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8Mecanum轮全向移动平台运动学、动力学建模与实验

邢雯丽  
【摘要】:目前,国内对全向移动平台的研究主要集中在4Mecanum轮全向移动平台方面,然而在一些重载、超重载场合,4Mecanum轮全向平台承载能力受到限制。随着航空航天器、石化、电力部组件和配套产品向更大尺寸及重量发展,重载全向移动平台逐渐成为大型精密产品理想的运载工具。研发面向大尺寸工件的工序间转运和装配对接、可承载更大载荷的8Mecanum轮协同驱动控制的全向移动平台成为国内新的研究趋势。本文以8Mecanum轮全向移动平台为对象进行研究:(1)在理想条件下建立了8Mecanum轮全向移动平台的运动学方程。利用ADAMS软件建立了平台简化虚拟样机,并对运动学方程进行了仿真分析。对全向平台各向最大平移速度进行了分析。研究了由两台8Mecanum轮全向移动平台双车联动的运动特性,仿真结果表明两平台运动方向与预设方向基本一致。(2)确定了设计Mecanum轮几何结构的主要参数,以等速螺旋线代替原辊子外廓曲线建立了小辊子的母线方程。在此基础上,根据优选原则,对全向轮的结构参数进行了优选。进一步地,就承重不同的8Mecanum轮与4Mecanum轮全向移动平台优选参数进行了比较分析,总结出单个全向轮承载一定时,适应于多轮协同驱动的全向平台最优轮参数值。(3)采用牛顿-欧拉法建立了考虑摩擦阻力的8Mecanum轮全向移动平台的动力学方程。通过实验的方法得到了全向平台沿不同方向的摩擦阻力系数。根据平台样机参数建模,通过ADAMS软件对动力学方程进行了仿真分析。对全向移动平台沿各个方向上的最大平移加速度进行了分析。研究表明,当平台运动方向为沿oo×(28)(10)3,2,1,0nn9045)(时,摩擦阻力为最大,驱动全向轮的电机扭矩为最大。因此,取平台沿45度方向并以最大速度匀速行驶时所需的驱动力来估算平台所需配备电机的额定扭矩。在此基础上,结合不同承载的全向平台,对其所需配备电机额定扭矩进行了预估计算。(4)设计了8Mecanum轮全向移动平台系统,完成了平台样机的制作,最后对样机进行了简单调试,验证了全向平台的运动特性。本文对8Mecanum轮全向移动平台的运动学、动力学、全向轮结构参数优选等方面进行了研究,为实现该类产品的运动控制、动力配置、以及系列化生产、大吨位平台结构设计提供了一定的参考。


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