一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法技术

本发明专利技术公开了一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法，涉及重载搬运输送技术领域，为解决现有mecanum轮移动平台在遇到爬坡时结构稳定性差和底盘空间利用率低的问题。该重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法，能够保证四个Mecanum轮与地面的充分接触，从而有效提高了平稳性，实现偏载工况下全向移动平台轨迹跟踪控制，相比其他控制在偏载工况下精确度更高，且控制简单，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法


[0001]本专利技术涉及重载搬运输送
，具体为一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法。

技术介绍

[0002]随着制造业规模的不断扩大和自动控制技术的不断发展，重型大件的运输问题已经成为时下研究的热点，移动平台主要承载物料运输任务，在重型工业制造业中，尤其是铁路交通、航空航天、重型汽车制造厂等场所的工业生产和物流运输过程中，对于物料的有效运输有了更高、更快的运输要求，而传统重载轮式移动设备通常存在转弯半径大、无法横向侧移等诸多不利因素，故其作业时空间利用率低，运动灵活性差，相比于传统重载移动平台，mecanum轮全向移动平台可以横向移动，甚至可以沿着弯曲的路径移动和原地旋转，因此其适合工作于操作空间狭窄拥挤、运动路线曲折、对运动灵活性要求较高的场合，然而，在重载Mecanum轮移动平台工作时，工作场地的不平整和所负重物的重心偏移，将导致Mecanum轮移动平台不能按照预期轨迹精准运动，急需改进重载Mecanum轮移动平台的悬挂结构，以及提出针对偏载工况的运动轨迹精确控制方法，确保移动平台的四轮完全接触地面并按照预期轨迹精确运动，专利技术专利CN 105667632 B中揭示了一种基于mecanum轮的全向运动平台的整体结构，他使用mecanum来实现全向移动，设计新的独立悬挂模块来实现车体的缓冲减震作用，保证车轮与地面充分接触，提高了平台运动稳定性，但上述专利技术专利中底盘结构中悬挂装置占用空间过大，空间利用率低，且该悬挂进能承受纵向冲击上述专利技术专利整体结构承载能力低，不适用于重载的工作环境下，且缺少多种传感器，不适用于偏载工况下对移动平台跟踪控制。
[0003]专利技术专利CN 114488790A中揭示了一种基于名义模型的全向移动平台自适应滑模控制，根据全向移动平台运动学和动力学方程计算得到滑模面和滑模控制率，设计了基于名义模型自适应增益调整的控制器，从而完成基于名义模型的全向移动机器人自适应滑膜控制，该专利技术专利中未考虑偏载工况下移动平台的运动情况，未考虑偏载工况下四独立电机转动不协同的问题，因偏载影响平台的运动控制精度。
[0004]因此，针对上述问题提出一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出现有mecanum轮移动平台在遇到爬坡时结构稳定性差和底盘空间利用率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法，包括车架、mecanum轮、独立悬挂模块、动力传动模块和蓄
电池箱及中控台；
[0007]车架包括工字钢和凹槽，所述工字钢固定在车体周边用于提高车体强度以及平台负载能力，所述凹槽设置与车架两边，且将蓄电池箱及中控台安装与内，保障了车体空间利用率，对蓄电池箱及中控台也起到保护作用：
[0008]mecanum轮包括轮毂、麦轮中心连接件、辊子中心轴和辊子，所述麦轮中心连接件与轮毂同轴设置，且麦轮中心连接件两端分别与两个轮毂通过螺柱进行固定连接，所述辊子中心轴同轴固定套装在辊子内部空腔内，以保证辊子正常转动，所述轮毂采用高强度合金加工件，提高承载能力，所述辊子与辊子中心轴的连接体均匀分布在两个轮毂的圆周连接处，以便实现mecanum轮在狭小空间的自由转动；
