CN108919801A - 一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置 - Google Patents

一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108919801A
CN108919801A CN201810696854.6A CN201810696854A CN108919801A CN 108919801 A CN108919801 A CN 108919801A CN 201810696854 A CN201810696854 A CN 201810696854A CN 108919801 A CN108919801 A CN 108919801A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mecanum wheel
speed
motor
control unit
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810696854.6A
Other languages
English (en)
Inventor
胡玲艳
刘让宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University
Original Assignee
Dalian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University filed Critical Dalian University
Priority to CN201810696854.6A priority Critical patent/CN108919801A/zh
Publication of CN108919801A publication Critical patent/CN108919801A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

本发明公开了一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，包括：控制单元、稳压模块、电源模块、陀螺仪、电机电子调速器、无线传感单元、遥控器、无刷减速电机和麦克纳姆轮；所述控制单元的输入端与稳压模块电连接，该稳压模块还与电源模块电连接，所述控制单元分别与陀螺仪，电机电子调速器和无线传感单元电连接，所述无线传感单元通过无线方式连接于遥控器，所述电机电子调速器通过无刷减速电机与麦克纳姆轮电连接。本申请结构原理简单、设计巧妙、能精准的矫正麦克纳姆轮运动方向。

Description

一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置
技术领域
本发明涉及一种运动方向矫正装置，具体说是一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置。
背景技术
麦克纳姆轮相对于全向轮最大的区别是它的轮辊安装不是90°而是呈45°。因此一些以麦克纳姆轮为底盘的运动装置可以实现横移、前行、旋转、斜行及其组合运动方式，且需要对每个轮子进行精确的控制并相互配合才能发挥出麦克纳姆轮全向底盘的全向特点。由于麦克纳姆轮的装配误差以及各个电机的细微差异，运行中所受摩擦力不同等各种因素，底盘会慢慢偏离最初设计的运行方向，因此需对角度进行测量并对方向进行实时的矫正，当因各种外界因素导致底盘偏离设定方向时能够自动调整回来。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其结构原理简单、设计巧妙、能精准的矫正麦克纳姆轮运动方向。
为实现上述目的，本申请的第一种技术方案为：一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，包括：控制单元、稳压模块、电源模块、陀螺仪、电机电子调速器、无线传感单元、遥控器、无刷减速电机和麦克纳姆轮；所述控制单元的输入端与稳压模块电连接，该稳压模块还与电源模块电连接，所述控制单元分别与陀螺仪，电机电子调速器和无线传感单元电连接，所述无线传感单元通过无线方式连接于遥控器，所述电机电子调速器通过无刷减速电机与麦克纳姆轮电连接。
