1、全向移动机器人结构分析全向移动机器人结构分析李财李财概述概述v随着科技的不断发展，人们对移动机器人的能力随着科技的不断发展，人们对移动机器人的能力要求越来越高。自上世纪九十年代以来，人们广要求越来越高。自上世纪九十年代以来，人们广泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，以实泛开展了对机器人移动功能的研制和开发，以实现各种工作环境需求。现各种工作环境需求。v基于全方位轮的全向移动机构可以实现高精度定基于全方位轮的全向移动机构可以实现高精度定位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的位、原地调整姿态和二维平面上任意连续轨迹的运动，具有一般的轮式机构无法取代的独特性能。运动，具有一般的轮式机构无法取代
2、的独特性能。模型图片模型图片三轮结构与四轮结构的比较分析三轮结构与四轮结构的比较分析机械结构分析机械结构分析1运动学分析运动学分析2动力学分析动力学分析3实验数据分析实验数据分析4分析结论分析结论5比较分析模型比较分析模型v 三轮：三轮：1.944kg，电机，电机30W，减速比，减速比5:1v 四轮：四轮：2.340kg，电机，电机30W，减速比，减速比5:1模型机械结构模型机械结构v x,y,坐标坐标d车体轴心到轮子的距离车体轴心到轮子的距离v v0,v1,v2,v3轮子线速度轮子线速度w0,w1,w2,w3轮子角速度轮子角速度v f0,f1,f2,f3轮子的驱动力轮子的驱动力T0,T1,T
3、2,T3轮子的转矩轮子的转矩v v,vn车体线速度车体线速度w车体角速度车体角速度v Fv,Fvn车体延车体延v,vn方向的驱动力方向的驱动力T车体转矩车体转矩运动学分析运动学分析v 速度公式：速度公式：三轮结构运动学分析三轮结构运动学分析四轮结构运动学分析四轮结构运动学分析运动学分析比较运动学分析比较三论结构：三论结构：机械结构相对简单质量较轻、成本较低控制端口相对较少单个电机速度算法相对复杂速度和负载能力较差分析比较分析比较四轮结构：四轮结构：机械结构相对复杂质量较重、成本较高控制端口要求较多单个电机速度算法相对简单速度和负载能力较强动力学分析动力学分析v 车体加速度计算公式：车体加速度计
4、算公式：v FBv,FBvn延延v，vn方向的黏性摩擦力方向的黏性摩擦力v Fcv，Fcvn延延v，vn方向的库伦摩擦力方向的库伦摩擦力v TCw库伦阻矩库伦阻矩v TBw黏性阻矩黏性阻矩动力学分析动力学分析v 黏性阻力：黏性阻力：库伦阻力：库伦阻力：动力学分析比较动力学分析比较实验数据分析实验数据分析能耗能耗基本参数基本参数灵敏度灵敏度运动学运动学控制控制 实验模型实验模型实验基本参数比较实验基本参数比较v 三轮结构：三轮结构：v 四轮结构：四轮结构：电机电压与时间关系图车体转矩与转速关系图实验数据表电机电压与时间关系图车体转矩与转速关系图实验数据表实验基本参数比较实验基本参数比较车体速度与
5、加速度随时间变化（自由减速过程）车体速度与加速度随时间变化（自由减速过程）三轮结构：三轮结构：四轮结构：四轮结构：速度加速度速度加速度速度稳定性参数比较速度稳定性参数比较三轮结构：三轮结构：四轮结构：四轮结构：数据比较：数据比较：速度稳定性参数比较速度稳定性参数比较图形比较（最大值越接近零点越精确）：图形比较（最大值越接近零点越精确）：运动特性比较运动特性比较角度角度车体速率车体速率延红色虚线方向速率最大电能消耗比较电能消耗比较v 达到相同速率时不同前进角度驱动电流变化图：达到相同速率时不同前进角度驱动电流变化图：最大速率比较最大速率比较时间/t速度加速度总电流四轮三轮总结总结四轮结构在速度计算算法、车体角速度、车体转四轮结构在速度计算算法、车体角速度、车体转矩、运动速度、加速度、负载能力等方面都较三矩、运动速度、加速度、负载能力等方面都较三轮机构有一定优势轮机构有一定优势但是，四轮结构在成本、控制精度、能量消耗等但是，四轮结构在成本、控制精度、能量消耗等方面却不如三轮结构方面却不如三轮结构
