory tracking time, full- movement mechanism can position their minor adjustments . As the round wheel moving mechanism has a unique characteristic of the general wheeled mobile mechanism can not be replaced , for the study of
9、mobile robot to walk in an important sense, become the development trendof the robot moving bodies.In this paper, a multi-purpose mobile robot as research object, and combine robotics development in our country , to further raise the current number of functions and the need to further meet the needs
10、 of performance indicators, designed a new type of robot mechanism . Robot mechanism can be used as a platform equipped with detection, investigation, and explosion-proof operation. In this paper, the behavior of wheeled mobile robot control based on multi- sensor technology, both hardware and softw
11、are aspects of mobile robot architecture , robot design , motion control components , such as expanded in-depth study and discussion , a motion control scheme is proposed , and behavior control system for mobile robots . To improve the robot on the corners and gully climbing obstacle capability . Ke
12、ywords : Control system drive mechanism design agency.目录1引言11.1简介11.2发展概况11.3在国内外研究现状21.4背景及意义论文41.5论文的主要内容62轮式机器人的运动控制821 移动机器人控制系统设计82.1.1 原理82.1.2 元器件的选择82.1.3 移动机器人在平台上的总体结构92.1.4移动机器人硬件系统系统92.1.5移动机器人的电源和驱动模块102.1.6移动机器人传感器系统102.2 移动机器人运动控制研究103轮式机器人设计153.1移动机器人结构分析153.1.1驱动机构153.1.2车轮1732 移动机器
13、人的结构设计17结论30致谢31参考文献321引言1.1简介机器人的建立、发展与诞生，20世纪期间，自动控制系统成为了最权威研究创新成果。由爬行机器人行走到两条腿走路站立，只用不到20年的时期，然而人类进化的过程却经历了数百万年。现在的工业机器人技术已经向前得到了前所未有的快速发展。机器人已经能够使用工具看，听，讲，逐渐开始能够做出类似人类的行为和一些思想上独立的决定，该应用程序已逐渐从传统的制造业扩大到军事领域，有些领域对海洋勘探活动，对宇宙的探索起到了至关重要的作用，而且逐渐的开始进入家庭与服务行业。作为一种先进的机电一体化产品，机器人和自动化控制系统技术的发展，技术方面的发展是分不开的。
