Mecanum轮式全向机器人位置精确控制的研究

摘要

Mecanum轮全向移动机构是当今应用普遍且较为成熟的一种全向移动解决方案，稳定的机械结构设计与优秀的控制性能使其成为当今机器人研究的热点内容。
　　本文首先在Mecanum四轮移动机构运动学模型的基础上引入偏转角度与轮心距离，建立了普遍适用的Mecanum轮全向移动机构的运动学模型。并对两轮结构、三轮结构以及四轮结构做出了分析。同时对四轮机构的组合形式进行了研究与规划，给出了最优的四轮配置模型与四轮故障模型，该模型具有广泛的运用价值。
　　在位置精度的研究中，首先分析了轮子结构与车身配置对运动精度的影响，从装配精度、传动链以及悬架系统等方面进行了研究与改进;然后对载荷分布、地面状况等因素进行了建模分析;最后分析了不同控制系统的配置对位置精度影响。
　　设计搭建了Mecanum轮全向移动控制平台，采用上位机PC与下位机运动控制卡的控制模式，并使用CAN总线通信，提高了全向移动机构的协调性与可靠性。在此基础上提出一种控制最优方案，即快速移动下的速度反馈控制与低速调试下的位置控制相结合的模式，该方案具有高效运输以及精准控制等方面的优势。
　　最后通过实验对影响位置精度的因素进行了定量的分析规划，对改进的控制方案与原始控制方案进行了比较与分析，验证了改进方案的可靠性，证明实验结果具有一定的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题背景及研究意义

1．2．1 课题背景

1．2．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 全方位移动机器人

1．3．2 位置精度以及越障能力研究

1．4 论文主要的研究内容

第二章 Mecanum轮模型分析

2．1 运动可行性分析

2．1．1 Mecanum轮作为驱动轮分析

2．1．2 Mecanum轮作为从动轮分析

2．2 Mecanum轮与整车速度关系

2．3 Mecanum轮组合形式分析

2．3．1 两轮配置分析

2．3．2 三轮配置分析

2．3．3 四轮配置分析

2．4 本章小结

第三章 位置精度分析

3．1 理论位置精度分析

3．1．1 单轮理论位置精度分析

3．1．2 整车理论位置精度分析

3．2 结构精度误差分析

3．2．1 装配精度分析

3．2．2 传动链误差精度分析

3．2．3 悬架系统误差精度分析

3．3 负载不均误差精度分析

3．3．1 单轮负载分析

3．3．2 整车偏载纵向运动分析

3．3．3 整车偏载横向运动分析

3．4 地面因素误差精度分析

3．4．1 地面摩擦不均匀分析

3．4．2 地面不平整分析

3．5 控制系统的研究与改进

3．5．2 位置模式

3．6 本章小结

第四章 Mecanum轮全向移动平台搭建

4．1 总体系统介绍

4．2 电机配置

4．2．1 配置方式

4．2．2 电机选型

4．3 控制系统设计与搭建

4．3．1 控制方式选择

4．3．2 上位机设计

4．3．3 下位机设计

4．4 故障算法

4．5 本章小结

第五章 实验及实验结果分析

5．1 控制模式与运动模式

5．1．1 实验平台搭建

5．1．2 车身行驶原始偏差的标定与修正

5．1．3 位置模式与速度模式对比

5．1．4 点动模式测试

5．1．5 组合控制的距离精度实验

5．2 载荷分布影响实验

5．3 摩擦不均影响实验

5．4 地面不同情况实验

5．4．1 地面摩擦变化

5．4．2 地面凸起

5．5 故障实验

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 本文的贡献与创新

6．3 未来工作展望

致谢

参考文献