摘 要

Mecanum轮是Bengt Ilon提出的一种可以通过一定的轮组布局组合成全方位移动平台的特殊轮子，其几何结构、组合方式、控制系统等都是研究的热点，较多的学者对其进行过研究，是一种较为成熟的可以实现全方位移动的全方位轮。

本文主要对Mecanum轮的几何结构、运动学模型、轮组布局进行了研究，最后使用ADAMS对可全向运动的Mecanum轮小车进行了运动学仿真。

本文的特色：使用工程软件，对辊子的母线和近似母线及其形成的辊子包络线进行对比，更加形象的看出各近似方法的优劣，利于简化制造难度、提高辊子精度；使用ADAMS软件仿真一定布局形式的小车，可以对其在实际中的应用做出理论铺垫。

关键字：Mecanum轮；全方位移动；母线方程；ADAMS

Abstract

Mecanum wheel is a special wheel proposed by Bengt Ilon that can be combined into a full-scale mobile platform through a certain wheel layout. Its geometric structure, combination method, and control system are all research hotspots. Many scholars have studied it. , is a more mature all-round wheel that can achieve all-round movement.

This paper mainly studies the geometric structure, kinematics model and wheels layout of Mecanum wheel. Finally, the ADAMS is used to simulate the omnidirectional Mecanum wheeled vehicle.

The characteristics of this paper: Using software, comparing the roller's busbars and the approximate busbars and their formed roller envelopes, the advantages and disadvantages of each approximating method are more visually seen, which helps to simplify the manufacturing difficulty and improve the accuracy of the rollers; using ADAMS Software simulation of a certain layout of the car can be theoretically paved with its practical application.

Keywords: Mecanum wheel; Omnidirectional movement; Bus equations; ADAMS

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究目标和技术方案 3

1.3.1基本内容和目标 3

1.3.2技术方案 3

1.4 本章小结 4

第2章 Mecanum轮几何结构分析 5

2.1 Mecanum轮辊子母线推导 5

2.1.1 Mecanum轮辊子母线理论方程 5

2.1.2 Mecanum轮辊子母线近似方程 6

2.2 Mecanum轮辊子母线方程的比较 7

2.2.1 近似母线与理论母线的半径比较 7

2.2.2 近似母线与理论母线的辊子包络线比较 9

2.3 本章小结 11

第3章 Mecanum轮的运动特性及轮组布局分析 12

3.1 Mecanum轮与地面接触的受力分析 12

3.2 Mecanum轮全方位移动小车的运动学模型 13

3.3 Mecanum轮全方位移动小车受力分析及运动学模型的验证 16

3.3.1 运动学模型的验证 17

3.3.2 受力分析的验证 17

3.4 Mecanum轮全方位移动小车的轮组布局分析 17

3.5 A布局小车的运动控制 19

3.6 本章小结 20

第4章 Mecanum轮全方位移动小车的建模及运动学仿真 21

4.1 Mecanum轮全方位移动小车的三维建模 21

4.1.1 Mecanum轮的三维建模 21

4.1.2 Mecanum轮的三维建模 23

4.2 Mecanum轮全方位移动小车的运动学仿真 24

4.2.1 Mecanum轮全方位移动小车的ADAMS模型 24

4.2.2 Mecanum轮全方位移动小车的ADAMS仿真与分析 26

4.2.3 小车的运动误差分析 34

4.3 本章小结 35

第5章 经济性和环保性分析 36

第6章 总结与展望 37

6.1 总结 37

6.2 展望 37

参考文献 39

致谢 40

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着机械制造、机电控制等技术的发展，我们越来越多的将机器人等先进的设备使用在我们的工业领域。就平面移动机构来说，其中的轮式移动机构是我们用到最多也是最可靠的一种移动机构形式。这种移动机构形式的结构形式比较简单，容易设计及控制，而且可以在一个平面中提供很好的运动效果。

全方位移动是轮式移动系统的一种移动方式，是一种“可以在平面移动系统内同时独立的在前后、左右和原地旋转三个方向移动”的移动方式。这种移动方式可以使移动系统在平面中向任意方向移动且可以不改变自身的形态，因为具有这种特性，它非常适合在狭小的空间工作，可以在复杂环境中完成各种任务。根据现有研究，可以实现全方位移动的轮子结构形式有球轮、Mecanum轮、正交轮等。其中，Mecanum轮的悬架结构和控制比较简单，因此被较多的用在工业中，并且这种轮子在近几年也受到国内外的学者和研究机构的青睐。

Mecanum轮是在1973年被瑞士Mecanum AB公司的工程师Bengt Ilon^[1]设计出来。这种轮子和普通车轮有着很大的不同，它是由轮毂和辊子组合而成，轮毂和均匀排布在轮毂上的小辊子（辊子和轮毂有一定角度，一般是45°）^[2]，轮毂绕轮轴旋转，辊子绕辊子轴旋转，辊子的包络面的侧视图是个完成圆周。每个轮子由一个单独的电机控制并驱动^[3]，由若干个Mecanum轮组成的全方位移动小车，由每个轮子的转向和速度组合，实现前后、左右和原地旋转的移动形式。

鉴于其优秀的运动能力，由Mecanum轮组成的全方位移动小车可以运用在空间狭小、危险复杂的环境中，代替人们承担有一定危险的工作。因此，Mecanum轮将会更广泛的应用在我们胜过中的各个领域。

1.2 国内外研究现状

自从Mecanum轮被瑞士工程师Bengt Ilon设计出以后，很多学者就对它展开Mecanum轮辊子几何特征、Mecanum轮机构、轮组布局形式、运动学与动力学建模等各方面的研究。