14、 现在，我们知道移动机器人是由传感器，远程控制系统和自动控制的移动运营商来共同组成的。移动机器人具有移动功能，您可以在危险，恶劣的环境，使用普通机器人的灵活性和机动性代替人的工作。随着经济和科技的快速发展，人类探索未知世界的梦想越来越激烈的快速发展，机器人的快速发展所取得的成就前所未有。 六七十年代，世界超级大国美国和苏联就已经发明了机器人，并且成功的探索了月球，并且取得了良好的效果。美国3号“探险家” ，很顺利在月球上完成任务，包括挖沟，越障等。同时，苏联的“月球人” 20日到达月球表面，其携带的凿岩机所配备的完全智能化使其平稳着陆并且进入土壤和岩石后收集样品，并成功的带回地球1。当在20世
15、纪70年代初，早稻田大学开发了一种两足步行机器人，它具有很多特殊的功能，这些机器人可以适应许多复杂的环境且不受外部环境因素：诸如温度，空间，湿度，重力，磁场和辐射的影响。1.2发展概况 短短的20年时间，使得机器人的研究状态变得异常的活跃，而且还快速的发展，其关键原因在于：第一，机器人在各个领域的应用范围逐渐的在变宽。其次，它是科学和技术的世界，机器人的广泛传播，与人类不断地探索未知的世界，都使得机器人充满了巨大的潜力。机器人的作用日益突进，对人类的生活显得越来越重要，安全与稳定成为了评估机器人的标准之一，所以提高机器人的产量和质量已成为这一阶段的一个不可缺少的手段，截至到目前，对具有步行分割
16、体的机器人在地面上主要分为三种类型履带式，足式和轮式。这三中都有各自的特点2。（ 1 ）履带式。第一次出现在坦克和装甲车，后来逐渐应用到组织在地面上，因为履带机制可以很容易地越过沟壑，并穿越障碍，通过沟渠，常应用于复杂地形侦察和探索，比较其承载能力强，但履带的结构导致了其操作不灵活。（ 2 ）足式。步行机器人的适应比较强，特别是多足机器人，可以轻松跨越的步骤和一些障碍，但作用并不一致的能力，速度慢，控制比较复杂，比较难以实施。其足式机器人又可以从移动行走上大致可分为两类：静态和动态行走机器人。（ 3 ）轮式。四轮移动机器人尤其明显的几个特点，一：操作简单，二：稳定，三：结构轻巧，四：移动速度迅
17、速且灵便容易操控。常适用于行走在平坦的地面，移动速度快，但其越障能力比较弱。随着科技的发展和进步，悬架系统和四轮底盘的出现，使得车轮机器人可以很容易地适应不平坦的地形，这里的越野能力也得到了大大提高的时代。1.3在国内外研究现状1.3.1国外研究 机器人技术的发展是一个20年代中期在上个世纪的伟大发明。从20世纪60年代，日本，法国，美国，俄罗斯和其他一些国家航空领域竞争比较激烈。美国曾经在66-68年，就发射无人月球探测器两次游行，都成功了。美国“在20月”降落在月球表面，在无人操作的情况下，行走，切割坚硬的岩石，成功的把土壤和岩石样本搜集到收容器成功的带回地球。 1997年，火星上的美国旅
18、居月球车再次登上。虽然这只是一个很小的载荷示范车，但它依赖于先进的技术，再次证明了火星车的性能，并成功完成了一系列的实验。 农历2004年2月的一天，美国“机遇”号探测器， “勇气”号探测器成功的登上了火星。2007年，喷气推进实验室已成功研制出月球车，该车六条腿，每片含六个轮子，能够独立操作，独立完成自己的角色，越障性能，环境适应性强，使其有一个质的提高的。1959年到1976年短短不到20年期间，苏联在高科技的配合下，成功的完成两个月球车相继发射的实验3。然而，第二汽车（月球车- 2 ）完成的最出色。 2车共为近四个月，行驶约37公里，与此同时日本和欧洲，也对流动站做了很多深入的研究，还开
19、发了汽车的几个原型，但尚未落地。 其中在第二次世界大战期间的军事，德国已经开发了数以千计的远程无人机拥有全制动缸自爆，在战争中起到了至关重要的作用。最近的阶段期间，美国为了能够长期的维持自己在世界上的霸权地位，十分重视在智能机器人探索上的研究，并已经成功的开发出了军队智能化的条件。智能移动机器人在现代战争和反恐的过程中被应用。就在近阶段的阿富汗、伊拉克战争中，使用的智能鳄鱼战车就起到了至关重要的效果。近年来，美军已研制成功被称为“大狗”机器人，该机器人可以在战场上灵活的交付货物，并具有较强的稳定性。不管是什么样的地形，可以灵活地调整自己的平衡，从而达到越过障碍，顺利的任务目标。甚至影响到外面的
