全向轮机构及其控制设计.doc

题目全向轮机构及其控制设计
——Mecanum轮的研究与研制

摘要
随着机器人技术的高速发展,机器人已经在我们的生产生活中起了非常重要的作用。移动机器人中的全方位轮式移动机器人无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动,并且可以原地旋转任意角度,运动非常灵活。在此,本文根据国际上流行的麦克纳姆(Mecanum)轮设计方法,对麦克纳姆进行参数设计并设计关键零件制作成可全方位移动的机器人,同时分析其运动学及动力学模型,并设计协调控制电路控制其运动。实验表明麦克纳姆全向移动机构的运动及转位灵活且不受限于运动空间,应用前景非常广阔。
关键字:全方位轮;麦克纳姆轮;移动机器人;全方位移动机器人
Abstract
With the development of robotics, robots have played an important part in our production area. The omnidirectional wheeled mobile mechanism of all can move in all direction without any rotation, and can rotate any angle at the original point flexibly. Based on the international design method for mecanum wheel, some parameters are discussed in the paper, and many ponents are designed to make into an omnidirectional mobile robot. Also its kinematical and dynamical model is analyzed, and the control circuit is made out to correspond to the motion. Experiments indicated that mecanum the omnidirectional wheeled mobile mechanism moves and rotates smartly without limits to the space, so a widen application future can be expected.
Keywords: omnidirectional wheel; mecanum wheel; mobile robot; omnidirectional mobile robot
目录
摘要……………………………………………………………………………………I
Abstract ………………………………………………………………………………II
序言……………………………………………………………………………………1
全方位移动机构的介绍…………………………………………………2
麦克纳姆轮的原理及结构………………………………………………3
单个轮体运动原理………………………………………………………3
全方位轮协调运动原理…………………………………………………3
麦克纳姆轮参数设计……………………………………………………5
辊子的几何参数的公式推导……………………………………………5
辊子的几何参数的设计计算……………………………………………9
三维造型与零件加工…………………………………………………11
辊子的设计加工…………………………………………………………11
辊子的安装轮毂的设计加工……………………………………………11
全向移动机器人的总体设计及装配……………………………………12
运动学模型分析………………………………………………………13
坐标系的建立……………………………………………………13
轮体的雅可比矩阵………………………………………………14
复合方程…………………………………………………………16
运动学逆问题的解………………………………………………16
运动学正问题的解………………………………………………17
动力学模型分析………………………………………………………19
复合系统在固定坐标系中的加速度……………………………………19
加速度能的计算…………………………………………………21
全方位移动机构的动力学方程…………………………………22
四轮协调的控制测试电路……………………………………………25
控制电路的方案选择……………………………………………………25
控制电