优选的，所述无线传感单元为2.4G无线模块。
优选的，控制单元与电机电子调速器通过CAN通信方式控制无刷减速电机及读取无刷减速电机的实时转速，所述无刷减速电机用于驱动麦克纳姆轮。
优选的，陀螺仪作为测量角速度的传感器，对陀螺仪进行积分即可得到角度。
优选的，每个轮子的速度环之外再加上一个方向环组成一个方向-速度串级系统。
进一步优选的，外环即方向环根据当前读取的陀螺仪数据处理出的角度与设定角度相比较通过外环PID控制器输出底盘车轮需要加/减的速度；在内环中，根据设置的速度，计算出每一个轮子理论上需要的速度分别加上外环输出的速度，再通过内环PID控制器进行调控，最终输出给控制单元，该控制单元与电机电子调速器进行can通信使得麦克纳姆轮实现了任意方向移动+方向控制。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1、通过控制单元与电机电子调速器CAN通信控制电机及读取电机的实时转速，从而简化了控制电路；
2、控制单元在基于麦克纳姆轮全向移动的基础上加入了陀螺仪对其进行方向矫正；
3、陀螺仪作为测量角速度的传感器，对陀螺仪进行积分就能得到角度。对于底盘来说，在四个轮子的速度环之外再加上一个方向环组成一个方向-速度串级系统。
附图说明
图1为一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置结构框图；
图2为方向-速度串级系统原理图；
图3为实施例中整辆车受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本专利做进一步的描述说明。
请参阅图1，本发明提供一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置：包括控制单元，所述控制单元的输入端与稳压模块电连接，且稳压模块与电源模块电连接，所述控制单元分别与陀螺仪，电机电子调速器和无线传感单元电性连接，且无线传感单元无线连接于遥控器，所述电机电子调速器与无刷减速电机电连接从而驱动麦克纳姆轮。所述稳压模块可以采用LM1117，控制单元可以采用STM32F407,陀螺仪可以采用MPU6050，CAN通信模块可以为TJA1050。
本发明的工作原理：由电源模块进行供电，经过稳压模块稳压后给控制单元进行供电，控制单元会去接收来自遥控器的移动指令、然后通过与电机电子调速器进行CAN通信后给电机电子调速器发送移动指令，从而使得无刷减速电机驱动麦克纳姆轮执行相关的灵活移动，但也正是由于麦克纳姆轮的灵活性，导致麦克纳姆轮的控制与普通的车轮完全不同，需要对每个轮子进行精确的控制并相互配合才能发挥出麦克纳姆轮全向底盘的全向特点。但是又由于麦克纳姆轮的装配误差以及各个电机的细微差异、运行中所受摩擦力不同等各种原因，底盘慢慢会偏离最初设计的运行方向，因此需要引入陀螺仪对角度进行测量并对方向进行实时的矫正，当因各种外界因素导致底盘偏离设定方向时能够自动调整回来。陀螺仪作为测量角速度的传感器，对陀螺仪进行积分就能得到角度。对于底盘来说，可以在四个轮子的速度环之外再加上一个方向环组成一个方向-速度串级系统。首先由外环即方向环根据当前读取的陀螺仪数据处理出的角度与设定角度相比较通过外环PID控制器输出底盘车轮需要加/减的速度。在内环中，根据设置的速度，计算出每一个轮子理论上需要的速度再分别加上外环输出的速度，再通过内环PID控制器进行调控，最终输出给通过让控制单元与电机电子调速器进行can通信使得麦克纳姆轮实现了任意方向移动+方向控制。所述方向移动+方向控制，是通过以下方式获得的：
设定每个麦克纳姆轮运行时候的速度一样，由于辊子呈45°，则可得竖直方向(从上往下看，下同)与垂直方向上的分力是一样的，那么通过不同轮子运动方向的组合可以得到10种运行方式，分别为向前、后退、向左平移、向右平移、左前45°、右前45°、左后45°、右后45°、原地向左旋转、原地向右旋转；
而若推广到平面上进行任意角度的平移则可通过以下方式推出：假设1、2、3和4号轮子的速度分别为V1、V2、V3、V4，底盘最终合成速度为V,与Y轴夹角为α，且V1＝V4，V2＝V3。则通过对整辆车受力分析可以得到如图3所示。
