Mecanum轮移动机器人结构设计及导航控制研究

摘要

我国是一个工业大国，工业自动化程度直接关系着生产力的发展水平，工厂移动运载设备的智能化水平、自主能力以及灵活性直接影响生产效率。自全方位移动机器人问世以来，一直被受关注，对最为灵活的Mecanum轮全方位移动机器人的性能以及导航研究具有重要的实际工程应用价值。
　　针对工业全方位移动机器人的要求，本文设计了Mecanum轮全方位移动机器人，包括其驱动系统、浮动机构以及车体结构。建立全方位移动机器人的运动学模型，研究并仿真分析了Mecanum轮系布局对移动机器人运动稳定性的影响。在此基础上，建立了全方位移动机器人Adams动力学模型，通过运动仿真，分析了由Mecanum轮辊子与地面的接触变形所导致的移动机器人的振动，提出了通过改变浮动机构弹簧刚度有效降低机器人振动的措施，并进行了仿真验证。
　　考虑生产实践过程中，道路标示线或地标会因磨损而模糊，人工地标会被其他物体遮挡，导致无法导航；完全的场景导航，图像处理工作量大，导航存在滞后。本文针对工厂或仓库具有照明灯结构化环境的特点，提出了利用室内照明灯的双目视觉导航算法，研究了利用照明灯图像进行移动机器人位姿检测的算法。室内照明灯作为标志物，相对位置固定而且高，不会被别的物体遮挡，同时，屋顶背景空旷，而且地面相对照明灯距离比较固定，在视觉图像处理时算法相对简单，明显提高了处理效率。基于Mecanum轮运动控制原理，结合照明灯视觉导航算法，本文设计了机器人速度与位姿双闭环的控制系统，实现了PLC下位机的速度控制，给出了双闭环控制方法的思路，并通过实验对移动机器人位姿检测算法的精度进行了测试，实验验证了基于室内照明灯的视觉导航是可行的。

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