《智能机器人创新设计》 课件 第5章 机器人运动行驶.pptx

第5章机器人运动行驶智慧物流系统：从设计到实现

教学内容CONTENTS3电机驱动2电机原理4PID控制算法1物流机器人运动方式

3章节目标掌握物流机器人的结构设计及其运动方式；了解直流有刷电机的构成与基本控制原理；学习并掌握直流有刷电机的控制算法。

41物流机器人运动方式移动机器人的分类①移动机器人按照移动方式可分为轮式机器人、履带式机器人、腿式机器人等；②移动机器人按照移动特性又可分为非全方位移动机器人和全方位移动机器人两类。物体在平面上的移动可产生前后、左右和自转3个自由度的运动。若所具有的自由度少于3个,则为非全方位移动机器人；若具有3个自由度，则称为全方位移动机器人。物流机器人属于轮式移动机器人，它的结构主要有三轮结构、四轮结构、全方位移动结构。

51物流机器人运动方式轮式结构三轮结构：包括后轮驱动、前轮转向、前轮转向兼前轮驱动及两轮差速驱动，能实现移动机器人的自由运动；四轮结构：主要是四轮驱动及转向，全方位移动机构主要包括麦克纳姆轮及舵轮独立转向。本书中的物流机器人采用的是两动力轮和两万向轮的四轮结构。

6物流机器人底盘结构物流场地的导引线均为直线，因此物流机器人的运动方式比较单一，运动方式只有前进、后退、原地转向90度或180度。物流机器人在运动结构设计上采用了双轮差速驱动的结构设计，两个动力轮在机器人底盘的中间位置，前后设计可辅助万向轮进行平衡。双轮差速驱动系统，差速的动力轮直接与减速电机相连，结构简单，控制起来十分得方便。1物流机器人运动方式

71物流机器人运动方式物流机器人运动控制一、行走控制物流机器人中用到的双轮行走控制只要求直线行走，因此控制两个轮子同时向同一个方向转动即可。

81物流机器人运动方式物流机器人运动控制二、转向控制物流机器人中用到的转向控制只要求原地转向，因此控制两个轮子同时向不同方向转动即可。

92电机原理直流有刷电机物流机器人使用了有刷直流减速电机作为行走的动力电机，电机型号为JGA12-N20，该型电机由减速箱、电机和编码器三部分组成。JGA12-N20型直流有刷减速电机

102电机原理直流有刷电机①由直流电驱动的电机即为直流电机。②有刷电机源自于电机的组成原理。直流减速电机由以下几项构成：定子、转子和机座。定子是电机磁场静止的部分，在所使用到的电机中即为和外壳固定在一起的两块磁体部分。转子即电机工作时转动的部分，在所使用的电机中即为绕有线圈的铁芯。机座部分是用来固定供电的电刷。

112电机原理直流有刷电机有刷电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换向器和电刷来完成的。有刷直流电机结构及工作原理

122电机原理直流有刷电机①有刷直流电机有着众多的优点，结构简单、造价便宜，只需施加直流电压即可使电机转动，调压调速方便，反转电压极性会即刻反转旋转方向，低速时可输出高扭矩。②有刷直流电机也有显著的缺点，由于电刷的磨损，使用寿命较短，并且电刷和换向器在转动时会产生电弧，导致大量的电气噪声进入控制系统，这对于在同一系统中工作的微控制器或传感器容易造成极大的干扰。换向器之间的物理接触意味着两个部件之间存在摩擦，摩擦产生的热量限制了电机转动，因此，电机的转动速度不能过快。

133电机驱动直流电机的调速方式①改变电机两端的电压②改变磁通量③串入调节电阻由于经济性和适用性的原因，变电压调速是最常用的方法。在电机的控制中，不仅需要控制电机的转速，还需要控制电机的旋转方向，这个时候就需要用到脉宽调制（PWM）和H桥两种技术的搭配。

14H桥的接法把电机接到1,2,3,4四个开关的中间位置，这个时候4个开关和电机刚好组成1个H字母的样子，因此叫做H桥。3电机驱动

15电机正向转动3电机驱动当把开关1和4闭合，保持开关2和3断开的时候，电机就接入了回路中，电流流过电机开始向一个方向转动，这种电流流向被定义为正向转动。

16电机反向旋转3电机驱动当把开关2和3闭合，保持开关1和4断开的时候，电机接入了反向回路中，电流流过电机开始向另一个方向转动，这种电流流向被定义为反向转动。

17H桥的接法需要注意的是同一侧的两个开关不能同时闭合，如果同时闭合会造成短路，直接烧坏电源。仅仅利用开关的闭合只能控制电机的旋转与停止，无法控制速度。3电机驱动

18实际使用的H桥电路电机是感性元件，由于线圈内的电流不会随着外部电压的消失而瞬间消失，因此可以通过控制开关闭合和断开的频率及控制导通的时间，达到等效控制电压的目的。由于需要的频率很高，在KHz级别，因此开关就不适用了，这时候把开关换成MOS管，可支持较高的开关频率，这样就形成了电机驱动的基本H桥电路。3电机驱动

19实际使用的H桥电路H桥