显然：
Vx＝(V1+V4)-(V2+V3)＝2(V1-V2)
Vy＝(V1+V4)+(V2+V3)＝2(V1+V2)
又平移的角度为α，因此可得：
因假设为V1＝V4，V2＝V3，因此上式中V1可替换为V4。V2，V3同理。取特殊情况验证：
(1)当α＝0°/α＝180°时，通过上式计算可得到V1＝V2＝V3＝V4若速度为正即为前进，若速度为负即为后退。
(2)当α＝45°时，由上式可得V2＝V4＝0，而V1＝V3为任意速度即对应左上45°方向，同理其他3个45°方向上的平移均可验证。
(3)当α＝90°时，因tan 90°->+∞所以可推得极限即V1＝V4＝-V2＝-V3，且V1-V2>0可最终得V1＝V4正转，V2＝V3反转且转速相同，对应向左平移。向右平移也同理可推。
所以使用推导出的公式可以使得车子向平面内任意一个角度平移，且最终控制是通过调控底盘电机的转速来实现，而电机的转速是相对比较容易控制的，无论是普通的电机PID调节还是模糊控制等各种方法都能对电机的转速精确调节，使用上面推导出的公式，只需要设置1组位于底盘对角线上的轮子的转速以及要平移的方向，就能计算出另一组轮子所需要配合的转速从而大大简化的底盘的控制方式。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其特征在于，包括：控制单元、稳压模块、电源模块、陀螺仪、电机电子调速器、无线传感单元、遥控器、无刷减速电机和麦克纳姆轮；所述控制单元的输入端与稳压模块电连接，该稳压模块还与电源模块电连接，所述控制单元分别与陀螺仪，电机电子调速器和无线传感单元电连接，所述无线传感单元通过无线方式连接于遥控器，所述电机电子调速器通过无刷减速电机与麦克纳姆轮电连接。
2.根据权利要求1所述一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其特征在于，所述无线传感单元为2.4G无线模块。
3.根据权利要求1所述一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其特征在于，控制单元与电机电子调速器通过CAN通信方式控制无刷减速电机及读取无刷减速电机的实时转速，所述无刷减速电机用于驱动麦克纳姆轮。
4.根据权利要求1所述一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其特征在于，陀螺仪作为测量角速度的传感器，对陀螺仪进行积分即可得到角度。
5.根据权利要求1所述一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其特征在于，每个轮子的速度环之外再加上一个方向环组成一个方向-速度串级系统。
6.根据权利要求1所述一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置，其特征在于，外环即方向环根据当前读取的陀螺仪数据处理出的角度与设定角度相比较通过外环PID控制器输出底盘车轮需要加/减的速度；在内环中，根据设置的速度，计算出每一个轮子理论上需要的速度分别加上外环输出的速度，再通过内环PID控制器进行调控，最终输出给控制单元，该控制单元与电机电子调速器进行can通信使得麦克纳姆轮实现了任意方向移动+方向控制。
CN201810696854.6A 2018-06-29 2018-06-29 一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置 Pending CN108919801A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810696854.6A CN108919801A (zh) 2018-06-29 2018-06-29 一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810696854.6A CN108919801A (zh) 2018-06-29 2018-06-29 一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108919801A true CN108919801A (zh) 2018-11-30

