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1、 . . 摘 要作为移动小车而开发的移动机构种类已相当繁多，仅就地面移动而言，移动机构就有车轮式、履带式、腿脚式、躯干式等多种形式，适应了各种工作环境的不同要求。全向移动小车的全方位轮具有平面三个自由度，可同时独立的前后、左右和原地旋转运动，可在不改变自身位姿的情况下向任意方向移动。借助于横向移动和原地回旋的特性，全方位运动平台还可方便的穿梭于狭窄拥挤空间中，灵活完成各种任务，相比传统移动平台有明显优势。本综述论文首先分析了全向移动小车在国外的研究简史与应用现状；对现使用较为广泛的全向轮进行综述对比；重点对当前主流轮式全向移动小车按照其机械结构、硬件模块、软件分析进行分类整理，总结论述了全向移
2、动小车的三种控制方式；最后对全文进行归纳总结，展望了轮式全向移动小车的发展方向。本综述论文在借鉴国外的研究成果上，较为完善的总结了全向移动小车体系结构，为以后深入研究轮式全向移动平台的广泛应用提供理论参考依据。关键字：麦克纳姆轮；全方位移动小车；车底安全检查Review of wheeled omni-directional mobile vehicle architectureStudent：CHENFeng-jun Teacher：XUJian-yuAbstract：As the development of moving mobile car types of institutions
3、has been quite extensive, only the ground moving, the moving mechanism had wheels, crawler, legs, torso and so on, adapted to the different requirements of various work environments.Moved car full omni-directional wheel having a plane of the three degrees of freedom, which can separate front, left,
4、and rotational movement in situ, can be made without changing their posture in the case move in any direction. In situ by means of maneuver and lateral movement characteristics, full-motion platform can be easily shuttle in the narrow, flexible, complete a variety of tasks, compared to traditional m
5、obile platform has obvious advantages.This review analyzes the omni-directional mobile car at home and abroad Brief History of Research and Application Status; right now the more widely used omni-directional wheel summarized comparison; focusing on the current mainstream wheeled omni-directional mob
6、ile car according to its mechanical structure, hardware modules , software analysis carry out classify collate, summarize discusses the omni-directional mobile trolleys three kinds control mode; Finally pairs of full-text carry on summarized, prospected wheeled omni-directional mobile car direction
7、of development.This review paper drawing on the research results at home and abroad, the more perfect summary of the whole architecture of the mobile car for future in-depth study wheeled omni-directional mobile platform widely used to lay a good foundation.Keywords:Mecanum wheel; omni-directional m
8、obile robot; vehicle safety inspection目 次摘要IAbstractII1 引言11.1 课题研究的背景和意义11.2 课题研究的主要容和工作12 全向移动小车研究简史与应用现状22.1 国外研究22.2 国研究22.3 应用现状32.4 本章小结53 轮式全向轮的研究综述63.1 正交轮系63.2 Rover轮系63.3 球轮系63.4 Mutual YoYo轮系73.5 偏心轮系73.6 Mecanum轮系73.7 本章小结84 主流轮式全向移动小车体系结构94.1 机械结构94.1.1三轮结构94.1.2四轮结构94.1.3两者比较104.2 硬件控制
