纯滚动轮式移动机器人设计及运动控制研究
Research on Design and Motion Control of Pure Rolling Wheel Mobile Robots
- 机械传动 2022年46卷第8期 页码：85-92
- 作者机构：
1.中原工学院 机电学院， 河南 郑州 450007
2.河南科技大学 农业装备工程学院， 河南 洛阳 471000
- 作者简介：
王鹏（1995— ），男，河南周口人，硕士研究生；研究方向为全方位移动机器人机构和运动学分析。
聂建军（1971— ），男，河南封丘人，工学博士，副教授，硕士生导师；研究方向为机械产品现代设计理论及方法和现代制造技术。
- 基金信息：国家自然科学基金青年基金(51905154)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.08.014
中图分类号：
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王鹏,聂建军,解晓琳等.纯滚动轮式移动机器人设计及运动控制研究[J].机械传动,2022,46(08):85-92.
Wang Peng,Nie Jianjun,Xie Xiaolin,et al.Research on Design and Motion Control of Pure Rolling Wheel Mobile Robots[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(08):85-92.
王鹏,聂建军,解晓琳等.纯滚动轮式移动机器人设计及运动控制研究[J].机械传动,2022,46(08):85-92. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.08.014.
Wang Peng,Nie Jianjun,Xie Xiaolin,et al.Research on Design and Motion Control of Pure Rolling Wheel Mobile Robots[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(08):85-92. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.08.014.
摘要
针对轮式移动机器人转向行驶过程中的侧滑问题，设计了一种纯滚动转向系统，以避免因车轮侧滑而导致的轮胎磨损。依据该纯滚动转向系统，开发了双动力差速驱动桥，建立了特殊的阿克曼转向、蟹型运动和原地转向等3种运动模式，并对3种模式进行了运动学特性分析。采用的H型平衡悬架结构，能够根据路面起伏进行自适应调整，提高移动机器人的越障能力；通过搭建实验平台测试了该结构的可行性。最后，基于建立的转向运动控制策略和运动学模型，利用反演法思想，推导出轨迹跟踪控制律，并通过Simuink仿真验证了该控制律的有效性。
Abstract
Aiming at the side slip problem of the wheeled mobile robot in the steering process， a pure rolling steering system is designed to avoid tire wear caused by wheel side slip. Based on this pure rolling steering system， a dual-power differential drive axle is developed， three special motion modes including ackerman steering， crab motion and in-situ steering are established， and the kinematic characteristics of the three modes are analyzed. The adopted H-type balance suspension structure can be adjusted adaptively according to the undulations of the road surface， which improves the mobile robot's ability to overcome obstacles. The feasibility of the structure is tested by setting up an experimental platform. Finally， based on the established steering motion control strategy and the kinematics model， and using the inversion method， the trajectory tracking control law is derived， and the effectiveness of the control law is verified by Simuink simulation.
关键词
纯滚动双动力驱动桥全方位移动轨迹跟踪
Keywords
Pure rollingDual-power drive axleOmni-directional movementTrajectory tracking
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