20、世界，也可以灵活地保持自己的平衡。1.3.2国内研究现状 如今，机器人的研究和发展进入了一个新的阶段，虽然与国外一些国家，还存在一定的差距，但在宏观的角度来看技术发展水平正欣欣向荣的快速发展，其中与政府的支持和投资基金是密切相关的，另一方面也为促使一些高校，科研机构开展调研轮式机器人做了铺垫的。很多高等大学也一直在研究，取得了一些成果。例如，清华大学的很多工作中的检测和在机器人探索火星表面的几何造型方面都进行了一系列的研究，同时也对这些技术需要进行深入的讨论。另外，国防大学做了相关的研究，并制定了测试车辆的样品，而且还分析和研究控制系统4。直至近日，我国的主要结果可分为以下几个部分：1 .上海
21、交通大学的研究人员建平等，首次提出月球机器人结构5的想法，并在粘接性能的同事研究了障碍物静态稳定和结构性能。前三个特征可以独立驱动，后两者从动轮，前轮驱动电机。2 .上海大学，开发出全系列的可越障车，轮的轮动可沿任何方向移动或旋转，向前移动可以以任意角度行走，而且能够跨越路径行进中遇到的障碍。3 .中国科技大学朱长同志，提出了一个机器人及其运动学建模和仿真 - 复合结构障碍的机器人。这个机器人是三个结构设计在一起，包括挂接腿，履带，车轮，并为后轮驱动，每个车轮由直流伺服电机驱动，由生产转向速度不佳来实现其功能的运动原理的复合材料。1.4背景及意义论文1.4.1背景 两千多年前，就开始用简单的木
22、制移动世界。直到近代，工业革命在世界上出现了第一个机器人，然后，机器人有不同的功能，在不同的领域，涉及方方面面，甚至进入了普通百姓家。机器人广泛的不同应用，这是我们意想不到的。 不同的机器人应用，不同的移动方式，这也使得我们研究的方向也开始有了很大的区别。但是，其基本的操作系统，应用程序，支架等，是大致相同的。这机器人研究方面，首先确定的是他们有着类似于人类的视觉、听觉、触觉的一些传感器。另外现代智能机器人的运行机制也分为很多分钟，例如：轮式，腿式，轮腿，和一些特殊类型等等。不同的结构设计，不同的机器人类型适合于不同的恶劣环境，要适应于平坦的的路面与沟壑之间的不同情况。现在的机器人不仅要满足这
23、些结构需要，更需要向前发展。在20世纪80年代，一种新型的体制适应和社会现代化已经成为机器人研究的一个重点：腿的风格。这个机器人是非常高的适应性。 与我们生活息息相关的应用最为广泛的是轮式机器人，其灵活的运动形式与平淡路面的适应形势，使得其在生活中应用的最为广泛，其中最常见两种轮式移动机器人：一：两轮；二：四轮。如果在平坦的地面上，轮系机器人可以说是最佳的选择。并已为它的发展提供了成熟的技术在其他领域（如汽车行业）5 。1.4.2研究意义此次对于机器人的研究与改进，可以使得机器人的性能有个显著地提高，其中高流动性的机器人，适用于不同的环境，可以帮助人类进入人类所不能到达的领域，或者可以在环境中
24、生存的一些国防和民生领域，其中在国家高度反恐的号召与行动中也起到了显著作用。适用于宽范围的移动机器人，但总可分为三个区域:（ 1 ）对于军方调查，以及一些排斥的危险我们国家大部分为山区，平原，其环境因素，决定了军事侦察机器人的重要作用，侦查机器人不仅可以控制快速完成任务并迅速融入不同的环境，而且在人类所不能企及的一些领域，出色完成任务。另外凭借其优秀的环境适应能力，也为军事行动提供了一个快速的，良好的一个平台，可以非常快捷的到达目的地6。例如，我们安装在机器人上行程表，GPS电子地图， GPS电子导航，电子狗等等，都可以被布置成使得所述机器人完成任务准确人类迅速和容易。（ 2 ）对于任务的检测
