四轮全向移动机器人转弯半径的研究

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1、四轮全向移动机器人转弯半径的研究摘要：本文研究四轮全向移动机器人的转弯半径，通过对四轮移动机器人动力学建模和运动学分析，得出四轮全向移动机器人转弯半径的动力学方程，并根据四轮全向移动机器人的运动特性对未知量求解，从而得到四轮全向移动机器人转弯半径的动态方程，为进一步研宄四轮全向移动机器人的机动性提供了理论基础。Abstract：Inthispaper，theturningradiusofafour-wheelomnidirectionalmobilerobotisstudied.Basedonthedynamicsmodelinga

2、ndkinematicsanalysisofafour-wheelmobilerobot,theturningradiusofafour-wheelomni-directionalmobilerobotisobtained.Thedynamicequationoftheturningradiusoffour-wheelomnidirectionalmobilerobotisobtained，whichprovidesatheoreticalbasisforfurtherresearchonthemaneuverabilityoffo

3、ur-wheelomni-directionalmobilerobot.?p键词：四轮全向移动机器人；转弯半径；动力学方程Keywords：four-wheelomni-directionalmobilerobot；turningradius；dynamicequation屮图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1006-4311(2017)09-0117-030引言四轮移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。近年来，四轮移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等

4、行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。随着四轮移动机器人应用范围的不断増大，对四轮移动机器人机动性的要求也变得越来越高。四轮移动机器人的工作环境比较复杂，在种类繁多的环境中，良好的机动性可以使四轮移动机器人拥有更好的适应性，可以在更加广泛复杂的环境中完成工作。转弯半径是四轮移动机器人机动性的重要评价标准，同等外形标准的四轮移动机器人具有更小的转弯半径，可以使四轮移动机器人更加灵活，通过性更强，从而使四轮移动机器人的机动性更强。目前，四轮移动机器人的转弯半径还没有比较深入的研宄，木文通

5、过对四轮全句移动机器人动力学建模和运动学分析，得出四轮移动机器人的转弯半径的运动学方程，从而可实现控制输入量得到四轮全向移动机器人输出变量转弯半径R的动态值。1四轮全向移动机器人动力学建模首先建立如图1示的四轮全向移动机器人的运动的局部坐标系，XZ-Z-YZ为固定于四轮全向移动机器人质心的动坐标系，XZ沿四轮全向移动机器人车身的纵向对称线方向，移动方向为正方向，YZ沿四轮全向移动机器人车身的横向对称线方向，垂直于用移动方向，向右为正。X-O-Y为全局华标系，其原点固定于地面，为四轮全向移动机器人运动的绝对坐标系。在四轮全向移动机器人

6、的局部坐标系中？琢i为四轮全向移动机器人的四个轮子的转角，P为四轮全向移动机器人局部坐标系与全局坐标系的角度差（P为四轮全向移动机器人的航向角），Fsi为四轮移动机器人四个轮子运动方向所受的阻力，Fti为四轮移动机器人四个轮子运动的法线方向所受的阻力。L为四轮全向移动机器人的轴距，质心到前轴和后轴的距离分别Lf和Lr,d为四轮全向移动机器人的轮距。其中V为四轮全向移动机器人的质心速度，a为四轮全向移动机器人质心的向心加速度。四轮全向移动机器人的向心加速度主要由四轮移动机器人的四个轮子摩擦力在质心速度法线方向的合力提供，而此合力是一个

7、未知量，需耍我们进一步分析求解。2四轮全向移动机器人动力学方程未知量的求解2.1建立四轮全句移动机器人整体运动学方程四轮全向移动机器人的结构属于刚性，可忽略侧翻运动，所以本文建立的四轮全向机器人运动学模型有11个自由度，其屮机器人本体具有纵向、横向、横摆三个自由度，每个轮•了•各有一个转动和转向的自由度。上式中m为四轮全向移动机器人的总质量（kg）,IZ为四轮全向移动机器人以质心的垂线为中心的的转动惯量（kg/m2）,wR为四轮全向移动机器人的横摆角速度，FXi是四轮全向移动机器人四个轮子受力在四轮全向移动机器人局部坐标系XZ轴方向

8、的分力，FYi是四轮全向移动机器人四个轮子受力在四轮移动机器人局部华标系YZ轴方向的分力。2.2四轮全向移动机器人的车轮转角的分析四轮全向移动机器人在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜，侧向风或者曲线行驶时的离心力等的作用，车轮中心沿车轴