1 简介
目前移动机器人在很多服务领域都得到了广泛的应用。在本文中，所设计的移动机器人能够实现自由移动，应用的环境为平坦地面，采用的是四轮独立驱动、独立转向的底盘结构，底盘由转向机构以及驱动机构两个主要部分组成，机器人框架采用的是三层结构设计，最上面的一层是电脑系统；中间一层是控制器、电机以及传感器；最下面一层是供电电源。
1.1 驱动机构
本文所设计的机器人通过四个轮毅电机进行驱动，独立悬挂，形成矩阵对称分布。电机的侧面配备了减震装置，在机器人移动在不平坦地形时，能够一定程度地减少震荡。
1.2 转向机构
为了能够实现360°转向功能，采用的是一体化车轮总成结构，通过伺服电机进行转向的驱动，转向的过程中，伺服电机利用谐波减速器进行转向运动。为了使底盘结构和车体进行有效的连接，在减速器旁设置了嵌套支架。
2 轮式移动机器人控制系统
轮式机器人控制系统由上位机与底层控制器构成，底层的控制器采用的是S7-1200PLC，能够进行电机的控制以及I/0控制。上位机采用的是电脑，不仅用于和底层控制器进行通信，还能进行图像的采集。上位机以及PLC所采用的开发环境是TIAPortalV12以及VisualC++6.0。轮式机器人一共有三种模式：首先是遥控模式，能够采用遥控器对机器人进行控制，实现机器人的移动以及转向；其次是手动模式，能够采用手持脉冲发生器对机器人进行控制，实现移动以及转向；最后是自主模式，机器人移动速度较低时，会自动进入自主模式，自动完成导航以及避障等功能。
3 轮式移动机器人电气系统设计
轮式移动机器人的电气系统设计主要由这几部分组成：PLC控制系统电路、伺服驱动系统电路以及主电路控制电路。在本文的系统中，采用继电器和PLC实现控制系统主电路的联控制，过程如下：继电器的线圈得电，常开触头闭合，常闭触头打开。继电器的线圈是24V的，继电器的线圈和PLC的输出端进行连接，另外一端和电源进行连接，利用PLC输出端的数字量变化完成线圈的通断，进而控制元器件的通断。
3.1 伺服系统驱动电路
在本文的设计中，转向伺服电机采用的是位置控制模式，这样能够满足机器人在各种运动模式下的精度要求。通过PLC对伺服电机进行控制，PLC的输出端发送一个PTO命令给伺服驱动器，通过伺服驱动器控制电机，然后伺服电机的编码器会把当前的运行状态反馈到PLC的计数器中。
按照机器人控制系统的要求，伺服驱动器中的CN1接口的L1、L2以及L3与220VAC进行相连，为系统提供电源；CN3口和伺服电机的电源线进行连接，给电机提供电源；CN5的引脚连接方式为整个驱动器的核心，在本文所设计的控制系统中，并没有使用全部的端子，而是选择了其中的14个。
系统中所采用的伺服电机编码器是电机自带的，为5线制增量式编码器，如果伺服电机转动了一圈，那么编码器会发出10000个计数脉冲以及1个复位脉冲，这些脉冲会成为PLC中计数器的输入量，这些输入量通过PLC内部程序的计算，对电机的运行精度进行判断，这样就形成了一个闭环控制。电机自带的编码器所输出的反馈脉冲为一种NPN型差分信号，但是西门子系列的S7-1200只能接收PNP型的信号，因此在本文的设计中，通过一种TTL-HTL-06信号转换器将信号进行转换，这样编码器产生的信号在经过转换后就能成为PLC的输入了。
3.2 电源电路设计
轮式移动机器人的控制电路加上动力电路就是电源电路，电源电路是整个轮式机器人系统能源的核心部件。控制系统中的主电源是通过空气开关进行控制的，PLC的电源是由1个按钮以及继电器进行控制的。在电路中，将启动按钮和电源锁旋钮进行串联连接，它们两个都处于闭合时，3个继电器的线圈得到电，其中一个继电器的线圈常开触点会闭合，这样和启动按钮就形成了一个控制回路，PLC在得到电之后就开始进行循环扫描。
3.3 系统功能的实现
轮式移动机器人系统功能的实现最主要是模型和数据的传输问题，本文设计的系统通过底层的控制器对信息采集功能以及通信功能进行实现。其中，通信功能是采用PLC的PROFINET接口和其他设备通过网线连接来实现的；在进行信息的处理时，会有多种数据进入到系统中，这时底层的控制器会对这些不同的数据进行整合，并将其通过网线传输至主程序内，实现信息采集功能，这样才能够为系统提供所需的数据。
4 结语
本文对轮式移动机器人的机械构成以及控制系统进行了介绍，然后通过系统的具体要求，进行了硬件的选型以及电源系统的选型。阐述了轮式移动机器人电气系统的设计，以及供电系统电路与驱动系统电路的规划。
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