25、和航空航天方面的危险检测越障性能优异的智能机器人，使得它在考古学，洪水，干旱，山体滑坡等危险环境中也发挥了显著作用。对于古埃及金字塔的探索，现在已经利用古墓电力探索机器人来进行探索。除此之外，在大型工程建设一些方面，智能机器人维护大坝的安全以及随时准确的检测，都会对一些受损的桥墩和一些建筑物等进行快速有效的探测与评估。在制造业中，损坏的管道，排水渠，墙壁可以被检测，还可以根据地震人员伤亡与具体位置来配合救援工作。 国外很早就开始探索其他星球，其中月球和火星是人类研究的主要对象。但是，由于地球外环境因素，人类不能使直接检测和研究。出于这个原因，移动机器人成为探测地球外人类的重要手段。（ 3 ）快
26、速定位和导航的运输 在一个现代化的大都市，拥有大型购物商场，智能机器人已逐渐扮演导游，警察等角色。无需人类维护，就可以保持良好的法律和秩序的社会。现在的大型码头，都安装在系统中可以快速的进行AGE运输。其流程与一些路径规划，可以使得其程序运作良好，此外，他们可以根据多少自己的电力，及时快速的充电，进行不间断的，高效率的工作。 智能机器人其整体性能正朝着其他一些高性能，稳定，高安全性，性能，移动性和发展的灵活的方面。 移动机器人的发展，快速发展，取得了科学技术成果显着，社会地位也越来越重要，是人类不可缺少的主要工具之一。随着机器人的不断发展，其领域更广泛的延伸。对于一些人类很难完成的复杂任务，其
27、全部希望一般都寄托在智能机器人上。因此，全智能集环境、动态监测于一体的集成控制系统的研究和开发，这是势在必行，不可更改的。基于我们对传统的认知模型，可以清晰的了解人工智能机器人所拥有的控制系统结构，而且其基于符号的推理过程来逐渐的实现其现有要求的运行模式，达成要求，主要是在于环境之间的一些不可或缺的组成部分，从关注模型该模型的控制系统必须是准确的，并且符号是相同的。 反应控制系统使机器人适应某些非人类生存环境的迅速转变。任何一个系统不可能达到完美，都有着其自身的局限性，反应控制系统同样也是，其不具备记忆功能，信息不能直接的储存，也不能在其已有的知识基础上进行有效的学习，这种行为的控制，我们通常
28、称之为延长反应系统，它仅仅控制该协商类型之间的配方和终端之间的反应的一种简单方法。在基于这样的行为为基础的控制方法上，单一的控制系统对不同任务的分解方式不同，并且是同时进行，机器人任务的全部操作就是要把整成部分，成为基本的，简单的，一些行为单元则每个单元进行它们之间的协调。每个单位都有自己的小整体，有自己的感知系统的执行单元，构成感知和执行中的一个。机器人会根据自己的系统先后顺序，然后可以完成需要的不同任务。他的优势是，他的每一个单元的功能特性之一是相对于相对简单的传感器，并通过一些简单的信息处理可以很快得到了良好的经营业绩。因此，它是底层控制行为控制机器人的最佳选择。1.5论文的主要内容 本
29、文主要是对机器人的控制系统和结构设计进行的研究。主要的驱动机构是四轮驱动机构。即，直接连接到每个车轮与框架，它具有行走功能。体内装有一个大直径的车轮，使之能适应户外，草，沙子和其他的步行环境。配有独立的驱动控制可以在不跨越障碍，避障等功能转弯半径来实现。移动机器人的结构的设计。这包括机器人主体的行结构和尺寸。模块化设计（移动机器人）。主要在于机器人所具有的的环保意识，动态上的决策功能和规划上等一些多种的功能。普通机器人之间也存在着区别，主要的区别就是安装在机器人平台上的可动载体。另外，我们在移动机器人的设计上，应该遵循一系列的设计原则： 1：一般的机构应该很容易满足并快速拆卸，以方便我们平时的
30、测试，调试，维修等。2：给机器人未能及时组件的临时功能元件和一些传感器和其他特征留有一定的位置，以备将来在改进和扩展所安装的优先位置。3：角模块化设计，我们必须在每个功能模块设备之间隔开一定不能互相干扰。移动机器人的运动控制分析。为了成功地避开障碍物，机器人必须在转向性能的自主权和灵活性。因此，机器人的操纵性能是它能够适应地面的能力的一个重要方面。2 轮式机器人的运动控制21 移动机器人控制系统设计 本次设计的论述移动机器人为以STC12C-5408AD为控制核心的后驱四轮机器人。最前端为信号采集模块，主要功能是:线标志的读取，前轮上的万向轮主要负责转向功能，后轮是主要功能是驱动力，为机器人提
