8mecanum轮全向移动平台运动学、动力学建模与实验

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1、硕士学位论文8Mecanum轮全向移动平台运动学、动力学建模与实验KinematicsandDynamicsModelingandExperimentonOmni-directionalMobilePlatformwith8MecanumWheels作者：邢雯丽导师：朱建江副教授中国矿业大学二○一六年五月中图分类号TP242学校代码10290UDC621密级公开中国矿业大学硕士学位论文8Mecanum轮全向移动平台运动学、动力学建模与实验KinematicsandDynamicsModelingandExperimentonOmni-d

2、irectionalMobilePlatformwith8MecanumWheels作者邢雯丽导师朱建江申请学位工学硕士培养单位机电工程学院学科专业机械设计及理论研究方向全向移动平台答辩委员会主席李艾民评阅人二○一六年五月论文审阅认定书研究生在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文,经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢三年的硕士研究生时光转瞬即逝，在这三年的时光中，我

3、学到不少知识，认识了许多朋友，拓宽了视野，这些注定使我终生受益。值论文完稿之际，谨向所有帮助过我的老师、同学、朋友和家人表示我最诚挚的感谢！首先，要特别感谢我的恩师朱建江副教授在学习生活中给予我的悉心指导和关怀。无论是论文的选题、论文框架确定、还是修改定稿，朱老师都倾注了大量心血。老师渊博的专业知识、严谨的治学态度、孜孜不倦的科研精神、对学术的不断追求和创新以及谦虚的处事作风都深深影响着我。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！感谢课题组的李鑫、姚志强、杨浩东老师在课题研究和论文撰写过程中给予的理论指导和热情帮助。感谢李敏师兄，在学

4、习和项目研究上的大量交流让我获益匪浅，他的建议帮我解开一个个困惑。感谢同届的邹宇、陈锋、刘昶、梁华、葛进国、李其军、罗经纬，感谢他们对我学习及生活上的帮助。感谢高站伟、杨能、钟佳炜、程龙瑞师弟们，他们的欢声笑语给工作室带来了和谐的气氛。感谢我的舍友的杨媛、彭颖，怀念我们一起度过的时光，与你们结下的友谊是我宝贵的财富！感谢辛苦培养我的父母，在我成长的每一个脚步里，都饱含了他们对我无私的爱，我将我所有的荣誉献给他们。最后，谨向百忙之中审阅论文和参加答辩的每一位老师表示由衷的感谢！摘要目前，国内对全向移动平台的研究主要集中在4Mecanum轮

5、全向移动平台方面，然而在一些重载、超重载场合，4Mecanum轮全向平台承载能力受到限制。随着航空航天器、石化、电力部组件和配套产品向更大尺寸及重量发展，重载全向移动平台逐渐成为大型精密产品理想的运载工具。研发面向大尺寸工件的工序间转运和装配对接、可承载更大载荷的8Mecanum轮协同驱动控制的全向移动平台成为国内新的研究趋势。本文以8Mecanum轮全向移动平台为对象进行研究：（1）在理想条件下建立了8Mecanum轮全向移动平台的运动学方程。利用ADAMS软件建立了平台简化虚拟样机，并对运动学方程进行了仿真分析。对全向平台各向最大平

6、移速度进行了分析。研究了由两台8Mecanum轮全向移动平台双车联动的运动特性，仿真结果表明两平台运动方向与预设方向基本一致。（2）确定了设计Mecanum轮几何结构的主要参数，以等速螺旋线代替原辊子外廓曲线建立了小辊子的母线方程。在此基础上，根据优选原则，对全向轮的结构参数进行了优选。进一步地，就承重不同的8Mecanum轮与4Mecanum轮全向移动平台优选参数进行了比较分析，总结出单个全向轮承载一定时，适应于多轮协同驱动的全向平台最优轮参数值。（3）采用牛顿-欧拉法建立了考虑摩擦阻力的8Mecanum轮全向移动平台的动力学方程。通

7、过实验的方法得到了全向平台沿不同方向的摩擦阻力系数。根据平台样机参数建模，通过ADAMS软件对动力学方程进行了仿真分析。对全向移动平台沿各个方向上的最大平移加速度进行了分析。研究表明，当平台运动方向为沿4590n（n0,1,2,3）时，摩擦阻力为最大，驱动全向轮的电机扭矩为最大。因此，取平台沿45度方向并以最大速度匀速行驶时所需的驱动力来估算平台所需配备电机的额定扭矩。在此基础上，结合不同承载的全向平台，对其所需配备电机额定扭矩进行了预估计算。（4）设计了8Mecanum轮全向移动平台系统，完成了平台样机的制作，最后对样机进行

8、了简单调试，验证了全向平台的运动特性。本文对8Mecanum轮全向移动平台的运动学、动力学、全向轮结构参数优选等方面进行了研究，为实现该类产品的运动控制、动力配置、以及系列化生产、大吨位平台结构设计提供了一