一种mecanum三轮全向移动平台的设计与运动分析-西北工业大学.pdfVIP

２０１７年１０月 西 北 工 业 大 学 学 报 Ｏｃｔ． ２０１７ 第３５卷第５期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３５ Ｎｏ．５ 一种Ｍｅｃａｎｕｍ 三轮全向移动平台的设计与运动分析 １ ２ １ １ １ 高朋飞 ，彭江涛 ，于薇薇 ，李树军 ，秦现生 æ １．西北工业大学 机电学院，陕西 西安　 ７１００７２； ö ç ÷ è２．中航工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，四川 成都　 ６１００００ø 摘　 要：为提高常规Ｍｅｃａｎｕｍ轮全向移动平台的装配简易性以及灵活性，设计一种对称向心布局结 构的Ｍｅｃａｎｕｍ三轮全向移动平台。 通过分析Ｍｅｃａｎｕｍ轮的结构特性和建立Ｍｅｃａｎｕｍ三轮全向移动 平台的运动学模型，给出Ｍｅｃａｎｕｍ三轮全向移动平台在二维平面上实现全向移动的方法。 并对三轮 对称向心布局的Ｍｅｃａｎｕｍ轮全向移动平台和常规四轮对称布局的Ｍｅｃａｎｕｍ轮全向移动平台进行了 运动仿真对比，分析表明Ｍｅｃａｎｕｍ三轮对称向心布局的全向移动平台具有装配简易、驱动性能更好、 灵活性更强、集群效果更好的性能，具有工业物流应用的潜力。 关　 键　 词：Ｍｅｃａｎｕｍ轮；三轮对称向心布局结构；运动仿真 中图分类号：ＴＰ２４２　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１７）０５⁃０８５７⁃０６ 　 　 Ｍｅｃａｎｕｍ轮是瑞典麦克纳姆公司在 １９７５ 年的 轮全向移动平台，通过合理的布局和轮子速度与旋 专利，Ｍｅｃａｎｕｍ 轮缘由若干可自由转动的辊子组 向的配合实现其在二维平面内的全向移动。 文献 成，辊子轴线与轮毂轮轴有一定的夹角，称为辊子的 ［９⁃１０］中的Ｍｅｃａｎｕｍ 三轮移动平台具有 ８个方向 偏执角，通常情况下考虑到速度及受力的均衡性，工 的运动，而本文中提出的Ｍｅｃａｎｕｍ三轮移动平台结 业上常用Ｍｅｃａｎｕｍ轮的辊子偏执角取４５°，而Ｍｅｃａ⁃ 构，采用不同的布局结构实现真正意义上的 ｎｕｍ轮具有的全向性以及良好的承重能力等特点， Ｍｅｃａｎｕｍ三轮移动平台的全向移动。 与常规四轮 ［１⁃５］ 全向移动平台相比，具有装配精度更易实现、整体驱 已使其广泛应用于工业生产 当中 。 基于 Ｍｅｃａｎｕｍ轮的全向移动平台移动性能卓越，其本体 动性能更高、灵活性更强、扩展性更好等特点，可以 ［６］ 更加灵活地在狭窄地形运送小物件以及大型重型 无需做出任何转动便可实现任意方向的运动 。 目前工业上常用４ 个独立驱动的Ｍｅｃａｎｕｍ 轮组成 物件。 ［７］ 矩形对称的平面全方位运动系统 ，但Ｍｅｃａｎｕｍ轮 组成的四轮全向移动平台的装配精度要求高，是其 １　 Ｍｅｃａｎｕｍ轮移动平台设计关键 运动精度难以提高的关键。 与 Ｍｅｃａｎｕｍ 轮相似的 全向轮同样具有全向移动的特性，不同点是全向轮 Ｍｅｃａｎｕｍ轮设计是移动平台设计的关键，直接 的辊子偏执角取９０°，由３个全向轮组成的三轮向 影响移动平台全向移动的性能、使用寿命和控制的 心全向移动平台通常用于足球机器人中，具有以直 稳定性。 Ｍｅｃａｎｕｍ 轮设计的关键在于保证其轮子 线运动到达目标点的过程中同时自身做旋转运动的 运动的连续性，且为了改善Ｍｅｃａｎｕｍ轮运动的平稳 ［８］ 特性 ，且三轮向心结构使得其运动快速灵活易于 性及提高辊子表面的摩擦