麦克纳姆轮式机器人的运动控制设计文献综述

 2023-08-07 16:30:04

一、选题背景和意义:

随着机电一体化的不断发展,人们不断引进智能车或机器人应用在各类工业生产领域,仅就地面移动机构而言,就存在轮式、履带式、脚架式等结构。由于轮式机器人机构简单、活动灵活,收到广泛应用。按照移动特性可分为全向和非全向两种,全方位机器人运动灵活,在许多需要精确定位的场合,全向移动机构可以根据要求对自身位置进行细微调整。

麦克纳姆轮由轮毂和围绕轮毂的辊子组成,当电机驱动车轮沿垂直于驱动轴方向前进时,车轮周边的辊子沿各自的轴线旋转,通过施加轴向扰动可以实现360°的全向运动。全向运动机构引起回转半径为0,可以在不改变车体姿态的前提下从当前位置向任意方向运动,非常适合在空间狭小,机动性要求较高的场合工作。目前应用于工业生产运输等场合的移动机器人主要有AGV智能搬运机器人,在搬运转移货物时通过红外传感器等感知周围环境,按照智能规划的路径移送货物,从而实现工厂物流的自动化,然而首先与工厂特殊环境,传统轮式机器人转弯都需要一定半径,空间狭小时会限制其转向,因此借助于麦克纳姆轮机器人全向运动的特点,对该类机器人的运动控制研究十分必要。

二、课题关键问题及难点:

关键问题:

1、建立合理的麦克纳姆轮式移动机器人的运动学和动力学模型

2、基于运动学和动力学模型实现机器人平台的具体运动和位姿调整。

3、保证机器人在所要求的各个方向上平稳的运行。

难点:

麦克纳姆轮的结构设计包括车轮个数、布局,要兼顾结构稳定及简洁。由于电机驱动存在加速过程,对于不同方向的运动,给定横向和纵向速度时,不同车轮可能存在较大速度差。因此为保证车轮的全向稳定运动,必须合理考虑各个方向上的驱动力和加速度。

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