1麦克纳姆轮在国外的研究现状

国外对麦克纳姆轮的研究主要是集中在麦克纳姆轮的结构设计、辊子的集合特征求解、运动学与动力学分析、运动过程控制等方面。

麦克纳姆轮是由瑞典科学家Bengtlon在1973年提出的,并且在同年于麦克纳姆公司发明了基于麦克纳姆轮的可以任意方位移动的全向平台。

国外对全向移动机构的研究起步较早,在这一方面美国、德国和日本处于领先的地位。84082

基于Bengtlon的研究,科学家PatrickMuir运用了矩阵变换的原理成功建立了麦克纳姆轮的运动学模型,同时他运用航位推算的方法,对车轮进行打滑检测设计了麦克纳姆轮的反馈控制算法。

现今麦克纳姆轮的运动学原理及其运动学方程是由Jorge通过比较麦克纳姆轮以及传统轮的差异得出的,他使用的旋量的研究方法准确的分析了麦克纳姆轮的运动过程,采用矢量分析的方法,得到了全向移动平台的普遍运动学模型。随后由于科学的进步OlafDiegel改善了传统的麦克纳姆轮结构,把两端支撑型变为了中间支撑型(如图1。1),使基于麦克纳姆轮的移动机构能够在不平整的路面上行驶,并且利用丰富的想象力提出了可以使辊轮锁定和改变其方向的设计,这样的设想进一步提高了麦克纳姆轮的运动效率。论文网

图1。1 两端支撑 中间支撑

Dickerson提出了辊子的简单设计公式,通过编写特定的程序来求解并且分析了辊子的特征,但是他并没有考虑到辊子本身也是旋转体的特性,所以设计过程显得特别繁琐。Gfrerrer通过对麦克纳姆轮辊子外形特征的研究,再结合画法几何的方法得出了小辊子外表面的轮廓线与母线之间的参数方程。

Tlale为了控制麦克纳姆轮全向移动平台,借用了模糊逻辑控制器对此平台进行导航和检测移动过程中的滑动情况。

基于麦克纳姆轮的第一台全方位移动机器人由卡耐基梅隆大学研究设计并且命名为“Uranus”,随后越来越多的研究机构开展了对麦克纳姆轮的研究与研制,如日本的冈山大学、东京工艺大学、韩国的浦项大学和高丽大学等。

由于麦克纳姆轮性能的优越性,它在加工以及制造业方面有了更多的利用空间。随着人们对麦克纳姆轮研究的不断深入,对控制系统研究的不断加强,麦克纳姆轮

可以实现全方位移动的灵活性能得到了充分的发挥,以麦克纳姆轮为模板的各种全向轮也开始走进了更为广阔的领域。

美国的AirTrax公司最早将麦克纳姆轮运用于车辆行业的商业化,基于麦克纳姆轮可以实现全方位移动的原理,生产了可以全向移动的叉车以及运输车[1](如图1。2),基于麦克纳姆轮的叉车有效地降低了对工作环境的要求,并且极大地提升了其工作效率。

图1。2全方位移动叉车

随后德国以及日本等国都实现了麦克纳姆轮在飞机制造以及运输等行业的成功应用,并且成功研制了基于麦克纳姆轮技术的全方位智能机器人(如图1。3),实现了其运动控制的人工智能化。

图1。3全方位移动机器人

自上个世纪80年代后期开始,麦克纳姆轮就被广泛地运动到了移动重载技术当中

[2]。其最主要的客户来源是民用飞机制造商们,波音、空客等主要的大型飞机制造公司和各大飞机供应商们都纷纷进行了基于麦克纳姆轮的运输设备的研制当中。目前,波音、空客等公司已经将先进的麦克纳姆轮全向移动机构运用到了飞机部件以及飞机装备的

运输上。不仅大大增强了工作效率,优化了传统的飞机制造流程,提高了飞机的装配技术水平,给公司带来了可观的效益,该移动平台(如图1。4)在运行和调试过程中只需要安排少量的员工进行手动控制,大大节约了人工成本,同时保证了任务的高效率完成。

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