全方位移动载人机器人轮系的优化设计
2020年电子技术应用第9期
范 晶，吴 晖
中国电子信息产业集团有限公司第六研究所，北京100083
摘要： 自主设计的全方位移动机器人在载人时行进阻力较大，无法满足任务要求。针对这一问题，从材料选用和小轮安装方式两个方面改进设计机器人的全方位轮系，并通过ADAMS运动学仿真的手段初步验证了优化设计的正确性。最后，在全方位移动机器人上先后搭载旧式和新式两代全方位轮系做载人实验，结果证明：搭载新设计的全方位轮系后，载人机器人的移动效率、稳定性和平顺性都得到了大幅提升，满足任务要求。
中圖分類號： TN03；TP242
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191377
中文引用格式： 范晶，吳暉. 全方位移動載人機器人輪系的優(yōu)化設計[J].電子技術(shù)應用，2020，46(9)：57-59，68.
英文引用格式： Fan Jing，Wu Hui. Optimization design for the wheels of omni-directional mobile manned robot[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：57-59，68.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.191377
中文引用格式： 范晶，吳暉. 全方位移動載人機器人輪系的優(yōu)化設計[J].電子技術(shù)應用，2020，46(9)：57-59，68.
英文引用格式： Fan Jing，Wu Hui. Optimization design for the wheels of omni-directional mobile manned robot[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(9)：57-59，68.
Optimization design for the wheels of omni-directional mobile manned robot
Fan Jing，Wu Hui
The 6th Research Institute of China Electronics Corporation，Beijing 100083，China
Abstract： Because of high manned moving resistance, the self-designed omni-directional mobile robot cannot meet the task requirements. Aiming at this problem, the design of the omni-directional wheels of the robot is improved from two aspects, namely material selection and small wheel installation. And the correctness of the optimization design is preliminarily verified by means of ADAMS kinematic simulation. Finally, the old-style wheels and the new-style wheels are mounted respectively on the omni-directional mobile robot, used for manned experiment. The results show that after using the new design of omni-directional wheels, the mobile efficiency, stability and smoothness of the manned robot are greatly improved, which meets the task requirements.
Key words : omni-directional wheel; manned robot; ADAMS simulation; optimization design
0 引言
在平面上可以實現(xiàn)前后、左右和自轉(zhuǎn)3個自由度運動的機器人稱為全方位移動機器人[1]。由于其輪系直接影響機器人移動的靈活度、效率和平穩(wěn)性，因此多年來輪系的優(yōu)化設計一直是全方位移動機器人運動控制和路徑規(guī)劃領域的研究熱點之一[2]。
針對自主設計的舊式全方位輪在載人時行進阻力較大的問題，本文從材料選用和安裝方式兩個方面優(yōu)化設計全方位輪系，進而改善全方位移動載人機器人的移動效率、穩(wěn)定性和平順性，對全方位移動機器人的運動控制和路徑規(guī)劃研究有一定的實際意義。
1 全方位輪系的新設計
全方位輪包括輪轂和從動輪，該輪轂的外圓周處均勻開設有數(shù)個輪轂齒，每兩個輪轂齒之間裝設有一從動輪，該從動輪的徑向方向與輪轂外圓周的切線方向垂直。這個由大輪邊緣套小輪組成的復合輪子結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)機身在不轉(zhuǎn)向的情況下進行各個方向的直線或曲線運動。需要轉(zhuǎn)向時也很靈活，且原地轉(zhuǎn)向無轉(zhuǎn)向半徑限制，可以使機器人的運動更加靈敏。機器人運動過程中，輪上的各個小輪一般均處于純滾動狀態(tài)，不易磨損，小輪軸的受力情況也較好，對各個輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速控制得當，即可實現(xiàn)精確定位和軌跡跟蹤[3]。
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作者信息:
范 晶，吳 暉
(中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團有限公司第六研究所，北京100083)
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