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《基于Mecanum輪的全方位運動平臺的構(gòu)建與分析.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第５期（總第２０４期）機械工程與自動化No．５２０１７年１０月MECHANICAL_ENGINEERING_&_AUTOMATIONOct．文章編號：１６７２‐６４１３（２０１７）０５‐００２５‐０３基于Mecanum輪的全方位運動平臺的構(gòu)建與分析仇宇文，溫浩凱，利圣佳，肖_維，徐_穎（深圳大學(xué)機電與控制工程學(xué)院，廣東_深圳_５１８０６０）摘要：基于Mecanum輪的全方位運動平臺，可以在不組裝任何轉(zhuǎn)向機構(gòu)的情況下，通過控制各個輪子的輪速和轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)運動平臺在各個方向上的移動。研究探討了全方位運動平臺的組裝搭建，對其運動原理進行了分析，得出合理的控制方式，有利于全方位
2、運動平臺的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：Mecanum輪；全方位運動平臺；運動原理；控制方式中圖分類號：TP３９１.７___文獻標(biāo)識碼：A0_引言2_硬件組成隨著科技的發(fā)展和進步，對運動小車機器人的任本課題硬件系統(tǒng)主要分為運動控制和數(shù)據(jù)采集處務(wù)作業(yè)要求越來越復(fù)雜，對運動平臺的性能要求也越理兩大部分，以飛思卡爾MC９S１２XS１２８MAL作為主來越高，在這樣的背景下，基于Mecanum輪的全方位控制板，以L２９８n作為電機驅(qū)動板，實現(xiàn)小功率驅(qū)動運動平臺就越發(fā)受大眾的歡迎。該運動平臺可以不要大功率電機。下面重點介紹其主要機械部件及其參任何轉(zhuǎn)向機構(gòu)，在有限的工作環(huán)境條件下輕松實現(xiàn)全數(shù)。方
3、位的移動，從而在狹小的空間順利完成各種復(fù)雜的作業(yè)，且該運動平臺還有著結(jié)構(gòu)簡單、控制方便等優(yōu)點。本文著力于研究基于Mecanum輪的全方位運動平臺的組建、運動原理以及控制方式，所得結(jié)果有利于全方位運動平臺的實現(xiàn)與改善。1_構(gòu)建全方位平臺為進行本課題研究，首先設(shè)計了全方位運動平臺圖２_輪系布局圖的結(jié)構(gòu)框架，如圖１所示，根據(jù)該框架搭建組裝運動平２．１_Mecanum輪臺，確定各部分主要器件的連接方式，從而控制實現(xiàn)全本課題中使用的是直徑為６０mm的Mecanum方位運動平臺的運動。輪，如圖３所示，它是一款輕載的４５°萬向輪，負載能力為１０kg，滿足系統(tǒng)載重要求。圖１_平臺基
4、礎(chǔ)結(jié)構(gòu)框架圖通過查閱資料，結(jié)合運動學(xué)和工程力學(xué)的知識，可以得出對于本課題所要搭建的全方位運動平臺，采用如圖２所示的兩種輪系布局較為合適。隨后經(jīng)過建立理論運動模型，分析輪系布局對平臺運動的影響，得知圖２（b）的輪系布局實際上無法實現(xiàn)運動平臺在全方圖３_Mecanum輪實物圖２．２_Faulhaber２３４２L０１２直流伺服電機位上進行運動的要求，具有自由度的限制，不適宜采電機采用的是德國的Faulhaber２３４２L０１２直流伺用，因此本課題采用圖２（a）的輪系布局（４個Meca‐服電機，如圖４所示。因為直流伺服電機具有十分良num輪兩兩分布在板的兩側(cè)），這種輪系布局
5、可以使好的運動性能，能夠快速地進行速度調(diào)節(jié)和正反轉(zhuǎn)變運動平臺實現(xiàn)各個方向上的移動。國家自然科學(xué)基金資助項目（６１４０３２５９）收稿日期：２０１７‐０３‐０２；修訂日期：２０１７‐０７‐１２作者簡介：仇宇文（１９９６‐），男，廣東深圳人，在讀本科生，專業(yè)為汽車服務(wù)工程。·２６·機械工程與自動化_______________２０１７年第５期_［１－３］換，在運動領(lǐng)域中有非常廣泛的運用，它與單片機構(gòu)成示。運動系統(tǒng)，可以減少設(shè)計成本并且有效地滿足系統(tǒng)運動性能的需求。圖６_搭建平臺實物圖圖４_直流伺服電機電機在１２V電壓下輸出功率為１７W，在２４V電壓下可達４０W，F(xiàn)aulh
6、aber２３４２L０１２適合作為比賽機器人主軸電機，用在中小力量型足球機器人、ROBOT‐CUP青少年組足球機器人、擂臺機器人等中。２．３_碼盤由于在控制輪向的同時要采集輪速數(shù)據(jù)，所以采用了兩路輸出的光電編碼器。通過編碼器碼盤上遮光條的擋光，能向控制板輸出光電信號，配合輪速計算公式即可實時監(jiān)控輪速。光電編碼器自帶的碼盤為１００線的，輸出信號較為穩(wěn)定，而且精度也夠高。２．４_車架車架長３００mm、寬２００mm，材質(zhì)在最初設(shè)計時圖７_平臺運動分析采用的是塑料板，但是由于塑料板強度不夠，抗壓性能圖７中，XY、X１Y１、X２Y２、X３Y３、Y４Y４分別為以差，不耐用，所以在
7、最后使用的是亞克力板。亞克力板平臺中心以及４個Mecanum輪中心為原點建立的坐的強度大，密度小，抗撞擊能力強，同時絕緣性能優(yōu)良，標(biāo)系，V１w、V２w、V３w、V４w分別為四輪的旋轉(zhuǎn)速度，V１r、適合連接各種電器硬件設(shè)備。V２r、V３r、V４r分別為四輪的切向速度。［４］２．５_電源模塊由圖７可得運動關(guān)系式：由于本課題設(shè)計中Faulhaber２３４２L０１２直流伺服VRx＝（－V１wtan１＋V２wtan２－V３wtan３＋V４wtan４）α．電機是１２V，飛思卡爾板xs１２８電源模塊使用４LM２９４０芯片，將１２V的電源轉(zhuǎn)換成５V的電源。為VRy＝（V１w＋V
