麦克纳姆轮的设计与分析文献综述

 2022-08-04 09:08

前言:全方位移动机构运动非常灵活, 可在二维平面上从现在位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态. 在某些场合有明显的优越性; 如在较狭窄或拥挤的场所工作时, 全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由的穿行. 另外, 在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候, 也需要利用全方位移动机构的特点对自己所处的位置进行细微的调整.

正文:

麦克纳姆轮是一种全方位移动的机械结构,是瑞典麦克纳母公司的专利技术。研究基于麦克纳姆轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。在此基础上研制的全方位叉车及全方位运输平台非常适合转运空间有限、作业通道狭窄的舰船环境,在提高舰船保障效率、增加舰船空间利用率以及降低人力成本方面具有明显的效果。基于麦克纳姆轮的全向装备运输车既能满足在广阔空间内装备运输速度的需求,又能满足在狭小工作空间内的运动灵活性需要,在运输,仓储等领域有重大意义。

本文采用有效的有限元分析软件ANSYS,利用瑞典麦克纳姆公司的麦克纳姆轮专利的基本参数,计算了基于麦克纳姆轮四轮全向移动机构的控制律,得出麦克纳姆轮转速变化规律,对麦克纳姆轮运动过程进行仿真,分析麦克纳姆轮几何参数对其角速度、角加速度的影响,并利用ANSYS有限元分析对麦克纳姆轮结构进行分析,提出改进麦克纳姆轮设计结构降低驱动电机转矩脉动的方法。

Mecanum轮最早是由瑞典Mecanum AB公司的二程师Bengtllon在1973年提出的。随后,PatrickMuir用矩阵变换的方法建立了麦克纳姆轮机器人的运动学模型,并应用于航位推算、车轮打滑检测和反馈控制算法设计。

目前,针对麦克纳姆轮的应用主要集中在仓储搬运领域以及船舶上。很多厂家针对场地狭小的仓储搬运领域研发出多种万向移动机械。采用偏转车轮万向移动原理的搬运机械有日本梯西埃姆生产的ACROBA叉车。德国西兰公司还生产出一种能够万向行驶的侧面叉车,也采用偏转车轮转向方式。【1】

相对于偏转车轮的万向移动方式而言,基于麦克纳姆轮螺旋滚轮的万向移动搬运机械则有很多种,大体可分为叉车、搬运平台、起升平台三类。

而我们反观国内研究现状,国内针对万向移动机构的研究始于上世纪90年代,但大多集中在麦克纳姆轮螺旋滚轮在机器人领域的应用研究。进入本世纪,万向移动机构在搬运机械领域的应用研究开始多了起来,国内先后有多家科研院所、企业针对麦克纳姆轮螺旋滚轮在搬运机械领域的应用展开研究,并开发出多种产品,有些已经推向市场。

但是由于多方原因,目前,国内对麦克纳姆全方位移动技术的研究大都停留在理论和实验阶段,还没有大规模的商业应用,主要原因是该技术对制造进度要求较高,加工难度较大,短期内国内还无法大量制造。

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