四轮 控制算法 麦轮_基于麦克纳姆轮的全向移动自主机器人

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基于麦克纳姆轮的全向移动自主机器人

作者：莫然

张进

高淑芝

来源：《山东工业技术》

2017

年第

08

期

摘

要：设计了一种基于麦克纳姆轮的全向移动自主机器人，以

2016

年全国大学生机器人

大赛为背景，研究了基于麦克纳姆轮的四轮式全方位移动机器人，并设计了基于

ROS

机器人

系统的全方位移动机器人控制系统，并围绕移动机器人定位和轨迹跟踪算法进行了深入研究。

测试结果表明，麦克纳姆轮更加适应

SLAM

导航系统，在测试结果中机器人可以自主建图导

航，实现了全向移动自主机器人的功能。

关键词：麦克纳姆轮；全向移动；机器人

DOI

：

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.204

自主全方位移动机器人作为一类典型的移动机器人系统，具有平面内完全的

3

个自由度，

可以实现任意时刻任意方向的自由运动

[2]

，因此全方位移动机器人非常适合工作在空间狭

小、对机动性能要求高的复杂环境。目前，全方位移动机器人主要采用全向轮来实现全方位移

动，一般常用的全向轮有麦克纳姆轮、

Grabowiecki

轮、球形轮等。随着技术的不断发展，这

些全向轮已被广泛应用于军事和工业的许多方面

1

全向机器人机械设计

机器人底盘机械的设计采用四轮驱动麦克纳姆轮的方式，但在平面内运动时会出现如何保

证四点都着地的问题。如果四轮中有驱动轮与地面接触不好，容易出现打滑、空转的现象，影

响控制精度。虽然可以在机器人组装后进行手动调整，但效果难以保证。而且由于机器人设计

时考虑到室外应用的要求，机器人底盘的结构必须在较差的地面上仍然保证与地面的良好接

触，简单平面组装的方法显然不能满足要求。

在本研究初期，采用大疆创新研发的麦克纳姆轮底盘，其使用了独立弹性悬挂法，用避震

器将轮组与上部车板连接，这样不仅增强了底盘运行的稳定性，减少底盘运动时引起的车体振

动，而且使底盘具有一定的越野性能，能够越过较低的障碍物，攀爬

30

度左右的斜坡。但是

由于此种底盘在通过地面障碍时，麦克纳姆轮与地面的角度不会保持

90

度，造成麦克纳姆轮

受力不均匀导致底盘行驶性能降低以及麦克纳姆轮磨损严重，而且此底盘需要大量的

CNC

加

工金属件，成本高，固自主研发机械底盘，即四轮纵臂独立悬挂底盘。

将整个底盘采用四轮纵臂独立悬挂，每个麦克纳姆轮集成悬挂模块均装有弹性减震器，不

同种情景下可采用不同压力负载的弹性减振器，保证四个麦克纳姆轮在车体运行过程中同时着

地驱动。每个悬挂模块中，麦克纳姆轮使用刚性联轴器与电机减速器电机轴相连，电机固定在

高强度定做的钢套上，整套模块与车体底盘底板使用

2

块工业合页铰链连接，保证悬挂在底盘