国外研究现状

1973年，Mecanum轮由瑞典MecanumAB公司发明[2]。1985年，卡内基-梅隆大学设计出一款基于Mecanum轮的全向移动平台，对Mecanum轮的应用场合应用做出了探索。之后国内外很多大学和研究所注意到Mecanum轮的独特功能，因而开始研究Mecanum轮轮毂几何特征、轮组布局方式，同时也在平台机械结构、运动学与动力学建模以及控制系统设计等方面提出来改进方案。82692

对各轮子转速转向的控制是机构实现全向移动的关键，因此控制系统的设计是全向移动平台研究的热点和难点，国外有很多学者在这方面做出里程碑式的贡献。Cheok等人研究了Mecanum轮式全向移动机器人在不平地面上的运动性能，不仅做出了理论分析，还设计了一套运动控制器以提高运动精度[3]；PatrickMuir等人在对Mecanum轮机器人进行数学抽象后建立了它的运动学模型，并且考虑到车轮打滑带来的影响，设计了反馈控制算法减小误差[4]；ChingTsai建立了Mecanum轮式全向移动机器人的包含静摩擦的动力学模型，并在该模型基础上提出了与其配合的非奇异终端滑膜控制方法，控制精度得到明显提高[5]；R。P。A。vanHaendel等人较为详细地介绍了全方位机器人的机械结构设计、三维建模等问题，使全向移动机器人的研究更丰富全面[6]。

在关于Mecanum轮的全向移动机构的研究足够丰富，足够深入之后，人们开始想着把实验室里的小模型推广到实际应用中去。20世纪80年代巴拿马市的研究人员将Mecanum轮式全向移动机构应用于其海军舰船上，90年代末，Airtrax公司开发了基于Mecanum轮的全向叉车SidewinderATX-3000（图1-1），标志着该项技术在民用领域应用的开端，之后Airtrax公司又继续开发出全向升降平台（图1-2）等一系列基于Mecanum轮的民用产品。

图1-1ATX-3000全向叉车图1-2全方位移动升降平台

类似的Mecanum轮全方位机构成功的应用例子还有：德国MIAG公司设计及应用的飞机引擎就位车（图1-3），德国KUKA公司设计的youBot机器人（图1-4）。经过多年的研究和积累，该项技术的应用主要集中在机械重工行业、民用仓储、医疗器械及各种机械设计与电子设计大赛中。

在医疗方面，有Mecanum轮全方位移动全向轮椅（图1-5）。Mecanum轮的另一个重要和成功的应用是Robocup——机器人世界杯足球锦标赛。如（图1-6）所示为以Mecanum轮为设计基础的足球机器人在比赛中的场景。

基于Mecanum轮全方位移动机构设计的制造车间自动导航车(AGV)系统与目前普遍采用一般差动轮驱动的AGV系统相比拥有很好的优势：运行通道所需的空间更小、运动更加灵活、控制更加容易、定位更加准确、工作效率更高。

1。2。2国内研究现状

国内学者和研究所最近十几年才开始对基于Mecanum的移动机构进行研究的，但是好在有国外的研究资料和成功的案例可以借鉴，少走了不少弯路。国内研究Mecanum轮的高校研究单位主要集中在江苏科技大学、南京航空航天大学、上海大学、西安交通大学等。国内的学者也做出了不懈的探索：赵言正等人在对Mecanum轮的特殊结构和独特功能进行了仔细地研究，建立了基于Mecanum轮的全向移动底盘的运动学和动力学模型；张翮等人设计了用四Mecanum轮驱动的足球机器人，在对Mecanum轮的转速控制中创新性地引入PID控制算法，从比赛结果来看应用该方法的控制系统能较好地使足球机器人的快速起动、及时响应，具有较好的实时性和鲁棒性[7]。2009年4月，中国上海大学的学者王一治发表了《Mecanum轮全方位系统的约束条件及奇异位形》一文，此文对Mecanum轮系统进行了运动学分析、讨论了Mecanum轮全方位移动系统运动的约束条件、提出了Mecanum轮全方位移动系统的奇异位形和解决措施[8]。5月，王一治又提出Mecanum轮四轮组合系统可以完成在平面内具有三个自由度的全向移动，但并非所有的Mecanum四轮组合系统都可以完成全向移动。在这篇文章中，他研究了能够实现全方位移动的条件，并且将六种常规Mecanum轮四轮组合系统的布局形式进行比较和分析，最终确定出最佳的一种布局形式，该种布局对车身尺寸没有要求[9]。王兴松等人提出了把辊子母线近似为等速螺旋线的方法，并给出中间支撑式Mecanum轮的设计参数，设计制造出Mecanum轮[10]。