31、供动力，另外，应该采用差速机构进行驱动，且电源为直流电源。2.1.1 原理单片机系统是一种基于信号采集模块平台上的，对路面一些标记信号精准的读取，然后由虚拟量直接快速的转换为机器系统本身能够有效识别的数字信号，然后再经过智能信息化处理，输入到单片机中，之后单片机可以通过我们己经写入到了的程序，对其已经读取到的信号在进行进一步的判断，最后就可以通过驱动模块和转向控制模块来完成机器人的最后运动状态。重点是所采用的电机驱动模块需要采用直流电机来对我们的机器人进行驱动，另外还要注意调节电机之间的转速来进一步的实现机器人灵活转向。2.1.2 元器件的选择 本次设计主要实现信号采集与分析、直流电机控制两大
32、功能，但是单片机系统的运行程度决定了机器人的最终运动状态，机器人性能的好坏绝大部分取决于单片机的选择。采集信号我们需要AD转换接口，在于本次的设计中我们就选择了国产的单片机STC12C5408AD，是新一代单片机，速度是比较快的快，集成度也是比较高的。其多种功能与快速处理器于一体，同时还具有了ISP的功能，用户可以根据自己的需求，在自己目标的系统上，经过一系列的额串口与PC连接，就可以快速直接的由PC客户端对他进行 ISP下载编程，几秒钟的时间就可以完成7。关于电源问题，研究者在集成整个控制系统之前势必需要进行考虑的。控制系统在运行的过程中，其电机所消耗的电量要远远的大于控制系统的消耗，并且控
33、制系统在运行过程中，机器人出现的的加减速与一系列的拐弯动作这都会导致使用电压的不稳定，所以我们在设计与安装时，要使得电机驱动电源与控制系统电源相互独立互不干扰，对单片机系统设计一个独立核心供电系统，以便于勇来确保单片机能够充分的得到5V电源，用于正常的运转。 2.1.3 移动机器人在平台上的总体结构移动机器在功能上应具有以下的一些特点：能够在静态的条件下对路径由一个整体的规划，并且可以快速的控制机器人整体上的导航，很好的完成任务； 出现障碍物时，能做到识别并做出相应的避障反应； 主要的视觉系统能够对目标进行快速搜索与跟踪；并且可以辅助整体导航，对机器人前进的目标进行精确定位8。鉴于以上的研究目
34、标，提出如下总体设计要求： 1 机器人动作灵活，控制方便； 2采用模块化设计 3 感知能力要丰富，方便对其行为控制全面研究；4在保证功能实现的前提下，尽量减少系统硬件的成本；5便于扩展、调试、及维护。6根据由上述移动机器人的整体结构，从底层开发上述的设计要求被分为五个等级：主要分为用户级，决策控制层，感测/基础决策，运动人员。的层和层之间的通信有标准的物理层和协议层，这些层是高度可扩展的。2.1.4移动机器人硬件系统硬件包括一个移动机器人平台和无线通信系统中的组件，使用上，下两分布式控制系统结构。移动机器人平台的典型四轮机器人，前两个脚轮，两个独立的后轮驱动，后左和后右车轮安装直流电动机和电动
35、机控制器，移动机器人平台和攀登障碍物，三维空间，以提供一个导航平台。系统的硬件组件可以被分成三个模块：将电源和驱动器模块，传感器模块，控制计算机模块，并通过功能类别，机器人可分为用户级传感/控制子系统，智能决策系统等9。2.1.5移动机器人的电源和驱动模块 在移动机器人中使用的功率模块和功能模块的每个功能单元，主要内容有：对DSC （ TMS320F28335 ）函数在数据处理单元的运动控制代理功能ARM9的图像采集和处理单元和直流电机及检测驱动器和其他功能单元10。2.1.6移动机器人传感器系统 机器人的传感系统主要的任务是为了获取内外部工作信息，这是机器人感知决策和行动的不可或缺的三大要素
36、之一。感测的传感器单元的系统的硬件组件，其功能是提供外部环境，如视觉，力，触觉机器人，机器人本身可以感知的状态和位置。外部的传感器分为 24通道和光电开关，另外传感器模块上的还有超声波距离传感器，两个全景视觉摄像头，感觉与接近传感器，然而还一次提供了8个预留的标准接口11。我们所看到的传感器主板电源，主要的是由两针接口POWER输入之后，然后根据后来信号的分离分成两路，其中一路可以经过对保险管与TVS管进行有掉的恢复，从而为传感器系统提供24的电源，然而另一路则就直接的为PC提供一系列的电源电压供应。其中L1与L2分别是传感器、PC电源指示灯。 IP1D231 2 F1D24 RATT POW
