專利名稱：全方位移動平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種叉車控制平臺，尤其涉及一種叉車的全方位移動平臺。
背景技術：
全方位是可以直接朝任意方向移動的一種驅動方式，全方位輪是一種在一個輪轂的周圍均勻分布若干輥輪的機構，動力通過輪轂傳動，為主動輪，輥輪安裝在輪轂的外圓端面，它的結構允許水平360度旋轉。全方位輪是實現(xiàn)全方位行走的基礎。全方位輪具有荷重范圍廣、耐磨損、耐沖擊、耐高/低溫、防靜電、抗老化、避震、抗腐蝕、噪音小的優(yōu)點，目前， 在我國，使用越來越普遍。針對這種新型的全方位輪，一般的控制平臺已經(jīng)不能精確的控制全方位輪的運轉。
發(fā)明內容本實用新型針對現(xiàn)有技術中不能精確的控制全方位輪運轉的不足，提供了一種叉車的全方位移動平臺。為了解決上述技術問題，本實用新型通過下述技術方案得以解決全方位移動平臺，包括綜合控制器、電機控制器、驅動電機、減速器、全方位輪、動力電池組、CAN總線系統(tǒng)、各種傳感器以及信號輸入端。全方位移動平臺應用X-BY-Wire技術，提高平臺的可靠性。作為優(yōu)選，信號輸入端與綜合控制器相連，綜合控制器通過電纜與動力電池組相連，動力電池組與四個電機控制器相連，電機控制器與驅動電機相連，驅動電機與減速器相連，減速器與全方位輪相連。動力電池組通過電纜與綜合控制器及多個電機控制器相連，為其提供電能。作為優(yōu)選，綜合控制器完成綜合控制算法，通過CAN總線與電機控制器和傳感器相連。CAN總線將綜合控制器、電機控制器連在一起，形成信號控制網(wǎng)絡；綜合控制器完成綜合控制算法，通過CAN總線與電機控制器相連；電機控制器通過三相電纜、傳感器信號線與電機相連；電機通過減速器驅動全方位輪轉動。作為優(yōu)選，所述信號輸入端包括操縱桿和人機界面，人機界面產生運動指令，通過串口通信模塊發(fā)送至綜合控制器。作為優(yōu)選，所述綜合控制器采用DSP (Digital Signal Processing)作為主控單元，完成綜合控制策略計算，實施4X4電驅動綜合協(xié)調控制。綜合控制器采用 TMS320LF28xx系列的DSP。綜合控制策略是利用一種模型或算法對駕駛員輸入的控制指令信號進行解算，求解出平臺中四個驅動電機的速度，實現(xiàn)平臺的全方位運動。由于平臺的每一種工況和運動方向需要四個全方位輪具有相應的運動方向和速度組合，因此綜合控制策略是一個復雜的解算過程，采用神經(jīng)網(wǎng)絡方法實現(xiàn)綜合控制策略的解算。綜合控制器在計算出的各個驅動電機的速度后，通過CAN總線通信接口發(fā)送到電機控制器中，由電機控制器完成電機的轉速控制，從而實現(xiàn)多個全方位輪的協(xié)調運動。[0010]作為優(yōu)選，所述綜合控制器采用PID (Proportion Integration Differentiation)控制。M(k) = e(k)-e(k-l)⑴式中，為實際輪速與指令輪速的偏差；根據(jù)誤差及其變化，設計專家PID控制器。分下面五種情況(1)當Ie(Jf)IiAi1時,偏差絕對值很大，控制器應輸出最大值。(2)當0(嶺細為>0時，如果，說明偏差也較大，控制器要實施較強的控制作用，輸出為u(k) = u(k- ) + Zc1 ( 恤休)-e(k —1)] + kXk) + kj[e(k)- 2e(fe-1) + - 2)]) (2)如果，說明偏差雖然在增大，但絕對值不大，控制應實施一般的控制作用，輸出為u(Jr:) = u(k-1) + Jcjl{[s(k) — s(k —1)] + kf(k) + kd[e(k) — 2e(k-V)+e(k- 2)]}(3)⑶當m.Mje) <0，δ(λ)‘(λ-1)>[)時,偏差絕對值朝減小的方向變化，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，控制器輸出應不變。(4 )當叫‘)■糊< O，e(k).加休-1) < O時，偏差處于極值。如果,應實施較強控制作用u(.k) = u(k - Y) + K ■ kp ■ sjjc)(4)如果| X)|<M3,輸出為u(k) = u(k- Y) + k2. kp ■ eM(k)(5)(5)當時,偏差很小，此時加入積分，減小穩(wěn)態(tài)偏差。式⑴ (5)中， 為偏差的第、個極值 ’、為、k,為PID控制的比例、積分、微分系數(shù)；Ai為增益放大系數(shù)，
場>1 J2為抑制系數(shù)，;M、M2為設定的偏差閾值；e為較小的正實數(shù)，以上參數(shù)
