叶长龙，李延灼，陈 南，于苏洋

(沈阳航空航天大学 机电工程学院，沈阳 110136)

随着相关理论研究和运动控制的日渐成熟，全方位移动机器人广泛应用于工业制造和物流等行业[1-2]。全方位移动机器人的关键结构为承担全向运动的全方位轮,目前包括主动控制的万向轮、连续切换轮、麦克纳姆轮和MY系列全方位轮等[3-5]。MY轮外形类似于正交轮，2个MY轮通过串联或并联的方式构成全方位轮组来实现移动平台的全方位运动。在保证全方位运动的前提下，双球冠差动式MY轮有较好的承载能力和越障能力[6]。全方位轮本身的机械结构在实际的使用中存在抖动和打滑的问题[7-9]，主要是由MY轮在运动过程中轮子与地面接触区域产生，所以本文将详细分析双球冠差动式MY轮与地面的接触，并尝试从接触力学[10]的角度构建MY4轮的接触力学模型，为全方位机器人的稳定运动控制打下基础。

1 MY4轮接触力学模型

1.1 MY4轮机械结构

为实现重载条件下的全方位移动，本文设计了双球冠差动式MY轮简称MY4轮，由十字轴、凸台和双球冠构成，如图1所示。作为轮子支撑的主动轴和被动辊轴构成了十字轴。

图1 MY4轮

圆台安装在轮子内部，与球冠形成的内差动结构形成整体上的力封闭结构，如图2所示，该结构可以有效增加轮子的承载能力。

图2 力封闭结构

2个MY4轮并联布置，构成一个全方位轮组，如图3所示，通过齿轮传动，保证2个MY4轮绕十字轴的主动轴同步转动。在运动过程中，并联布置方式使2个MY4轮组单元能够连续交替地与地面接触，有效提供驱动力矩。……