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全向轮移动机器人的设计和控制050308225 Alex.Wang摘要这篇论文介绍一个全向移动机器人作为教育学习。由于它的全向轮设计，这种机器人拥有有各个方向移动的能力。这篇论文主要提供了一些关于常用的和特殊的车轮设计，以及全向轮机械设计方面和电子控制方法：远程控制、自动导航寻迹和自动控制的方法。1、引言移动机器人在工业和技术方面应用的重要性正在日益的增加，在无人监控值守、检查作业、运输运送领域已经得到了广泛的应用。一个更加紧俏的市场是移动娱乐机器人的开发。作为一个全自动的移动机器人，其中一个主要的应用需求是它的空间移动能力，同时能够避免障碍物并且发现去下一站的路径。为了能实现这种任务，能够引导机器人移动的功能如定位、导航必须为机器人提供他当前位置信息，这就意味着，它要借助于多个传感器，外部的状态参考和算法。为实现移动机器人能够在狭窄的区域移动并且避开障碍物，必须具备良好的移动性能并得到正确而巧妙的引导，这些能力主要取决于车轮的设计。关于这方面的研究正在持续不断的进行，以改善移动机器人系统的自动导航能力。本篇论文介绍一种全方向的移动机器人作为教育之用。采用特殊的Mecanum轮设计，使这种机器人拥有全部方向的移动能力。论文目前提供一些关于传统的和特殊的车轮设计、机械结构设计以及电路和控制方法、远程遥控、线性跟踪（LINE FOLLOW）、自动控制方面的信息。由于这种机器人的移动能力和它各种控制方法的多样选择性，本章中讨论的机器人可以作为一个非常有趣的教育性平台。这篇论文是一项在Robotics Laboratory of the Mechanical Engineering Faculty, ”Gh. Asachi” Iasi理工大学研究成果的总结报告。2、全方向移动能力“全方向”这个术语是用来描述一个系统在任意的环境结构中立刻向某一方向移动的能力。机器人型运动装置通常是为在平坦的平面上移动而设计的，运行在仓库地面、路面、LAKE、桌面等。在这种二维的空间，一个物体有三个自由的维度，能够在各种方向之间转换并且能够以物体的重心为中心进行旋转，但是很多传统的车辆不能独立地控制每个方向的度数。传统的车轮不能够向平行于轮轴的方向移动，这种所谓的非完整的限制车轮阻止了车辆使用侧向滑动，比如小汽车，向垂直于行驶的方向移动。虽然它能够在一个二维的空间基本达到每个位置和方向，但需要复杂而巧妙的引导和复杂的路径来完成。这种情况在人工操作和自动驾驶的车辆上都是存在的。当一个车辆没有完整性的限制（holonomic constraints）,它可以在任何方位驶向每一个方向，这种能力就是被广泛熟知的全向移动能力。全向移动装置在常规的（non-holonomic）的平台上拥有非常大的优势，伴随像汽车一样的阿克曼(车)转向驾驶盘或者不同的驾驶系统，在狭窄的区域移动。它们可以在狭窄的小道上横行或斜行、原地转向或者沿着复杂的轨道移动。这种机器人可以在有固定或者活动的障碍物以及狭窄的小道等复杂环境中轻松的完成任务，这种环境通常可以在工厂车间、办公室、仓库以及医院等地方发现。灵活的材料处理和运动，加上实时的控制已经成为现代制造业一个基本的部分。自动引导的移动装置（VGA’S）在灵活的制造系统中用来移动和调节部件而得到了广泛的应用。全向移动装置发展的未来是更进一步的提高这种结构的有效性，并且增加一个可以测试车辆特殊的机动性的地面行驶平台。全向移动装置根据移动性能而排列的车轮可以分为两类：常规的车轮设计和特殊的车轮设计。三、车轮设计1、传统的车轮设计传统的用于拥有全向移动能力的机器人的车轮设计可以分为两个类型，脚轮(caster wheels)和方向轮(steering wheels)。与特殊的车轮配置相比，它们拥有更好的路面适应能力并且能更好的承受地面的不规则（irregularities）。但是，由于他们非完整的特性而并不拥有真正的全向性，因为当遇到沿着一个不连续的弯道移动时只有很有限的时间让转向马达驱动车轮以重新适应那个设计好的弯道。在大多数应用中这个过程通常所需的时间比整车辆的动力学快的多。因此，可以认为他是可以实现零半径轨迹运行的并且保留了全方位这个术语的称号。大多数包含传统轮子和近似全方位的移动机构，至少是将两个独立控制和独立驱动的轮子组合在一起的。活动的小脚轮(Castor wheels)或者是传统的方向轮(steered wheels)可以用来实现这种近似的全方位移动能力。2、特殊的车轮设计特殊的车轮是基于活动有效的牵引力在一个方向，而允许被动移动在另外一个方向这样的概念而设计的，因此在拥挤的环境中拥有了更大的灵活性。这种设计中包含了普通的车轮、Mecanum(Swedish)轮和球形轮这种机械结构。一般的车轮结构在转向中提供了一种限制性的和非限制性