淺談自主移動機(jī)器人運動控制與協(xié)調(diào)方法研究

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的穩(wěn)步快速提高，自動化技術(shù)在各行各業(yè)都已經(jīng)實現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，自主移動機(jī)器人也在我們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活中發(fā)揮了其優(yōu)勢，為我們的生活帶來便利。但是與此同時，自主移動機(jī)器人的運動控制與運動協(xié)調(diào)方法也必須引起我們的重視，本文將將簡要分析自主移動的運動控制與協(xié)調(diào)方法。

關(guān)鍵詞：自主移動機(jī)器人；運動控制；運動協(xié)調(diào)

自主移動機(jī)器人是一種具有高智能化特點的機(jī)器人設(shè)備。任何機(jī)器人設(shè)備的運動系統(tǒng)都是其非常重要的組成部分之一。自主移動機(jī)器人運動系統(tǒng)的可控性、協(xié)調(diào)性程度將直接影響機(jī)器人整體的功能。因此，在開發(fā)研制自主移動機(jī)器人時，設(shè)計師要將自主移動機(jī)器人的運動控制與調(diào)控系統(tǒng)作為重點研究對象。下面，本文將結(jié)合作者自身多年從事自主移動機(jī)器人研究經(jīng)驗，談一談有關(guān)自主移動機(jī)器人運動控制與協(xié)調(diào)方法。

1 自主移動機(jī)器人的分類

隨著科學(xué)技術(shù)水平的飛速發(fā)展，自主移動機(jī)器人的研發(fā)已經(jīng)成為各國在新時期的重點研究項目，并且在許多領(lǐng)域也都引用了自主移動機(jī)器人來協(xié)助人們完成一些無法輕易完成的工作。而自主移動機(jī)器人根據(jù)其工作環(huán)境、移動方式以及功能都可以分為不同的種類，下面將根據(jù)自主移動機(jī)器人的移動方式進(jìn)行簡單介紹：①輪式運動機(jī)器人：輪式運動機(jī)器人是最為常見的自主移動機(jī)器人，小到家庭用的輪式掃地機(jī)器人，大到無人駕駛的汽車等，這種機(jī)器人的用途也十分廣泛，如運載貨物，代替人工完成短途運輸?shù)?；②履帶式運動機(jī)器人：這一類機(jī)器人由于其運動方式是依靠履帶傳動完成，因此這種機(jī)器人可以在許多極端路況運行并且其載重量也遠(yuǎn)超輪式運動機(jī)器人，這也使得這類機(jī)器人通常在軍隊的物資運輸、掃雷工作中出現(xiàn)；③腿式運動機(jī)器人：這一類機(jī)器人是近幾年才研發(fā)出的一類仿生類機(jī)器人，其運動方式大致與人或者動物的運動方式相同，而這類機(jī)器人通常是出現(xiàn)在仿人體學(xué)機(jī)器人中。

2 自主移動機(jī)器人運動控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計

電機(jī)驅(qū)動模塊所選擇的電路為L298N，這是集成電路的一種，且這種集成電路在設(shè)計上選擇的是雙H橋式，這使其具有較高電壓和較大電流功率。這種集成電路由線圈、繼電器以及步進(jìn)電動機(jī)與直流電動機(jī)等幾部分構(gòu)成，并主要負(fù)責(zé)電感性負(fù)載。電機(jī)驅(qū)動模塊在外部設(shè)計上選擇Multiawatt塑料材質(zhì)為其封裝，其內(nèi)部包括四種推免式驅(qū)動器，并且這四種推免式驅(qū)動器并不是相互依靠組成一個整體來運作，而是各推免式驅(qū)動器獨立進(jìn)行運作。

2.2 數(shù)字化羅盤設(shè)計

要確保自主移動機(jī)器人運動方位的準(zhǔn)確性就必須做好機(jī)器人的定位設(shè)計，除了給機(jī)器人安裝光學(xué)傳感器和力學(xué)傳感器以外，還要給機(jī)器人安裝數(shù)字化羅盤。為了使自主移動機(jī)器人的方位運動更精確，要做到羅盤可以實時的傳送機(jī)器人運動信息，并且要最大程度上降低磁場等外界因素的干擾，而TDC3類型數(shù)字化羅盤相比于其他類型羅盤更加符合自主移動機(jī)器的一系列要求。除此之外在對羅盤進(jìn)行安裝時，要將羅盤安裝在自主移動機(jī)器人的頂部以及中心部位，從而避免由于機(jī)器人自身所產(chǎn)生的誤差。

