STM32 控制电机驱动麦克纳姆轮做的机器人平台！

1万 · 2019-6-25 11:22

STM32 控制电机驱动麦克纳姆轮做的机器人平台

1万 · 2019-6-25 11:23

全方位移动平台由于其全向移动的运动特性，具备三自由度运动的移动优势，
尤其是零转弯半径的完全自由运动，使其能实现在空间有限的环境下，完成运输或
高精度的装配工作。目前国内外对全方位移动平台的研究与应用己经比较成熟，全
方位移动平台己广泛应用在轨道交通运输、仓储物流、航空航天以及日常生产生活
中。
当全方位移动平台在完成大型零件或体积较大物体的运输或装配任务时，需要
考虑实际承载对象的规模体积，这就使得全方位移动平台在设计过程中其物理机械
框架设计符合现场要求。但是，大型重载全方位移动平台在使用过程中，由于体积
原因必然相对不够灵活，针对这种不足，本文为提出一种控制系统方案，选取嵌入
式STM32微处理器为控制核心，实现对基于Mecanum(麦克纳姆)轮的全方位移
动平台的安全可靠控制，并且可通过两台全方位移动平台以柔性连接、协同运动的
方式，来代替大型平台完成相应任务工作。

1万 · 2019-6-25 12:20

本文首先分析了国内外全方位移动平台的研究现状，简略介绍了全方位移动平
台系统构建及全方位移动平台通信网络中CAN总线、RS48_5总线、ZigBee技术的
应用。其次，以四轮麦克纳姆轮全方位移动平台动力学与运动学分析为基础，拓展
应用到本文所研究的多轮系全方位移动平台系统中。利用模糊控制技术，设计了模
糊控制器对协同运动的全方位移动平台进行纠偏处理。最后详细阐述了全方位移动
平台控制系统设计方案，从硬件结构设计和软件设计两个方面介绍了控制系统的设
计与实现细节。
基于上述理论研究与实践操作，将全方位移动平台控制系统应用到实际产品中，
实践证明全方位移动平台控制系统运行稳定、安全可靠，可达到预期目的。

1万 · 2019-6-25 13:17

1万 · 2019-6-25 13:18

1万 · 2019-6-25 13:19

1万 · 2019-6-25 13:20

1万 · 2019-6-25 13:20

1万 · 2019-6-25 13:22

1万 · 2019-6-25 13:22

驱动模块为全方位移动平台的关键移动机构，主要由电机驱动器、驱动电动机、
减速机以及麦克纳姆轮组成。通过驱动电动机旋转，带动麦克纳姆轮运动，多组麦
克纳姆轮的差速配合即可使全方位移动平台完成全向运动。
控制模块为全方位移动平台的控制核心，主要由嵌入式STM32微处理器构成的
主控制板和各类传感器、外接设备组成。控制模块的功能为负责保障全移动平台的
运动稳定性、准确度、指令传输的实时性，与手持遥控通信的可靠性，控制模块中
软硬件的安全可靠是全方位移动平台的能够稳定运行的关键。

1万 · 2019-6-25 13:22

1万 · 2019-6-25 13:23

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在
非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而
不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设
定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一
步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同
时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机接收脉冲后转动，由于步进电机没有位置反馈，因此不能保证精确的定位
控制。另外，步进电机与同等功率的电机相比载荷比较小，当脉冲频率过高或者负
载较大，容易造成失步。因此步进电机一般只用于载荷较小而且十分确定、位置精
度要求并不非常高，对体积敏感或在较低价格想要做到较高可靠性的场合。最常见
的使用步进电机的设备就是光驱、扫描仪、复印机等；

1万 · 2019-6-25 13:23

1万 · 2019-6-25 13:24

1万 · 2019-6-25 13:25

运行状态功能模块完成操作人员直观的了解全方位移动平台各部分的运行状态。
主要由以下两部分来完成相应功能:一是车载显示屏，显示全方位运动平台的运动
模式、与各传感器之间通讯状态，在运动状态线各电动机转速和全方位移动平台出
现故障时的显示故障代码，便于维护;二是在全方位移动平台上安装多色LED灯
声光报警器，通过不同颜色和声音来表示在正常运行和出现故障时的不同运行状态，
直观有效的提示及表现出全方位移动平台的运行状态。车载显示屏如图2-4所示。
自检模块主要用于协同运动模式下，通过反射式激光传感器两全方位移动平台
相对位置距离的测量，激光传感器与平台控制之间通过RS48_5总线网络来进行多机
通讯。在其中一个全方位移动平台前端安装四个激光传感器，四个激光传感器与全
放移动平台中心轴对称安装，且都垂直于前端平面，另外其中两个安置于前端两侧
边缘，根据测量距离值判断是否出现横向位置偏移。在协同运动时，以前进方向的
前一个全方位移动平台为参考，后一个全方位移动平台跟随运行。通过检测两全方
位移动平台相对位置距离的变化来判断运动姿态的变化，分析激光传感器测量距离，
根据有效数据可计算出相对距离位置变化值，相对偏移角度值。

1万 · 2019-6-25 14:53

1万 · 2019-6-25 14:54

1万 · 2019-6-25 14:57

在图示2-6中，1为模式选择开关，通过设置旋钮开关来选择运动模式、速度等
级等控制信息。2为OLED显示屏，用于显示当前控制信息以及手持遥控器剩余电
量、全方位移动平台故障状态等信息。3为蜂鸣器，用于异常状态下的提示报警。4
为急停开关，用于手持遥控器的控制使能开关，急停开关按下时，手持遥控器仅发
送查询指令，控制功能失效。_5为三轴工业手柄，通过操纵三轴工业手柄来控制全
方位移动平台的全向运动，三轴工业手柄的输出量为x, y,:三个模拟量，手持遥
控器通过AD采集获取三个参数值将其对应全方位移动平面内的三自由度运动速度
vx ,、、、毋。三轴工业手柄的操纵幅度的大小与方向决定全方位移动平台运动速度
的大小与方向。

1万 · 2019-6-25 15:05

全方位移动平台控制器与各功能模块的稳定通信，是全方位移动平台控制系统
能够实现实时、安全、可靠控制的基础。在全方位移动平台通信网络中关键部分通
信主要包括平台控制器与电机驱动器、自检模块中激光传感器的多机通信以及手持
遥控器之间的通信。其中，平台控制器与电机驱动器之间选取CAN总线网络进行
数据传输;平台控制器与激光传感器之间选取RS48_5总线网络进行多机通讯;平台
控制器与手持遥控器之间选取ZigBee网络技术进行通信连接。