均由專家經(jīng)驗取得。按照本實用新型的技術方案，全方位移動平臺應用在叉車上，使得叉車控制的精確性更高，穩(wěn)定性更好，平穩(wěn)性更好。

圖1為本實用新型的總體結構；圖2為驅動電機及控制系統(tǒng)框圖；2-綜合控制器；3-動力電池組；4-電機控制器；5-驅動電機；51-編碼器；6_減速器；7-全方位輪；8-傳感器；9-電氣連接；11-操縱桿；12-人機界面；21-電纜；91-CAN總線。
具體實施方式
[0030]
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述參見圖1，全方位移動平臺，包括綜合控制器2、電機控制器4、驅動電機5、減速器 6、全方位輪7、動力電池組3、CAN總線91系統(tǒng)、傳感器8以及信號輸入端；信號輸入端與綜合控制器2相連，綜合控制器2通過電纜9與動力電池組3相連，動力電池組3與四個電機控制器4相連，電機控制器4與驅動電機5相連，驅動電機5與減速器6相連，減速器6與全方位輪7相連；綜合控制器2完成綜合控制算法，通過CAN總線91與電機控制器4和傳感器8相連。全方位移動平臺應用X-BY-Wire技術，提高平臺的可靠性。平臺具有操縱桿 11直接控制和人機界面12遙控兩種控制模式，動力電池組3通過電纜21與綜合控制器2 及多個電機控制器4相連，為其提供電能；CAN總線91將綜合控制器2、電機控制器4連在一起，形成信號控制網(wǎng)絡；綜合控制器2完成綜合控制算法，通過CAN總線91與電機控制器 4相連；電機控制器4通過三相電纜、傳感器8信號線與電機相連；電機通過減速器6驅動全方位輪7轉動。驅動電機5的控制系統(tǒng)參見圖2所示。采用速度環(huán)和電流環(huán)控制模式。虛線范圍為綜合控制器2，綜合控制器2內部的小回路為電流環(huán)控制模式；整個外部大回路為速度環(huán)控制模式，整個平臺在綜合控制器2的控制下，依據(jù)駕駛員的意圖，平臺在運動中實時調整 4個電機的轉速和方向，完成全方位移動平臺三自由度運動控制。由于平臺實時性要求很高，因此采用專家PID控制。M(k) = e(k)-s(k-l)(1)式中，4 為實際輪速與指令輪速的偏差；根據(jù)誤差及其變化，設計專家PID控制器。分下面五種情況(1)當K^iM1時,偏差絕對值很大，控制器應輸出最大值。(2)當炒)1(約>0時，如果，說明偏差也較大，控制器要實施較強的控制作用，輸出為u(k) = u(k-1) + /q(k [e(k)-e(.k-1)] + kje(k) + kd[e(k)- 2e(k- l) + e(k- 2)]} (2)如果,說明偏差雖然在增大，但絕對值不大，控制應實施一般的控制作用，輸出為 _ -u(k-l) + kp {[e(Jc) — e(k —1)] + + kd[e(k) — 2e(k-1)+ s(k — 2)]}(3)(3)當<0，1) > Q時,偏差絕對值朝減小的方向變化，系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，控制器輸出應不變。(4)當，1) <0 時，偏差處于極值。如果|炒)丨^3 ,應實施較強控制作用= u(k -Y)+ U1-Up-Sx(k)(4)如果|e⑷丨<M2 ,輸出為= u(k -1) + k2-kp- eK(k)(5)(5)當時,偏差很小，此時加入積分，減小穩(wěn)態(tài)偏差。式⑴ (5)中，‘決)
5為偏差的第t個極值；、、h、& SPID控制的比例、積分、微分系數(shù)A1為增益放大系數(shù)， A1 >1 ★為抑制系數(shù)，0<4<1 ；M、M2為設定的偏差閾值；f為較小的正實數(shù)，以上參數(shù)
均由專家經(jīng)驗取得。綜合控制策略是利用一種模型或算法對駕駛員輸入的控制指令信號進行解算，求解出平臺中四個驅動電機5的速度，實現(xiàn)平臺的全方位運動。由于平臺的每一種工況和運動方向需要四個全方位輪7具有相應的運動方向和速度組合，因此綜合控制策略是一個復雜的解算過程，采用神經(jīng)網(wǎng)絡方法實現(xiàn)綜合控制策略的解算。綜合控制器2在計算出的各個驅動電機5的速度后，通過CAN總線91通信接口發(fā)送到電機控制器4中，由電機控制器 4完成電機的轉速控制，從而實現(xiàn)多個全方位輪7的協(xié)調運動。具體步驟如下(1)控制器中信號輸入接口電路對駕駛員給定的方位信號進行濾波、整形和轉換；(2)轉換后的方位信號送到運算單元經(jīng)由本實用新型設計的神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行解算，得到全方位移動平臺的移動方向與各全方位輪7速度的對應關系。