9、模块114.2.1主控制器模块124.2.2传感器模块134.2.3次硬件模块134.3 软件分析144.3.1单片机软件分析144.3.2DSP软件分析154.4 三种控制方式164.4.1全向自主模式174.4.2全向循迹模式184.4.3遥控传感模式194.4.4各控制模式综合194.5 本章小结195 轮式全向移动小车结论与展望205.1 结论205.2 展望205.2.1车底安全检查205.2.2航天器制造业205.2.3高空作业平台215.2.4空间重负荷平台21致22参考文献23附录25 / 1 引言1.1 课题研究的背景和意义随着电子通信与机电控制等技术的高速发展，人们已经开始
10、并不断的尝试将智能小车或机器人等高效率的工具引入我们工业的各个领域。现在，作为移动小车而开发的移动机构已相当繁多，仅就地面移动而言，移动机构就有车轮式、履带式、腿脚式、躯干式等多种形式，适应各种工作环境要求。车轮式移动机构尤其突出，逐渐成为移动小车的重要组成部分之一。对于普通的轮式移动机构，转弯都需要一定的旋转半径，在狭小的空间常因无法横向移动而失去作用，这在一定程度上限制了轮式移动小车的使用围。而轮式全向移动小车的车体无需做出任何转动，便可实现前后、左右和自转3个自由度运动，成为轮式移动机构的主要发展趋势。全向移动小车以Mecanum 全方位轮（Omni- directional wheel
11、）研究最多。全方位移动小车就轮结构布局而言，以结构支撑稳定可靠、各轮负载较均匀、运动平稳、易于控制等优点的四轮结构在实际应用最为广泛。研究说明麦克纳姆轮全向移动小车在运动与转位方面灵活，不受运动空间空间，可应用于生活、物流、工业和机器人等多个领域，有广阔的应用前景。1.2 课题研究的主要容和工作本课题研究容主要有：整理当前主流轮式全向移动小车的体系结构（机械、硬件、软件）与应用现状。主要工作如下：1）根据轮式全向移动小车体系结构，整理出当前轮式全向移动小车体系结构的机械、硬件、软件和移动小车的应用现状。2）参照国外已有实例，提出适用于车底安全检查应用的小型小车体系结并论证此体系结构有效性。3）
12、搜集国/外文献，整理此领域1980年代以来研究简史。4）简单预测本领域未来的研究发展方向。5）查找本领域的主要研究机构与其研究子领域容和研究现状；本领域主要国际期刊与其关注的子领域容；本领域主要国际会议的网址、提交会议论文方式。2 全向移动小车研究简史与应用现状目前移动机构的使用最广泛且最可靠的就算轮式移动小车了。相对于目前亦有应用的其他移动形式(履带式、蛇行式、腿足式等)而言，移动小车运动效率高、载重能力强、机械结构稳定等优点可满足大部分工业环境使用要求。且小车的结构丰富、驱动控制相对简单、运动灵活、行进速度相对较高而倍受青睐1-4。因此，国外相关研究机构对此作出广泛的研究。2.1 国外研究
13、对于全方位移动机器人的研究工作，国外已有相当多的研究机构进行了广泛的研究，全方位移动机器人大致可以分为6类,美国、德国、日本等发达国家在此领域上属于领先地位（具体分析参见第三章）。2.2 国研究我国自上个世纪八十年代，才开始对Mecanum轮的研究工作。研究主要集中在Mecanum轮结构与机理分析上，主要研究机构包括清华大学、国防科技大学、大学、中国科学院等高等院校和国家科研机构。 大学研制的全方位越障爬壁机器人可以在保持姿势不变的情况下，沿壁面进行全方位移动，并能跨越运行路径中的障碍物。该机构结构简单，不需要传感装置来检测障碍。江南大学的高春能，纪志成研制一种定制使用单排万向行走轮的新型全方
14、位移动机器人，见图 2-1。付宜利、王树国等进行了全方位轮式移动机器人平台研究，提出了一种新型轮式移动机器人结构，见图 2-2。图 2-1单排万向行走轮 图 2-2 全方位轮式移动机器人大学翮、熊蓉、褚健5和工业大学的闫国荣，海兵各研究一种在结构复杂程度、承载能力和效率方面都有所改进的新型全方位轮式移动机构，即双排万向行走轮6，见图2-3。图 2-3双排万向行走轮与全方位移动足球机器人中国科学院自动化研究所研制的全方位移动机械手，该全方位移动机械手主要由3 个轮间夹角互为 120的偏心方向轮构成。其他的还有中国科学院自动化研究所的开周，茂相，董再励对一类正交轮全方位移动机器人不确定扰动数学模型
15、进行了研究。2.3 应用现状全向移动机器人可以实现前后、左右、左前、右前、左后、右后、逆时针、顺时针的平稳运动7等优点，在各种比赛、生活、物流、工业上都具有普遍应用。全向移动机构在足球机器人的比赛上已有相当的研究应用，以日本Keio 大学Eigen队、Kanazawa理工大学Winkit队，和德国的Freie大学FUfighter队、Stuttgart大学Cops Stuttgart队实力较强。图2-4足球机器人踢足球过程国足球机器人（如图2-4）的中型比赛在近年来发展迅速。以国防科技大学的“猎豹队（NuBot）”为例，该队早在2001年起就开始参加国足球机器人运动比赛，技术发展到今日，已能代表国的最高水平，但与国际上的最高水平还有一定的差距8。在生活领域，将全方位轮应用在轮椅上，使轮椅具有全方位移动的能力，能更好的适应室狭窄空间的特点，提高了行动不便人士的行动能力，见图2-5。图2-5全方位运动轮椅9 图2-6 Mecanum轮叉车在物流领域，使用叉车可以方便的搬运货物，
