麦克纳姆轮的小车设计(附件)【字数：7530】
麦克纳姆轮全方位运动平台的运动性能突出，其自身不需要任何旋转就可以完成任何方向上的移动。因此在工业、制造业、储蓄物流业以及在自动化领域的应用前景辽阔。本课题主要研究麦克纳姆轮小车的运动原理，制作过程，力学分析以及应用。本文提出8轮麦克纳姆轮小车的概念，进一步拓宽了小车的应用场景。对于麦克纳姆轮的改良和发展，我相信经过此次课题的深入研究和探讨。麦克纳姆轮会让越来越多的人知道了解，并且会促使它在工业和生活中的发展。
目录
引言 1
一、麦克纳姆轮的简介 2
（一）麦克纳姆轮 2
（二）麦克纳姆轮的优点 2
（三）麦克纳姆轮和全向轮的对比 3
（四）研究的背景与意义 3
（五）国内外研究状态 5
（六）本文研究的主要内容及设计指标 6
二、麦克纳姆轮理论分析 6
（一）麦克纳姆轮的基本结构特性 6
（二）麦克纳姆轮的运动原理 7
（三）麦克纳姆轮底盘的正逆运动学模型 7
（四）麦克纳姆轮与不平地面的接触状态 8
（五）麦克纳姆轮的运动分析 8
（六）麦克纳姆轮的分布 10
三、麦克纳姆轮小车的制造 10
（一）建立运动学二维模型 10
（二）建立仿真模型 11
（三）麦克纳姆轮的连接拓补 13
（四）麦克纳姆轮平台样机的演示 14
（五）小结 15
总结 16
参考文献 17
谢辞 18
引言
本毕业论文主要研究8个轮子的麦克纳姆轮的小车设计，目的是让更多的人认识和了解麦克纳姆轮的小车设计、动作原理及在工业工程当中的应用。并随着工业科技的迅速发展，在一些重载或是极重载的情况下，4轮麦克纳姆轮全向平台的载重实力有限，由此，我们引进了八麦克纳姆轮全向平台，进一步满足工业生产生活的需求。随着航空和航天的飞行器、石油化工、物流、电力行业方面和产品向大的尺寸以及质量的成长，多轮驱动全向运功平台是实现重载搬运的合理选择。本次课题涉及到机械、机电一体化、建模等方面的知识，机械类设备和电路图接线的研究，Solid Wo *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
rks，AutoCAD的知识，综合了很多方方面面。我相信经过此次的研究会有更多人了解麦克纳姆轮，以及让我对麦克纳姆轮有更深刻的了解。
一、麦克纳姆轮的简介
（一）麦克纳姆轮
麦克纳姆轮最初是由瑞士的麦克纳姆轮 AB公司的工程师Bengt Ilon设计出。麦克纳姆轮是在Mcanum（瑞典）获得了专利，这是一个以中央车轮原理为基础的全球运动。麦克纳姆轮有轮毂和辊子组成，周围有许多轴线，这些倾斜的圆轴将车轮的部分转向力转化为车轮的转向力。沿着轮子轮毂圆的四周围排列着与轮子成一定夹角(一般为45度)的鼓形辊子，辊子可围绕其自身的轴线运转，辊子的表面形状通常是圆柱形。如图11所示
/
图11 麦克纳姆轮模型
轮毂轴与辊子所形成的夹角，决定了麦克纳姆轮的力学特性和运动学特性，根据每个车轮运动的方向、速度，这些力的组合产生在期望的方向上组合成的力矢量，使平台可以自由的向着最终组合成的力矢量方向上移动，而不用改变车轮本身方向。轮辋上有许多倾斜轮辊，所以车轮能够横向滑动。麦克纳姆轮是紧凑的、活络的，是种特别奏效的多功能车轮。用8个这种新型轮子进行组合起来，便可以更方便、更有效地实现多功能运动。
（二）麦克纳姆轮的优点
1.灵活、自由
麦克纳姆轮小车不但采用了独特的移动方式,还采用了全向驱动技术,使得小车能在平面内的任意方向平移、旋转。比如一直向前直行、倾斜方向的运动、横向的运动以及S弯形的运动、零半径任意角度的旋转等。最大的灵活性让麦克纳姆轮在狭小的空间中完成高精度运动。因为麦克纳姆轮的全向性,所以小车能在狭窄的空间内灵活行走,并可以快速定位。
