基于Mecanum輪的全方位移動機器人研究.pdf

1、Mecanum輪是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用廣泛的全方位移動機構(gòu),由它所搭載的全方位移動機器人可以在平面內(nèi)靈活地實現(xiàn)三自由度運動。在需要精確定位和高精度導航的場合,它可以順利地完成搬運、裝配、探測、核操作等復雜的任務(wù)。
　　Mecanum輪式移動機器人是一種典型的非完整約束系統(tǒng),其運動受地面因素的支配和影響。輥子與地面以高副接觸,因此應(yīng)力集中、變形和磨損對機器人運動精度和承載能力的影響是不可忽視的;由于輥子軸向力的存在、電機轉(zhuǎn)速的波動以及

2、地面條件的影響,輪體打滑的現(xiàn)象較為普遍,嚴重影響了機器人的平穩(wěn)性。因此,深入研究Mecanum輪地的接觸特性是提高機器人運動控制精度和承載能力的先決條件,據(jù)此展開的研究包括:
　　1、研究了Mecanum輪輥子理論母線的參數(shù)化建模方法,列舉了常用的母線近似方程以及輪體參數(shù),分析了輥子的結(jié)構(gòu)及外層材料的選擇;
　　2、Mecanum輪與地面的接觸分析。首先探討了輥子接觸地面的模型、輥子表面受力分析,重點利用赫茲接觸理論建立了空

3、間接觸問題的一般模型,求解了輥子接觸地面的最大應(yīng)力及變形,進而得到了 Mecanum輪產(chǎn)生振動的原因;接著分析了輥子接觸橢圓的力學特性,給出了Mecanum輪磨損量的計算方法;然后采用ANSYS軟件對兩端支撐形式和中間支撐形式的輥子分別建立了有限元模型,得到了不同載荷作用下的輥子的變形和應(yīng)力應(yīng)變分布,驗證了赫茲接觸理論的適用性,最后提出了輥子輪廓線的優(yōu)化設(shè)計方法。研究結(jié)果有利于提高機器人的運動精度和承載能力;
　　3、移動機器人的

4、建模、仿真及滑動控制。利用矢量分析法得到了Mecanum輪式移動機器人的通用運動學方程,并給出四輪結(jié)構(gòu)的正運動學解和逆運動學解,基于拉格朗日方程建立了Mecanum四輪機器人的動力學模型。接著采用ADAMS虛擬樣機技術(shù)研究了移動機器人實現(xiàn)平面三自由度運動的能力,分析了仿真誤差的原因,并提出電機轉(zhuǎn)速誤差的控制方法,以有效的避免機器人的滑動。最后探究了Mecanum四輪結(jié)構(gòu)的打滑模型,設(shè)計了基于SimMechanics模型的PID控制器,通