基于Mecanum轮的全方位移动机构研究.pdf

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1、2013年l0月机械设计与制造工程0ct．2013第42卷第10期MachineDesignandManufacturingEngineeringV01．42No．10DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．10．002基于Mecanum轮的全方位移动机构研究周关锋，吴洪涛(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：Mecanum轮是一种典型的全方位移动机构，因其机动、灵活的性能．成为搭建全方位移动机器人平台的重要选择。分析了Mecanum轮的特点和优势，阐明了该机构的运动原理，对该机构在建模方法、运动控制方

2、法以及仿真实验等方面的国内外研究进展进行了总结，并举例说明了其应用领域，最后指出了该机构的局限性和未来的研究重点。关键词：Mecanum轮；移动机器人；建模；运动控制；仿真中图分类号：TH112；TP242．2文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)10—0006—05目前，全方位移动机器人已经成为机器人研究动摩擦力作用下被动旋转。辊子绕车轮轴线旋转领域的重要分支。典型的全方位轮式移动机构有的同时也能绕自身轴线转动，与地面接触的辊子决Mecanum轮、正交轮、球轮、连续切换轮、偏心轮定了车轮的运动，辊子的合速度受轮毂速度的影等⋯。全方

3、位轮式移动机构可以在平面内实现前响，因此改变轮毂的速度，即可改变该辊子速度的后、左右和自转3个自由度的运动，并能从当前位大小和方向。由若干Meeanum轮组成的移动平置快速灵活地到达目标位置，适用于需要精确定位台，各轮之间通过转速与旋向适当配合，即可实现和高精度导航的场所J。在全方位轮的各种形机器人在地面上前后、左右和回转的运动。式中，Mecanum轮的研究最受瞩目，应用领域最为广泛，因为轮体固定在悬架上，不需要换向机构，仅通过车轮之间旋向与转速的配合实现全方位运动，且没有奇异性，运动控制相对简单-5]。Mecanum轮机器人的回转半径为零，可灵活

4、自如地避开静止和运动的障碍物，节省了运动的空间和时间，在狭窄拥挤的工厂车间、仓库、医院、超市等场所以及排雷、核操作等领域有着极大的应用前景。。。图1Mecanum轮结构Mecanum轮是瑞典MecanumAB公司的工程师BengtIlon于1973年提出。随后，世界众多科Mecanum轮主要有中问支撑形式和两端支撑研机构进行了深入的研究，主要集中在优化轮体结形式，图2所示为两种结构的Mecanum轮小车。构、改进建模方法及其精确运动控制上。前者将辊子分成两部分并固定于轮毂支架上，可以保证辊子与地面的接触，适用于不平地面，辊子安1Mecanum轮的结

5、构和建模方法装和维护比较方便，但是这种车轮负载能力不高；1．1结构和工作原理后者负载能力较高，但在不平地面上行驶时，轮毂Mecanum轮由轮毂和一组均匀分布在轮毂周外缘易与地面接触，影响了Mecanum轮的正常运围的鼓状辊子组成，轮毂轴线与辊子轴线成一定角转。度(通常为45。)。为使Mecanum轮运动平稳，辊传统的Mecanum轮辊子受力方向与前进方向子的设计应满足使轮体“包络成圆”，如图1所示。不一致，轴向分力较大，辊子与地面单点接触，易滑对于单个Mecanum轮，轮毂由电机驱动，辊子在滚动和磨损，针对这些结构上的不足，许多学者进行收稿日期：2

6、o13—07一Ol作者简介：周美锋(1987一)，男，山东枣庄人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为智能机器人技术。·6·2013年第10期周美锋：基于Mecanum轮的全方位移动机构研究深对轮式移动机器人的理解。国内的科研机构，如中国航天科工集团、上海大学、东南大学、浙江大学等，对Mecanum轮机器人的建模方法的研究也有了诸多成果。王一治I置雷i薯一针对4种不平地面与Mecanum轮的接触情况，用⋯矢量变换与笛卡尔坐标变换相结合的方法，给出了图2中间支撑和两端支撑的Mecanum轮Mecanum轮系统在不平地面(如楼宇环境)上的六了分析

7、和优化。王一治分析了Mecanum四轮平维运动学模型，该模型也同样适用于平整地面，因台6种典型的轮组布局形式的运动情况，得出了实此称为通用模型。赵言正对Mecanum轮机器现全方位运动的必要条件，并筛选出了最佳的布局人进行了运动学和静力学特性的研究，提出将该移形式。DiegelO_8在中间支撑形式的基础上加以动机构应用到爬壁机器人上，以检查焊缝缺陷。杨改进，设计一种锁紧机构，使辊子在做前后运动时飞¨副推导了三轮正三角形排布的Mecanum轮机锁死，以提高其运动效率；此外，他还提出根据车轮器人的运动学模型，比较了关键机构参数对机器人的运动方向，适当调

8、整辊子的方位，保证辊轮轴线典型运动(如曲线运动和双路径运动)的影响。夹角最合适，以充分降低能量损耗。高光敏等针对Mecan