《電子技術(shù)應(yīng)用》
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全方位移動(dòng)載人機(jī)器人輪系的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2020年電子技術(shù)應(yīng)用第9期
范 晶，吳 暉
中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京100083
摘要： 自主設(shè)計(jì)的全方位移動(dòng)機(jī)器人在載人時(shí)行進(jìn)阻力較大，無法滿足任務(wù)要求。針對(duì)這一問題，從材料選用和小輪安裝方式兩個(gè)方面改進(jìn)設(shè)計(jì)機(jī)器人的全方位輪系，并通過ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真的手段初步驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)的正確性。最后，在全方位移動(dòng)機(jī)器人上先后搭載舊式和新式兩代全方位輪系做載人實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明：搭載新設(shè)計(jì)的全方位輪系后，載人機(jī)器人的移動(dòng)效率、穩(wěn)定性和平順性都得到了大幅提升，滿足任務(wù)要求。
中圖分類號(hào)： TN03；TP242
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)載人機(jī)器人輪系的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)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(shí)現(xiàn)前后、左右和自轉(zhuǎn)3個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人稱為全方位移動(dòng)機(jī)器人[1]。由于其輪系直接影響機(jī)器人移動(dòng)的靈活度、效率和平穩(wěn)性，因此多年來輪系的優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是全方位移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和路徑規(guī)劃領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[2]。

    針對(duì)自主設(shè)計(jì)的舊式全方位輪在載人時(shí)行進(jìn)阻力較大的問題，本文從材料選用和安裝方式兩個(gè)方面優(yōu)化設(shè)計(jì)全方位輪系，進(jìn)而改善全方位移動(dòng)載人機(jī)器人的移動(dòng)效率、穩(wěn)定性和平順性，對(duì)全方位移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制和路徑規(guī)劃研究有一定的實(shí)際意義。

1 全方位輪系的新設(shè)計(jì)

    全方位輪包括輪轂和從動(dòng)輪，該輪轂的外圓周處均勻開設(shè)有數(shù)個(gè)輪轂齒，每?jī)蓚€(gè)輪轂齒之間裝設(shè)有一從動(dòng)輪，該從動(dòng)輪的徑向方向與輪轂外圓周的切線方向垂直。這個(gè)由大輪邊緣套小輪組成的復(fù)合輪子結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)身在不轉(zhuǎn)向的情況下進(jìn)行各個(gè)方向的直線或曲線運(yùn)動(dòng)。需要轉(zhuǎn)向時(shí)也很靈活，且原地轉(zhuǎn)向無轉(zhuǎn)向半徑限制，可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加靈敏。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，輪上的各個(gè)小輪一般均處于純滾動(dòng)狀態(tài)，不易磨損，小輪軸的受力情況也較好，對(duì)各個(gè)輪的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速控制得當(dāng)，即可實(shí)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(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京100083)

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