介紹了一例非完整約束輪式移動機器人機械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計。采用美國Cygnal公司新研制的C8051F005 單片機作為機器人控制系統(tǒng)的CPU 及瑞士MAXON 公司的直流伺服電機作為雙輪驅(qū)動單元，利用非完整約束條件和非完整約束運動規(guī)劃原理，研制了一例非完整約束輪式移動機器人，該機器人可跟蹤任意直線、圓弧曲線軌跡等，也可實現(xiàn)原地零半徑旋轉(zhuǎn)及任意軌跡運動。運動自主靈活。對直線及圓弧軌跡進行了跟蹤實驗。

　　目前，移動機器人已廣泛用于科學考察、地質(zhì)勘探、災難營救等多個領(lǐng)域，對人類了解地球、征服自然、探索宇宙具有重要意義。同時，也是代替人們在有輻射、有粉塵和有毒等環(huán)境中作業(yè)必不可少的工具。移動機器人的典型行走形式有輪式、履帶式和腿足式等。

　　輪式移動機器人系統(tǒng)是典型的非完整約束機械系統(tǒng)。利用非完整約束條件和非完整運動規(guī)劃的原理，研究開發(fā)新型的具有良好的目標軌跡跟蹤和控制性能輪式移動機器人系統(tǒng)，在機器人領(lǐng)域下成為一個新的研究熱點。輪式機器人其實與車輛極為相似，因此對于輪式移動機器人的研究以及無人駕駛車輛的發(fā)展都有重大的意義。通過研制一臺輪式移動機器人AeroAcer ，對直線及圓弧等目標軌跡進行了跟蹤試驗。

　　根據(jù)需要，AeroAcer 輪式移動機器人結(jié)構(gòu)包括：行走驅(qū)動部、軀干、手臂及手爪。行走驅(qū)動部結(jié)構(gòu)如圖1 所示，采用兩輪獨立驅(qū)動的結(jié)構(gòu)，并使AeroAcer 的形心和質(zhì)心對地平面的投影落于兩個驅(qū)動輪軸線上。驅(qū)動輪分別由兩套直流伺服系統(tǒng)驅(qū)動，提供需要的轉(zhuǎn)速或者力矩;前后對稱于驅(qū)動輪軸線各布置一萬向輪，可任意移動而不會對AeroAcer 產(chǎn)生阻力和約束作用，這樣，只要分別控制兩個驅(qū)動輪的不同的速度或者力矩，就可以使AeroAcer 按照所要求的方向和速度移動，從而實現(xiàn)運動規(guī)劃、穩(wěn)定以及跟蹤等控制任務。驅(qū)動輪軸線經(jīng)過底盤的形心的投影，可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑，同時也使軌跡規(guī)劃及控制相對簡單。另外，驅(qū)動輪軸線過質(zhì)心的投影，可大大地提高驅(qū)動電機的效率。內(nèi)帶減速齒輪的驅(qū)動電機固定在車架上，兩個驅(qū)動車輪也分別通過軸架固定在車架上。電機的輸出軸驅(qū)動車輪。連接在電機上的圓光柵在電機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生相位上相差90 度的脈沖信號，通過對此脈沖信號進行檢測和運算，就可得到AeroAcer 的位置、速度等狀態(tài)量。選用了500 線的圓光柵，即電動機每旋轉(zhuǎn)一周輸出500 個脈沖，由于采用33 ：1 的減速齒輪，因此車輪每轉(zhuǎn)動一周圓光柵將輸出33 ×500 = 16500 個脈沖，具有相當高的精度。選擇圓光柵的目的在于：一方面將圓光柵產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過伺服放大器內(nèi)的頻壓變換得到電機的速度用于速度反饋以形成速度閉環(huán)，同時還可以對脈沖信號經(jīng)過計數(shù)、運算獲得AeroAcer 的位置和速度，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)省了成本。由于直流伺服電機具有啟動力矩大，動態(tài)性能好，調(diào)速范圍寬和控制較為簡單等一系列優(yōu)點［2 ］ 。因此在AeroAcer 中選用瑞士MAXON 公司的直流伺服電機作為驅(qū)動單元，包括帶有減速齒輪的直流電機、伺服放大器以及用作速度反饋和檢測的圓光柵。電機可以工作在速度方式和力矩方式，可以運行在由速度和加速度決定的四個象限，從而可以在該裝置上針對AeroAcer 的運動學和動力學模型進行實驗研究。其中，伺服放大器根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速或電流調(diào)整輸出到電機的電壓，從而控制電機的轉(zhuǎn)速、力矩等。系統(tǒng)所使用的是ADS50/ 5 伺服放大器。