基于Mecanum轮的全方位运动平台的构建与分析.pdf

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1、第５期（总第２０４期）机械工程与自动化No．５２０１７年１０月MECHANICAL_ENGINEERING_&_AUTOMATIONOct．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０５‐００２５‐０３基于Mecanum轮的全方位运动平台的构建与分析仇宇文，温浩凯，利圣佳，肖_维，徐_颖（深圳大学机电与控制工程学院，广东_深圳_５１８０６０）摘要：基于Mecanum轮的全方位运动平台，可以在不组装任何转向机构的情况下，通过控制各个轮子的轮速和转向实现运动平台在各个方向上的移动。研究探讨了全方位运动平台的组装搭建，对其运动原理进行了分析，得出合理的控制方式，有利于全方位

2、运动平台的实现。关键词：Mecanum轮；全方位运动平台；运动原理；控制方式中图分类号：TP３９１.７___文献标识码：A0_引言2_硬件组成随着科技的发展和进步，对运动小车机器人的任本课题硬件系统主要分为运动控制和数据采集处务作业要求越来越复杂，对运动平台的性能要求也越理两大部分，以飞思卡尔MC９S１２XS１２８MAL作为主来越高，在这样的背景下，基于Mecanum轮的全方位控制板，以L２９８n作为电机驱动板，实现小功率驱动运动平台就越发受大众的欢迎。该运动平台可以不要大功率电机。下面重点介绍其主要机械部件及其参任何转向机构，在有限的工作环境条件下轻松实现全数。方

3、位的移动，从而在狭小的空间顺利完成各种复杂的作业，且该运动平台还有着结构简单、控制方便等优点。本文着力于研究基于Mecanum轮的全方位运动平台的组建、运动原理以及控制方式，所得结果有利于全方位运动平台的实现与改善。1_构建全方位平台为进行本课题研究，首先设计了全方位运动平台图２_轮系布局图的结构框架，如图１所示，根据该框架搭建组装运动平２．１_Mecanum轮台，确定各部分主要器件的连接方式，从而控制实现全本课题中使用的是直径为６０mm的Mecanum方位运动平台的运动。轮，如图３所示，它是一款轻载的４５°万向轮，负载能力为１０kg，满足系统载重要求。图１_平台基

4、础结构框架图通过查阅资料，结合运动学和工程力学的知识，可以得出对于本课题所要搭建的全方位运动平台，采用如图２所示的两种轮系布局较为合适。随后经过建立理论运动模型，分析轮系布局对平台运动的影响，得知图２（b）的轮系布局实际上无法实现运动平台在全方图３_Mecanum轮实物图２．２_Faulhaber２３４２L０１２直流伺服电机位上进行运动的要求，具有自由度的限制，不适宜采电机采用的是德国的Faulhaber２３４２L０１２直流伺用，因此本课题采用图２（a）的轮系布局（４个Meca‐服电机，如图４所示。因为直流伺服电机具有十分良num轮两两分布在板的两侧），这种轮系布局

5、可以使好的运动性能，能够快速地进行速度调节和正反转变运动平台实现各个方向上的移动。国家自然科学基金资助项目（６１４０３２５９）收稿日期：２０１７‐０３‐０２；修订日期：２０１７‐０７‐１２作者简介：仇宇文（１９９６‐），男，广东深圳人，在读本科生，专业为汽车服务工程。·２６·机械工程与自动化_______________２０１７年第５期_［１－３］换，在运动领域中有非常广泛的运用，它与单片机构成示。运动系统，可以减少设计成本并且有效地满足系统运动性能的需求。图６_搭建平台实物图图４_直流伺服电机电机在１２V电压下输出功率为１７W，在２４V电压下可达４０W，Faulh

6、aber２３４２L０１２适合作为比赛机器人主轴电机，用在中小力量型足球机器人、ROBOT‐CUP青少年组足球机器人、擂台机器人等中。２．３_码盘由于在控制轮向的同时要采集轮速数据，所以采用了两路输出的光电编码器。通过编码器码盘上遮光条的挡光，能向控制板输出光电信号，配合轮速计算公式即可实时监控轮速。光电编码器自带的码盘为１００线的，输出信号较为稳定，而且精度也够高。２．４_车架车架长３００mm、宽２００mm，材质在最初设计时图７_平台运动分析采用的是塑料板，但是由于塑料板强度不够，抗压性能图７中，XY、X１Y１、X２Y２、X３Y３、Y４Y４分别为以差，不耐用，所以在

7、最后使用的是亚克力板。亚克力板平台中心以及４个Mecanum轮中心为原点建立的坐的强度大，密度小，抗撞击能力强，同时绝缘性能优良，标系，V１w、V２w、V３w、V４w分别为四轮的旋转速度，V１r、适合连接各种电器硬件设备。V２r、V３r、V４r分别为四轮的切向速度。［４］２．５_电源模块由图７可得运动关系式：由于本课题设计中Faulhaber２３４２L０１２直流伺服VRx＝（－V１wtan１＋V２wtan２－V３wtan３＋V４wtan４）α．电机是１２V，飞思卡尔板xs１２８电源模块使用４LM２９４０芯片，将１２V的电源转换成５V的电源。为VRy＝（V１w＋V