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全轮转向移动底盘设计及运动控制研究

芮宏斌 张森 闫修鹏 解晓琳 黄川 曹伟 李路路

芮宏斌,张森,闫修鹏, 等. 全轮转向移动底盘设计及运动控制研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1352-1361 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200497
引用本文: 芮宏斌,张森,闫修鹏, 等. 全轮转向移动底盘设计及运动控制研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1352-1361 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200497
RUI Hongbin, ZHANG Sen, YAN Xiupeng, XIE Xiaolin, HUANG Chuan, CAO Wei, LI Lulu. Design and Motion Control of an All Wheel Steering Mobile Chassis[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1352-1361. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200497
Citation: RUI Hongbin, ZHANG Sen, YAN Xiupeng, XIE Xiaolin, HUANG Chuan, CAO Wei, LI Lulu. Design and Motion Control of an All Wheel Steering Mobile Chassis[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1352-1361. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200497

全轮转向移动底盘设计及运动控制研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200497
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金项目(51905154)与陕西省技术创新引导专项(2018ZKC-160)
详细信息
    作者简介:

    芮宏斌(1978−),副教授,硕士生导师,研究方向为特种移动机器人设计,车辆动力学与控制,Hongbin.rui@126.com

    张森:

  • 中图分类号: TG156

Design and Motion Control of an All Wheel Steering Mobile Chassis

  • 摘要: 为实现轮式移动机器人灵活运动的同时提升其环境适应能力,本文提出一种移动底盘结构,采用双功率差速系统实现不同模式动力的分配;采用特殊结构完成四轮独立转向,使底盘转向更加轻松,并实现了转向过程的纯滚动;采用平衡摇臂调整机构来调整底盘摆臂与本体的运动,利用摆臂转动来实现对起伏路面的自适应,加强了底盘的越障能力;分析了移动底盘原理,据此设计对应控制策略,在此基础上加入偏差耦合控制模块,提高多电机转向时的同步协调性能,利用MATLAB仿真验证了控制模块所起到的作用,并对实验样机及控制系统进行了搭建与测试。测试结果表明,本文所提出的结构原理正确可行,底盘越障能力较强,在野外环境也有很强的适应能力。
  • 图  1  底盘结构

    图  2  底盘动力总成

    图  3  左侧摆臂动力传递

    图  4  电机的3种驱动模式

    图  5  摆腿转向示意图

    图  6  平衡摇臂调整机构

    图  7  底盘越障过程

    图  8  4WS转向模式

    图  9  4WS模式下内、外侧摆腿角度关系

    图  10  蟹型模式

    图  11  原地转向模式

    图  12  底盘运动示意图

    图  13  转弯过程中主、副电机转速协调曲线

    图  14  底盘4个转向电机的偏差耦合控制模块

    图  15  第一台电机的转速误差补偿反馈模块

    图  16  加入偏差耦合控制模块前后同步效果对比

    图  17  样机测试

    表  1  某一时刻3种运行模式对应角度实测

    运行模式 摆腿内侧角度/(°) 摆腿外侧角度/(°)
    4WS模式 19.96 13.78
    蟹型模式 14.92 14.96
    原地转向 56.84 56.88
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  • 收稿日期:  2020-12-09
  • 刊出日期:  2022-09-05

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