2.3 自主移動機(jī)器人運動定位設(shè)計

要完成對自主移動機(jī)器人的遠(yuǎn)程操控就必須做好對自主移動機(jī)器人所處位置信息采集接收以及發(fā)送的設(shè)計，因此，可以在自主移動機(jī)器人身上安裝GPS系統(tǒng)，通過GPS系統(tǒng)發(fā)出的位置信息完成對機(jī)器人的運動指令。

3 自主移動機(jī)器人運動控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計

自主移動機(jī)器人的運動控制系統(tǒng)是決定機(jī)器人能否正常工作的基礎(chǔ)也是機(jī)器人的核心組成部件。在選擇操作系統(tǒng)時大多數(shù)設(shè)計師都會選擇window0XP，而程序開發(fā)系統(tǒng)則是C++。在運動控制系統(tǒng)中，還可以通過CRobol-ActionCui系統(tǒng)來完成機(jī)器人通過運動指令完成運動信息的采集。例如在依靠空氣動力飛行的自主移動機(jī)器人運行時可以下達(dá)升起、懸停、降落等指令。

4 自主移動機(jī)器人運動控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

自主移動機(jī)器人的使用環(huán)境以及地理條件大多數(shù)時候都是極為復(fù)雜和苛刻的，并且自主移動機(jī)器人還要在這種環(huán)境中完成其工作任務(wù)，因此這不僅對自主移動機(jī)器人是一種挑戰(zhàn)，對于操控人員的操控技術(shù)也同樣是一種調(diào)整。為了解決特殊環(huán)境帶來的工作難度，設(shè)計師在設(shè)計自主移動機(jī)器人運動控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)時必須要做到不論在怎樣復(fù)雜的地理環(huán)境下，對自主移動機(jī)器人的運動軌跡以及行駛狀態(tài)都必須是平穩(wěn)行駛。其次為了應(yīng)對一些磁場較強(qiáng)的工作環(huán)境，設(shè)計師要加大自主移動機(jī)器人的抗干擾能力。自主移動機(jī)器人的工作環(huán)境存在著可變性以及多樣性的特點，所以也同時具備較為復(fù)雜的動力學(xué)特性，對于相關(guān)的運動控制算法要求也比較高。

所以這就要求相關(guān)的開發(fā)者和科技人員應(yīng)當(dāng)以自主移動機(jī)器人的運動學(xué)建模的各項數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以自主移動機(jī)器人的各項運動學(xué)特點作為入手點、出發(fā)點，結(jié)合相關(guān)的機(jī)械學(xué)理論以及實際的相關(guān)情況去開發(fā)一套較為合適，安全可靠，行之有效的控制算法。這樣才能使自主移動機(jī)器人的運動操控系統(tǒng)的設(shè)備正常的工作，各項功能完整地實現(xiàn)。

5 結(jié)語

目前自主移動機(jī)器人在社會生產(chǎn)生活中的方方面面都有著愈發(fā)廣泛的應(yīng)用，為了讓這種科學(xué)技術(shù)發(fā)揮更好的作用，各項功能得到更好的實現(xiàn)，我們應(yīng)當(dāng)合理地對自主移動機(jī)器人的運動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，硬件軟件兩方面同時做好，才能使運動系統(tǒng)的功能更好地實現(xiàn)，讓自主移動機(jī)器人這種新興產(chǎn)業(yè)得到穩(wěn)步可持續(xù)性發(fā)展的技術(shù)支持，讓自主移動機(jī)器人的應(yīng)用得到更加光明的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]繆志強(qiáng).自主移動機(jī)器人運動控制與協(xié)調(diào)方法研究[D].湖南大學(xué)，2016.

[2]白克強(qiáng).雙臂機(jī)器人擬人化動作實現(xiàn)與協(xié)調(diào)控制方法研究[D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2017.

[3]張營.變電站設(shè)備帶電維護(hù)移動機(jī)器人控制系統(tǒng)研究[D].山東建筑大學(xué)，2017.

作者簡介：朱彬能（1988-），男，漢族，江西贛州人，本科，初級工程師，研究方向：物流機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人等類型的移動機(jī)器人的研發(fā)及應(yīng)用。