2.安全性设计
以麦克纳姆轮为基础研制的小车可以装载超声波雷达紧急避障系统。在小车运动过程中可以察觉到障碍物的存在，可以自己减速或刹车。有效的保障工作人员、设备和它自身的安全。同时可以按需求安装具有声光的警示设备和故障声光警示设备。麦克纳姆轮小车还可以配备无线手持遥控系统和紧急急停装置,方便用户操作。
3.人机功效
使用麦克纳姆轮技术生产的小车可进行点动式的细微化调节,满足高度精确的位和高度精确的运行要求。通过麦克纳姆轮全向轮的架构、优化设计技术,可以更好的提高小车运行的稳定性。
（三）麦克纳姆轮和全向轮的对比
相同点：
全向轮和麦克纳姆轮的共同点是他们的组成部分大致相同，基本包含以下两个部分：轮毂和辊子。轮毂它是整个轮子内部的主体部位或为支柱，然而辊子是安装在轮毂上的，与轮毂成一定角度的鼓状物。全向轮的轮毂和轮轴与辊子转轴之间形成一个夹角呈90°角，则麦克纳姆轮的轮毂和轮轴与辊子的转轴之间为45°的夹角。理论上，这个夹角可以是任何值，可以根据实际情况来设定这个夹角，从而设计出不同的轮子，但是最常用的还是这两种。
不同点：
麦克纳姆轮与全向轮在力学特性、机械结构、运动学特性上都存在一定的区别，其本质差别体现在轮毂轴与辊子转轴的角度不同。
（四）研究的背景与意义
当今，中国的全向运动平台装备居多用于承受几公斤、几十公斤的轻载型的小型机器人。以麦克纳姆轮小车为底盘的应用在搬运车、AGV、轮椅、叉车、机器人等系统，以及工业、医疗、教育等领域。
如图12所示，医疗方面，麦克纳姆轮用于全向运动的椅子，可以让残疾人、年老体迈的人提高他们出行能力。
/
图12全向移动轮椅
如图13所示，在儿童教育领域，麦克纳姆轮用于乐高玩具小车，可以更灵活的控制玩具的行进方向，增加娱乐性。也可以激励大脑，更进一步培养动手能力和提升更广阔的知识。
目录
引言 1
一、麦克纳姆轮的简介 2
（一）麦克纳姆轮 2
（二）麦克纳姆轮的优点 2
（三）麦克纳姆轮和全向轮的对比 3
（四）研究的背景与意义 3
（五）国内外研究状态 5
（六）本文研究的主要内容及设计指标 6
二、麦克纳姆轮理论分析 6
（一）麦克纳姆轮的基本结构特性 6
（二）麦克纳姆轮的运动原理 7
（三）麦克纳姆轮底盘的正逆运动学模型 7
（四）麦克纳姆轮与不平地面的接触状态 8
（五）麦克纳姆轮的运动分析 8
（六）麦克纳姆轮的分布 10
三、麦克纳姆轮小车的制造 10
（一）建立运动学二维模型 10
（二）建立仿真模型 11
（三）麦克纳姆轮的连接拓补 13
（四）麦克纳姆轮平台样机的演示 14
（五）小结 15
总结 16
参考文献 17
谢辞 18
引言
本毕业论文主要研究8个轮子的麦克纳姆轮的小车设计，目的是让更多的人认识和了解麦克纳姆轮的小车设计、动作原理及在工业工程当中的应用。并随着工业科技的迅速发展，在一些重载或是极重载的情况下，4轮麦克纳姆轮全向平台的载重实力有限，由此，我们引进了八麦克纳姆轮全向平台，进一步满足工业生产生活的需求。随着航空和航天的飞行器、石油化工、物流、电力行业方面和产品向大的尺寸以及质量的成长，多轮驱动全向运功平台是实现重载搬运的合理选择。本次课题涉及到机械、机电一体化、建模等方面的知识，机械类设备和电路图接线的研究，Solid Wo *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
