全方位移動載人機器人輪系的優化設計
2020年電子技術應用第9期
范 晶，吳 暉
中國電子信息產業集團有限公司第六研究所，北京100083
摘要： 自主設計的全方位移動機器人在載人時行進阻力較大，無法滿足任務要求。針對這一問題，從材料選用和小輪安裝方式兩個方面改進設計機器人的全方位輪系，并通過ADAMS運動學仿真的手段初步驗證了優化設計的正確性。最后，在全方位移動機器人上先后搭載舊式和新式兩代全方位輪系做載人實驗，結果證明：搭載新設計的全方位輪系后，載人機器人的移動效率、穩定性和平順性都得到了大幅提升，滿足任務要求。
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化設計[J].電子技術應用，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化設計[J].電子技術應用，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
在平面上可以實現前后、左右和自轉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、效率和平穩性，因此多年來輪系的優化設計一直是全方位移動機器人運動控制和路徑規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、穩定性和平順性，對全方位移動機器人的運動控制和路徑規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構，可以實現機身在不轉向的情況下進行各個方向的直線或曲線運動。需要轉向時也很靈活，且原地轉向無轉向半徑限制，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，不易磨損，小輪軸的受力情況也較好，對各個輪的轉向和轉速控制得當，即可實現精確定位和軌跡跟蹤[3]。
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作者信息:
范 晶，吳 暉
(中國電子信息產業集團有限公司第六研究所，北京100083)
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