基于FPGA技術(shù)的全方位移動(dòng)機器人運動(dòng)控制系統的方案設計

　　三輪全方位移動(dòng)機器人與雙輪差速不同，具有很大的靈活性，況且由于3個(gè)全向輪的負載的不同，使得機器人不能走出精確的直線(xiàn)。而要實(shí)現機器人的精確控制，一個(gè)前提就是讓它能夠走出很直的直線(xiàn)。為檢驗機器人控制性能，設計了如下實(shí)驗：機器人以固定速度分別向前后左右4個(gè)方向行走，先觀(guān)察沒(méi)有加入PID控制算法時(shí)的情況，然后再觀(guān)察加入PID控制算法時(shí)的情況。實(shí)驗的結果如表1所示。

　　分析：由于機器人的3個(gè)全向輪所承受的負載不一樣，即在相同的占空比的PWM下，3個(gè)輪子的實(shí)際速度并不相同，這就使得三輪速度不可能準確合成機器人的速度，進(jìn)而影響機器人的控制軌跡。根據圖1所示的機器人1號輪和3號輪負載相當，2號輪子承受的負載較大，沒(méi)有加入PID控制器時(shí)，前后運動(dòng)雖然在一定范圍內近似直線(xiàn)，但是機器人運行的速度達不到預期設定的速度，左右運動(dòng)軌跡就是一個(gè)圓，而且設定的機器人左右移動(dòng)速度大小還決定了機器人是朝順時(shí)針?lè )较蜻€是逆時(shí)針?lè )较蜣D圈。加入PID控制算法后，輪子的速度得到校正，機器人能夠以預期設定的速度前后左右運動(dòng)，特別是左右運動(dòng)在一定范圍內近似為直線(xiàn)，不再是圓圈?？梢?jiàn)PID閉環(huán)控制算法明顯提高了機器人的控制性能。

　　5 結語(yǔ)

　　針對目前常見(jiàn)的以DSP為核心實(shí)現足球機器人底層運動(dòng)控制系統的方案，提出了一種采用FPGA實(shí)現三輪全方位移動(dòng)足球機器人的底層運動(dòng)控制系統的方法。通過(guò)在三輪足球機器人上的應用實(shí)踐，發(fā)現這種采用FPGA實(shí)現的方案有很好的實(shí)時(shí)性，精確度較高，而且由于FPGA本身的引腳多特點(diǎn)，其可擴展性較強，比如可以通過(guò)串口配置數字羅盤(pán)等外圍信息傳感器等其他傳感器，同時(shí)，本設計對于研究多電機的機器人運動(dòng)控制系統的實(shí)現方案有重要的參考價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

　　另外，由于全向輪的隨動(dòng)性較強，且易打滑，在實(shí)行精確控制的時(shí)候方向容易受到影響，而且PID閉環(huán)控制算法反應時(shí)間較長(cháng)，參數還需要更多時(shí)間的調試，在以后的研究中，我們將研究更為精確的控制算法，實(shí)現對機器人的精確控制。