崔孟楠，窦志红，刘星栋，吴平

北京航天自动控制研究所，北京 100854

随着人工智能的发展，以自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)为代表的移动机器人产品在生产和生活领域应用获得了前所未有的发展[1−3]。Mecanum 轮由于其多自由度的特点，被广泛应用于有全向移动需求的各类型移动机器人底盘上。

Mecanum 轮 是1973 年由瑞士人Bengt Ilon 设计的，由一个轮毂支撑架和若干沿一定角度排布安装在轮毂周围自由运动的辊子组成，辊子的外表面形状是曲面，轮毂周围的辊子的轮体的包络线形成一个完整的圆。

特殊的结构使Mecanum 轮具有3 个自由度，分别为绕轮子轴线转动、绕辊子与地面接触点的转动和沿辊子轴线垂直方向的平动。由于特殊的结构及其动力特性，使得采用Mecanum 轮的底盘大多应用于较为平整的路面上，这也在一定程度上限制了该种车轮底盘的应用和推广。通过研究Mecanum 轮底盘在复杂路况下的运动特性，可以在一定程度上扩展底盘及整机的应用范围[4−5]。

1 Mecanum 轮底盘运动学及动力学分析

1.1 Mecanum 轮受力情况分析

Mecanum 轮结构如图1 所示，在平面运动时，轮毂外沿辊子的圆柱包络面与地面接触，且在任意时刻至少有一个辊子与地面接触[6−7]。

图1 Mecanum 轮结构示意

底盘行驶过程中，电机的输出扭矩Td经过离合器、减速机、传动轴、驱动桥传到车轮上，则驱动轮的扭矩T可表示为[8]

式中：i为 减速机的减速比，η为传动效率。

图2 为驱动轮滚动过程受力示意图。

图2 驱动轮滚动过程受力示意

如图2 所示，驱动轮部位正压力为FN，轮缘与地面接触部位为静摩擦，车轮对地面产生作用力Fo，路面给车轮的反作用摩擦力即为车轮前进的驱动力Fk。……