Family

ID=64423138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810696854.6A Pending CN108919801A (zh) 2018-06-29 2018-06-29 一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108919801A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112596375A (zh) * 2020-12-11 2021-04-02 太原科技大学 一种用于目标跟踪的全向移动平台系统及控制方法
WO2021069292A1 (de) * 2019-10-08 2021-04-15 Kuka Deutschland Gmbh Verfahren zum betreiben eines autonomen fahrzeugs, autonomes fahrzeug und computerprogrammprodukt
CN114932963A (zh) * 2022-04-22 2022-08-23 广州大学 一种狭窄环境用高精度全向平行移动智能侦测小车

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1878681A (zh) * 2003-09-08 2006-12-13 Gls车轮有限责任公司 车轮旋转组件
CN103777629A (zh) * 2013-09-05 2014-05-07 武汉汉迪机器人科技有限公司 自导向运载平台及该运载平台导航控制方法
CN104216406A (zh) * 2013-06-05 2014-12-17 中国石油天然气集团公司 一种四轮驱动全向底盘的控制装置及控制方法
CN105302141A (zh) * 2015-11-11 2016-02-03 江苏省特种设备安全监督检验研究院 基于Mecanum轮的全方向移动射线源端机器人同步跟踪方法
CN105867375A (zh) * 2016-04-12 2016-08-17 上海应用技术学院 一种服务机器人的行走控制系统及其控制方法
CN107608348A (zh) * 2017-09-04 2018-01-19 上海圭目机器人有限公司 一种自主式标线机器人系统及标线方法
CN107807646A (zh) * 2017-11-15 2018-03-16 东莞市松迪智能机器人科技有限公司 一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1878681A (zh) * 2003-09-08 2006-12-13 Gls车轮有限责任公司 车轮旋转组件
CN104216406A (zh) * 2013-06-05 2014-12-17 中国石油天然气集团公司 一种四轮驱动全向底盘的控制装置及控制方法
CN103777629A (zh) * 2013-09-05 2014-05-07 武汉汉迪机器人科技有限公司 自导向运载平台及该运载平台导航控制方法
CN105302141A (zh) * 2015-11-11 2016-02-03 江苏省特种设备安全监督检验研究院 基于Mecanum轮的全方向移动射线源端机器人同步跟踪方法
CN105867375A (zh) * 2016-04-12 2016-08-17 上海应用技术学院 一种服务机器人的行走控制系统及其控制方法
CN107608348A (zh) * 2017-09-04 2018-01-19 上海圭目机器人有限公司 一种自主式标线机器人系统及标线方法
CN107807646A (zh) * 2017-11-15 2018-03-16 东莞市松迪智能机器人科技有限公司 一种麦克纳姆轮子全方向运行的控制装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郑仁辉: "麦克纳姆轮全向机器人移动平台的设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库·信息科技辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021069292A1 (de) * 2019-10-08 2021-04-15 Kuka Deutschland Gmbh Verfahren zum betreiben eines autonomen fahrzeugs, autonomes fahrzeug und computerprogrammprodukt
CN112596375A (zh) * 2020-12-11 2021-04-02 太原科技大学 一种用于目标跟踪的全向移动平台系统及控制方法
CN112596375B (zh) * 2020-12-11 2024-04-26 太原科技大学 一种用于目标跟踪的全向移动平台系统及控制方法
CN114932963A (zh) * 2022-04-22 2022-08-23 广州大学 一种狭窄环境用高精度全向平行移动智能侦测小车
CN114932963B (zh) * 2022-04-22 2023-10-20 广州大学 一种狭窄环境用高精度全向平行移动智能侦测小车

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108919801A (zh) 一种麦克纳姆轮全向底盘运动方向矫正控制装置
CN105607653A (zh) 云台控制方法和系统
CN104875890B (zh) 四旋翼飞行器
CN104469292B (zh) 一种姿态自校正云台摄像机控制装置及其方法
CN108656112B (zh) 一种面向直接示教的机械臂零力控制实验系统
CN206162197U (zh) 一种两轮自平衡蓝牙智能小车
CN205384727U (zh) 遥控器、可移动平台、可移动平台系统及无人飞行器
CN103646004B (zh) 模块化缩微智能车硬件系统及构造缩微智能车的方法
CN206988781U (zh) 一种手持云台
CN104175308A (zh) 自主服务机器人
CN207718226U (zh) 一种两轮自平衡小车自动跟随系统
CN205087089U (zh) 一种基于无线控制的双轮自平衡小车
CN104503473B (zh) 一种惯性稳定控制器
CN107284551A (zh) 一种适用复杂地形的探测机器人
WO2018195771A1 (zh) 用于驱动电机转动的控制方法、电子调速器、动力套装和无人飞行器
CN105329694A (zh) 一种纠偏控制方法、控制器及纠偏控制系统
CN105680736A (zh) 一种基于偏航角的双电机速度同步及平衡控制方法
CN110096056A (zh) 一种基于无人机平台的智能车探测系统及其控制方法
CN107831667A (zh) 康复步行训练机器人的补偿人机互作用力的跟踪控制方法
CN109085855A (zh) 一种传感器位置调整装置、系统、调整方法及车辆
Shimada et al. Mecanum-wheel vehicle systems based on position corrective control
CN107703762A (zh) 康复步行训练机器人的人机互作用力辨识及控制方法
CN105479431A (zh) 惯性导航式机器人示教设备
CN105549610A (zh) 一种无人机控制系统
CN108415429A (zh) 一种球上自平衡移动机器人

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181130

RJ01 Rejection of invention patent application after publication