37、ER1 IP2 1 212 SW 3A D22+C2C3 +F21000q/50V COMPUTER 3A BATOND图2.1电源输入以及简单保护电路2.2 移动机器人运动控制研究本文章所研究的四轮机构也像普通的机器人一样采用轮子，小腿，小支架的形式以及其他机构并存的情况下进行有效的运动。主要采用的是后轮驱动机构，前轮从动，二期前轮的作用仅为支架的作用，后轮驱动采用的是双电机驱动，主要控制轮子的转弯与角速度的有效控制，合理的完成转弯越障碍物等一系列复杂的任务。2.2.1 车体结构与运动学分析看下列结构图形，很明显的看到两后轮的双驱动装置，电机与电机之间互不干扰，电压稳定为直流电压，速度恒定输
38、出，而且随时可以根据需要调节电压的大小来控制其转速。前轮是从动轮，仅起到支撑的作用无向导功能12。图2.2 车体结构图 图2.3 车体运动路径 图3为车体运动路径示意图。O为坐标原点，也是车体运动的起始点，经过t时间后小车慢慢的运动A点.在这其中，Ex(t)、Ey(t)分别为小车在X方向上和Y方向上的位移；与W分别是小车的角位移和角速度。根据以上假设，可以推断出以下关系式： Ex= (1) Ey= (2) = (3)在允许的误差内我们可以认为，: cos=1 （4） sin= （5）两电机电压包的稳定是用来确保后轮中V（速度）是常量，即v=v0，则式（1），（2）和（3）可表示如下： Ex=v
39、0t （6） Ex= （7） = （8）推导出： n=knU+Cn （9）Kn、Cn是常数。根据上述公式可以推导出车体在转动时的角速度与后轮中点处的速度v0，： w=（N2-N1）D/W （10） v0=（N2+N1）D/2 （11）N1，N2为左右轮转速，D为后轮的直径，W是两后轮之间相对的距离。把式（9）分别代入式（10）与（11）中，可以得到 w=(（U2-U1）DKn)/W （12） V0=(（U2+U1）DKn)/2+DCn （13）其中U2和U1为小车左轮和右轮的输入电压。由式（13）可知，假如车体后面的两轮的各电机输入的电压之和是常数，从而推导出速度V0也是常数。假设车运动时，会
40、产生瞬时的角速度，那么其运转所需要电压差应该为U2-U1=W/(DKn)= u （14）若使： U1=U-u/2 U2=U+u/2 （15）据上面公式推得： 2U =U2+U1 （16）。 系统的运动，暂且不研究位移，只需要小车可以按照指定的路线运动就可以，往复运动，只要求Ey=0即可.结合(7),(8)，(14)公式，经过拉格朗日变换得出: Ey=V0/S （17） =/S （18） U=W/(DKn) （19）如结构示意图：图2.4 系统结构 四轮机器人设计时主要考虑在爬坡过程中,对机器人运动性能的影响因素。主要因素有:机器人的重心、行驶阻力、附着条件等。四轮机器人结构为对称的结构，重心在
41、其几何重心。在对机器人驱动系统计算和驱动电机选型时充分考虑到爬坡时的驱动力矩问题。在设计的爬坡能力的基础上，电机的驱动力矩大于滚动阻力与机器人重力在斜坡角度上的分力之和。即： (20)Fi为驱动电机的驱动力矩。由上述分析可知，机器人轮胎与运动面的最大静摩擦系数决定了机器人可爬越的最大角度，而电机的特性和坡度的大小，决定了机器人爬坡过程的最大加速和爬坡的快速性。根据橡胶与木材的摩擦系数=0.7，由 (21) 得出=35 四轮机器人在最大爬坡能力小于35 出于以上爬坡能力的要求，对此我们需要进一步对机器人进行爬高台的运动进行分析，从而全面要求机器人在越障方面有一些更高的性能水平。 当机器人最大限度的爬越高台，机器人行走机构与水平地面形成的俯仰角的极限角为， 如图5所示，机器人理论上的跨越极限高度 H 为： (22) L为四轮机器人的轴距； 由图5得出：在轮胎能爬上高台的条件下，轴距L越长，机器人跨越极限的高度越高，稳定性越好。 根据图示运用直观法不难看出，小车爬坡与爬高的能力大小与其轮胎的大小好坏也有很大的关系，在进行设计时需要把轮胎的外在影响因素记
