1、结构合理紧凑，总体大小合适

控制全方位移动底盘的总体大小，使其能在室内或狭窄的空间范围内也能灵活的运动，发挥应有的运动特性和功能。同时也要保证有足够的空间用于零件的安装（蓄电池和控制系统），使得各个零件和模块之间相互协调配合。除此之外，全向移动底盘的重心不易过高，防止当运载物体在底盘边缘所引起重心偏移，使得底盘发生倾倒和侧翻，降低底盘重心还能提高运动的稳定性和运动路径的准确度。

2、确保全方位移动底盘的框架具有足够的强度与刚度

全向移动底盘的框架主要作为整个搬运机器人的连接框架，除了连接四个Macenum轮外，还必须承受机械手与运载物体的重量，必须有足够的强度与刚度来保证全向移动底盘的承受载荷的能力。除此之外，还应采用较轻的材料来减少自身重量，提高它的运动性能与稳定性。

3、控制加工成本，减少不必要的加工

除了确保底盘能够实现其功能要求外，还要保证其可加工性。在设计过程中尽可能采取模块化设计，选用标准件或能从市场采购的零件、材料成品，减少自己加工设计所带来的不必要的成本与劳动，大大节省成本与装配加工时间，同 时也方便了底盘的维修和改良。

2。2  Mecanum轮轮系的设计

2。2。1  Mecanum轮的结构分析及其原理

本小节重点讲解了Mecanum轮的结构分析和它的运动原理，图2-1为其实物外观图，主要由若干个辊子和两个轮毂构成。辊子均匀安装在轮毂边缘上，它自身与轮子轴线所成的角度为α偏置角。每个辊子必须采用圆柱包络面避免运动所带来的振动，从而确保Mecanum轮转动时的平稳性。随着轮子的转动，和地面接触的辊子渐渐离开地面，为了防止在这过程中移动底盘的重心出现偏移，应合理设置辊子的间距，使得辊子离开地面的时候下一个辊子已经与地面发生接触，确保始终有1～2个辊子与地面是相互接触的[15]。当辊子的角度为45°时，轮子旋转时位于周边的辊子与地面接触所产生的摩擦力能够分解大小相等，方向分别平行、垂直于轮子中心的轴线[16]。由4-Mecanum轮组成的轮系，按照运动学模型分别调整4个轮子的旋转方向与速度大小，其所受的力能合成到任意方向，从而能够实现移动底盘的全向移动。

图2-1  Mecanum轮实物图

2。2。1。1  辊子母线的设计

Mecanum轮的辊子母线方程可以根据椭圆弧近似法、圆弧形近似法、等速螺旋线近似法三种方法计算出来。本设计采用椭圆近似法按照Mecanum轮的特征得出的辊子母线。图2-2为辊子椭圆母线生成示意图。

图2-2 椭圆弧近似法原理图

    如图2-2所示，为了得到近似的辊子母线，这里采用过辊子轴线N且与轮子轴线M成角（偏置角）的平面去切圆柱包洛面，所得平面为一个椭圆，其弧线即为辊子的近似母线。所截椭圆的方程为：

                            (2-1)

    其中，

    其中,r=76mm为轮子半径，偏置角设置为，将其代入到式(2-1)中得到椭圆近似母线方程：

                                 (2-2)

    根据式（2-2）可得辊子的半径为：

                                 (2-3)

其中d为辊子轴线与轮子轴线的最短距离。

由于利用椭圆近似法得到的辊子母线存在误差（半径比实际值大），当辊子两端越长，所得误差越大，所以要合理设计辊子的尺寸参数。但与其他两种生成母线的方法相比，椭圆近似法所得到的母线的误差相对较小且计算过程也较为简单，同时能在运动仿真中得到更好的效果。