基于Mecanum輪的全方位移動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu),由它所搭載的全方位移動(dòng)機(jī)器人可以在平面內(nèi)靈活地實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)。在需要精確定位和高精度導(dǎo)航的場(chǎng)合,它可以順利地完成搬運(yùn)、裝配、探測(cè)、核操作等復(fù)雜的任務(wù)。
　　Mecanum輪式移動(dòng)機(jī)器人是一種典型的非完整約束系統(tǒng),其運(yùn)動(dòng)受地面因素的支配和影響。輥?zhàn)优c地面以高副接觸,因此應(yīng)力集中、變形和磨損對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度和承載能力的影響是不可忽視的;由于輥?zhàn)虞S向力的存在、電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)以及

2、地面條件的影響,輪體打滑的現(xiàn)象較為普遍,嚴(yán)重影響了機(jī)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)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?zhàn)永碚撃妇€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?zhàn)拥慕Y(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?zhàn)咏佑|地面的模型、輥?zhàn)颖砻媸芰Ψ治?重點(diǎn)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?zhàn)咏佑|地面的最大應(yīng)力及變形,進(jìn)而得到了 Mecanum輪產(chǎn)生振動(dòng)的原因;接著分析了輥?zhàn)咏佑|橢圓的力學(xué)特性,給出了Mecanum輪磨損量的計(jì)算方法;然后采用ANSYS軟件對(duì)兩端支撐形式和中間支撐形式的輥?zhàn)臃謩e建立了有限元模型,得到了不同載荷作用下的輥?zhàn)拥淖冃魏蛻?yīng)力應(yīng)變分布,驗(yàn)證了赫茲接觸理論的適用性,最后提出了輥?zhàn)虞喞€的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。研究結(jié)果有利于提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度和承載能力;
　　3、移動(dòng)機(jī)器人的

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