摘 要

全向移动搬运机器人在工业物流中已经得到广泛的应用，但很少在家庭环境中看到它们的出现。麦克纳姆轮是近年来受到较多关注的全向轮，优点明显。本文拟采用麦克纳姆轮搭建出一款符合家用要求的搬运机器人的行驶系统。

参考已有的几款全向移动底盘的主要参数，确定了适用于家居环境的机器人行驶系统的几项技术指标。经过详细计算与构思，完成了系统主要零部件的设计与布置。在creo中三维建模并搭载好虚拟样机后，导入ADAMS软件中，就三种基本运动作了仿真，验证了结构的合理性。并对照仿真结果，发现了行驶系统高速运动时的抖动问题，提出了相应的预防与改进方法。并得到了平台的运动学方程，为系统的控制打下理论基础，以更好的匹配机器人其它系统完成预定任务。设计过程中的难点在于对整体结构设计与运动仿真分析。

关键词：全向移动平台；麦克纳姆轮；机器人；运动仿真

Abstract

Omnidirectional mobile handling robots have been widely used in industrial logistics, but they are rarely seen in the home environment. The Mecanum wheel is an omnidirectional wheel that has received more attention in recent years and has obvious advantages. This article intends to use Mecanum wheels to build a traveling system that meets the requirements of a home-carrying robot.

With reference to the main parameters of the existing omnidirectional mobile chassis, several technical indicators of the robot driving system suitable for the home environment are determined. After detailed calculation and conception, the design and layout of the main components of the system are completed. After three-dimensional modeling and virtual prototypes were installed in creo, it was imported into ADAMS software to simulate three basic movements, which verified the rationality of the structure. According to the simulation results, the jitter problem of the high-speed movement of the driving system is found, and corresponding prevention and improvement methods are proposed. The kinematics equations of the platform are obtained, which lays a theoretical foundation for the control of the system and better matches other robot systems to complete the scheduled tasks. The difficulty in the design process lies in the overall structure design and motion simulation analysis..

Key Words：Omnidirectional mobile platform；Mecanum wheels；robot；Kinematics simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究内容与全文结构 3

第2章 需求分析与结构设计 4

2.1 需求分析 4

2.2 结构设计 4

2.2.1 驱动轮 4

2.2.2 动力参数计算 6

2.2.3 驱动电机 7

2.2.4 车架与悬挂 8

2.2.5 基座及隔板 10

2.2.6 电池组 10

2.3 本章小结 11

第3章 运动学模型建模 12

3.1理想条件 12

3.2实际条件 14

3.3 本章小结 16

第4章 行驶系统运动仿真 17

4.1 前处理与参数设置 17

4.2 质心偏移仿真 19

4.3 数据分析 22

4.4 本章小结 23

第5章 总结与展望 24

5.1 总结 24

5.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

2015 年，正式发布的《中国制造 2025》明确指出要大力发展包括“机器人”在内的十大领域，“促进机器人行业的标准化、模块化发展，扩大机器人市场和应用”。在此背景下，随着时间的流逝，机器人已经与众多行业紧密相连，成为多个产业中的重要组成部分。一些特定行业，物流仓储和智能制造，在高效率低成本及无人化的需求下，采用移动搬运机器人代替人工操作的做法已成为行业标准。可以看到，一方面这些工业领域对机器人的能力有更高的期望，同时，机器人技术的快速发展也为工业水平的提高起到了推动作用。实际上，除在工业中发挥作用外，家庭环境下，机器人也能为普通消费者带来诸多便利与乐趣。但目前，已有的家用机器人功能还比较单一，只能胜任某种单一的工作，比如iRobot这样的清洁机器人、快宝这样的聊天机器人，同时具备智能化程度高与行动能力强特点的产品并不多见。

将工业机器人的成熟方案，移植到家用场景中不失为一种思路。工业中，搬运机器人广泛应用于各种场景，技术方案丰富，因此从它入手。其中，具备移动能力的搬运机器人分为三类：有轨制导车辆(Rail Guided Vehicle)、自动导引运输车(Automated Guided Vehicle)和智慧型引导运输车（Intelligent Guided Vehicle）。有轨和自动导引式的机器人相较于固定式机器人，轻便灵活，但行驶线路固定，无避障越障能力。对于没有固定布局的家居环境来说，无需借助任何标记物行驶、路径灵活多变、自动化程度最高的IGV作为借鉴最为合适。

硬件设计上，为提高工作效率，可移动搬运机器人除机械臂、夹具外，赋予其移动能力的行驶机构，或者称为机器人移动平台的设计与制造也同样重要。