Mecanum轮全方位移动机器人技术及其应用

王兴松

(东南大学 机械工程学院，江苏 南京 210096)

1 全方位移动的定义及常见形式

全方位移动机器人是在平面内具有前后移动、左右移动和原地回转三个独立运动自由度的移动机器人。由于其具有原地零半径回转和横移的特点，非常适合在狭小空间或对机器人的机动性要求高的场合[1]。另外，在需要精确定位或跟踪复杂路径时，利用其可以原地回转的特点，全方位移动机器人能适合更为复杂、紧凑的工作环境[2]。

目前国内外很多机构展开了全方位移动机器人的研制工作[3-4]，在机器人车轮的设计制造、机器人上车轮的轮子配置方案、以及机器人的运动分析和路径规划等方面，进行了广泛的研究，形成了具有不同特色的全方位移动机器人，较为常见有三种[5]：麦克纳姆轮式全方位移动机器人、全轮偏转式全方位移动机器人和caster轮式全方位移动机器人，见图1(a)-(c)[6-7]。

其中，基于Mecanum轮的全方位移动机器人具有整车机械结构简洁、运动控制灵活、通过性好等优点，近年来得到更为广泛的应用[8-9]。

图1 常见的三种全方位移动机器人结构

2 Mecanum轮全方位移动的原理

麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)是一种全方位移动车轮，1973年由瑞士人Bengt Lion发明[10]，该轮的特点是在传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成α角方向安装若干可以自由旋转的小辊子，这样在车轮滚动时，小辊子就会产生侧向运动。通过麦克纳姆轮的组合使用和各车轮转动方向和速度的协调控制，可以使车体得到运动平面内的任意方向移动和转动。……