rks，AutoCAD的知识，综合了很多方方面面。我相信经过此次的研究会有更多人了解麦克纳姆轮，以及让我对麦克纳姆轮有更深刻的了解。
一、麦克纳姆轮的简介
（一）麦克纳姆轮
麦克纳姆轮最初是由瑞士的麦克纳姆轮 AB公司的工程师Bengt Ilon设计出。麦克纳姆轮是在Mcanum（瑞典）获得了专利，这是一个以中央车轮原理为基础的全球运动。麦克纳姆轮有轮毂和辊子组成，周围有许多轴线，这些倾斜的圆轴将车轮的部分转向力转化为车轮的转向力。沿着轮子轮毂圆的四周围排列着与轮子成一定夹角(一般为45度)的鼓形辊子，辊子可围绕其自身的轴线运转，辊子的表面形状通常是圆柱形。如图11所示
/
图11 麦克纳姆轮模型
轮毂轴与辊子所形成的夹角，决定了麦克纳姆轮的力学特性和运动学特性，根据每个车轮运动的方向、速度，这些力的组合产生在期望的方向上组合成的力矢量，使平台可以自由的向着最终组合成的力矢量方向上移动，而不用改变车轮本身方向。轮辋上有许多倾斜轮辊，所以车轮能够横向滑动。麦克纳姆轮是紧凑的、活络的，是种特别奏效的多功能车轮。用8个这种新型轮子进行组合起来，便可以更方便、更有效地实现多功能运动。
（二）麦克纳姆轮的优点
1.灵活、自由
麦克纳姆轮小车不但采用了独特的移动方式,还采用了全向驱动技术,使得小车能在平面内的任意方向平移、旋转。比如一直向前直行、倾斜方向的运动、横向的运动以及S弯形的运动、零半径任意角度的旋转等。最大的灵活性让麦克纳姆轮在狭小的空间中完成高精度运动。因为麦克纳姆轮的全向性,所以小车能在狭窄的空间内灵活行走,并可以快速定位。
2.安全性设计
以麦克纳姆轮为基础研制的小车可以装载超声波雷达紧急避障系统。在小车运动过程中可以察觉到障碍物的存在，可以自己减速或刹车。有效的保障工作人员、设备和它自身的安全。同时可以按需求安装具有声光的警示设备和故障声光警示设备。麦克纳姆轮小车还可以配备无线手持遥控系统和紧急急停装置,方便用户操作。
3.人机功效
使用麦克纳姆轮技术生产的小车可进行点动式的细微化调节,满足高度精确的位和高度精确的运行要求。通过麦克纳姆轮全向轮的架构、优化设计技术,可以更好的提高小车运行的稳定性。
（三）麦克纳姆轮和全向轮的对比
相同点：
全向轮和麦克纳姆轮的共同点是他们的组成部分大致相同，基本包含以下两个部分：轮毂和辊子。轮毂它是整个轮子内部的主体部位或为支柱，然而辊子是安装在轮毂上的，与轮毂成一定角度的鼓状物。全向轮的轮毂和轮轴与辊子转轴之间形成一个夹角呈90°角，则麦克纳姆轮的轮毂和轮轴与辊子的转轴之间为45°的夹角。理论上，这个夹角可以是任何值，可以根据实际情况来设定这个夹角，从而设计出不同的轮子，但是最常用的还是这两种。
不同点：
麦克纳姆轮与全向轮在力学特性、机械结构、运动学特性上都存在一定的区别，其本质差别体现在轮毂轴与辊子转轴的角度不同。
（四）研究的背景与意义
当今，中国的全向运动平台装备居多用于承受几公斤、几十公斤的轻载型的小型机器人。以麦克纳姆轮小车为底盘的应用在搬运车、AGV、轮椅、叉车、机器人等系统，以及工业、医疗、教育等领域。
如图12所示，医疗方面，麦克纳姆轮用于全向运动的椅子，可以让残疾人、年老体迈的人提高他们出行能力。
/
图12全向移动轮椅
如图13所示，在儿童教育领域，麦克纳姆轮用于乐高玩具小车，可以更灵活的控制玩具的行进方向，增加娱乐性。也可以激励大脑，更进一步培养动手能力和提升更广阔的知识。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzdq/275.html