該神經(jīng)網(wǎng)絡模型是本實用新型設計的單輸入四輸出的三層徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡模型。模型第一層和第二層網(wǎng)絡的權值和閾值是這樣設計的。第一層WeightRffl=O, RW2=20, RW3=40, RW4=80。Bias=第二層WeightW1S1 = -52148808563 ； W 1S2 = 150732646096 ； W 1S3=-121803923690 ； W1S4=23222322274。W2S1=-73434522019 ；W2S2 = 20 1 294755608 ；W2S3 = -1 55078462620 ； W2S4=27219282882。W3S1 = -52148808563 ；W3S2 = 1 50732646096 ； W3S3 = -1 2 1803923690 ； W3S4=23222322274。W4S1=-73434522019 ；W4S2 = 20 1 294755608 ；W4S3 = -1 55078462620 ； W4S4=27219282882。Bias= [-1490438；-703903；-1490438；-703903]。模型給定是這么規(guī)定的，車輛向前為正方向，行駛方向角逆時針為正方向，給定為行駛方位角，經(jīng)過模型計算后得到四個輪子的速度比值。(3)由神經(jīng)網(wǎng)絡模型對駕駛員的指令信號進行解算，得到與指令信號相應的多個全方位輪7驅動電機5的運動方向和速度。(4)通過CAN總線91將四輪速度傳送給電機控制器4，控制電機運行到期望的工作狀態(tài)，實現(xiàn)平臺的準確運動。通過綜合控制策略解算得到全方位行駛四輪速度，表1為第一象限行駛速度表， 數(shù)值為四輪轉速比例值，規(guī)定車輛向前和向右為正方向，行駛方向角逆時針為正方向。
權利要求1.全方位移動平臺，其特征在在于包括綜合控制器O)、電機控制器G)、驅動電機 (5)、減速器(6)、全方位輪(7)、動力電池組(3)、CAN總線系統(tǒng)、傳感器(8)以及信號輸入端，所述信號輸入端與綜合控制器( 相連，綜合控制器( 通過電纜與動力電池組(3)相連，動力電池組⑶與四個電機控制器⑷相連，電機控制器⑷與驅動電機(5)相連，驅動電機(5)與減速器(6)相連，減速器(6)與全方位輪(7)相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的全方位移動平臺，其特征在于所述綜合控制器( 完成綜合控制算法，通過CAN總線(91)與電機控制器(4)和傳感器(8)相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的全方位移動平臺，其特征在于所述信號輸入端包括操縱桿(11)和人機界面(12)，人機界面(1 產生運動指令，通過串口通信模塊發(fā)送至綜合控制器 ⑵。
4.根據(jù)權利要求1所述的全方位移動平臺，其特征在于所述綜合控制器( 采用 DSP(21)作為主控單元，完成綜合控制策略計算，實施4X4電驅動綜合協(xié)調控制。
5.根據(jù)權利要求5所述的全方位移動平臺，其特征在于所述綜合控制器( 采用PID 控制。
專利摘要本實用新型涉及一種叉車控制平臺，公開了一種全方位移動平臺。該全方位移動平臺應用X-BY-Wire技術，提高平臺的可靠性。平臺具有操縱桿直接控制和人機界面遙控兩種控制模式，動力電池組通過電纜與綜合控制器及多個電機控制器相連，為其提供電能；CAN總線將綜合控制器、電機控制器連在一起，形成信號控制網(wǎng)絡；綜合控制器完成綜合控制算法，通過CAN總線與電機控制器相連；電機控制器通過三相電纜、傳感器信號線與電機相連；電機通過減速器驅動全方位輪轉動。按照本實用新型的技術方案，全方位移動平臺應用在叉車上，使得叉車控制的精確性更高，穩(wěn)定性更好，平穩(wěn)性更好。
文檔編號B66F9/12GK202080861SQ201120102458
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2011年4月11日
發(fā)明者俞榮校, 孫曉雨, 尚穎輝, 張健, 張豫南, 朱烈新, 李瀚飛, 王冬, 王雙雙, 田鵬, 胡軍中, 趙玉慧, 郭文濤, 鄢雯, 閆永寶, 顏南明, 黃濤 申請人:張豫南, 李瀚飛, 浙江美科斯叉車有限公司