[0009]独立悬挂模块包括电机支撑架电机支撑架，第一减震器，第二减震器，支架和力传感器，所述第一减震器两端为螺柱形式，所述车架和电机支撑架上均打有螺孔，通过螺栓固定第一减震器位置，第一减震器作为弹簧件，受到纵向冲击时，第一减震器的弹簧进行伸缩使得mecanum轮始终与地面充分接触，如图2所示的受力情况，减少纵向冲击对mecanum轮产生的影响，所述第二减震器与支架采用转动连接，第二减震器作为弹簧件，受到横向冲击时，第二减震器的弹簧进行伸缩的同时绕着支架进行旋转，使得mecanum轮始终与地面充分接触，如图2所示的受力情况，用于减少横向冲击对mecanum轮产生的影响，所述支架通过螺钉与电机支撑架和车体进行紧固连接，所述力传感器固定于第一减震器和车体之间，用于测量偏载工况下各车轮承载的力，以便推算偏载时重心位置；
[0010]动力传动模块包括电机，减速器和传动轴，所述电机通过螺钉与电机支撑架和电机进行紧固连接，所述减速器的转动轴通过键槽与传动轴相连，用于降低电机转速，所述传动轴的一端通过螺柱与mecanum轮中心连接件的螺孔进行紧固连接，从而使得mecanum转动，所述蓄电池箱及中控台能对四路直流电机的转速与转向进行协同控制，从而实现全向移动平台在平面内任意方向的运动，所述电机是直流无刷电动机，用来产生将mecanum轮旋转的扭矩。
[0011]一种重载mecanum轮移动平台的抗偏载运动轨迹控制方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一：建立基于力传感器得到的偏载工况下全向移动平台的运动学模型S13得到的运动学模型，根据偏载工况下全向移动平台的运动学方程建立偏载工况下全向移动平台的动力学方程S14得到的动力学模型：
[0013]S11：通过力传感器可以测得1
‑
4号mecanum轮上的载重力为N1、N2、N3、N4，从而可以计算出偏载工况时的质心位置：
[0014]S12：设全向移动平台的几何中心与质心不重合，以移动平台的中心O为原点建立坐标系∑O，如图5(a)，全向移动平台的前方是X轴的正向，向左行驶的方向为Y轴的正向；所以mecanum轮质心位置为
[0015][0016]其中x代表质心的横向坐标，y代表质心的纵向坐标，N
i
表示1
‑
4号mecanum轮上的载重力其中i＝1、2、3、4，G代表全向移动平台的总重力，l,L代表mecanum轮中心到x轴，y轴的距离：
[0017]S13：以移动平台的质心O为原点建立坐标系∑O
i
，如图5(b)根据各mecanum轮的轴
心速度与全向移动平台质心速度的关系以及全向移动平台结构特征，得到偏载工况下的全向移动平台的运动学方程；V0＝J
+
V
w
[0018][0019]其中，其中，
[0020]v
x
表示全向移动平台的横向速度，v
y
表示全向移动平台的纵向速度，ω
z
表示全向移动平台的旋转角速度，R
ω
表示mecanum轮半径，表示mecanum轮的角速度，其中i＝1、2、3、4，α表示辊子支撑轴轴线和mecanum轮中心轴线的夹角，l1表示左边两个mecanum轮中心到X轴的距离，l2表示右边两个mecanum轮中心到X轴的距离，L1表示上面两个mecanum轮中心到Y轴的距离,L2表示下面两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构，包括车架(1)、mecanum轮(2)、独立悬挂模块(3)、动力传动模块(4)和蓄电池箱及中控台(5)，其特征在于：车架(1)包括工字钢(1
‑
1)和凹槽(1
‑
2)，所述工字钢(1
‑
1)固定在车体周边用于提高车体强度以及平台负载能力，所述凹槽(1
‑
2)设置与车架(1)两边，且将蓄电池箱及中控台(5)安装与内，保障了车体空间利用率，对蓄电池箱及中控台(5)也起到保护作用；mecanum轮(2)包括轮毂(2
‑
1)、麦轮中心连接件(2
‑
2)、辊子中心轴(2
‑
3)和辊子(2
‑
4)，所述麦轮中心连接件(2
‑
2)与轮毂(2
‑
1)同轴设置，且麦轮中心连接件(2
‑
2)两端分别与两个轮毂(2
‑
1)通过螺柱进行固定连接，所述辊子中心轴(2
‑
3)同轴固定套装在辊子(2
‑
4)内部空腔内，以保证辊子(2
‑
4)正常转动；独立悬挂模块(3)包括电机支撑架电机支撑架(3
‑
1)，第一减震器(3
‑
2)，第二减震器(3
‑
3)，支架(3
‑
4)和力传感器(3
‑
5)，所述第一减震器(3
‑
2)两端为螺柱形式，所述车架(1)和电机支撑架(3
‑
1)上均打有螺孔，通过螺栓固定第一减震器(3
‑
2)位置，所述第二减震器(3
‑
3)与支架(3
‑
4)采用转动连接，所述支架(3
‑
4)通过螺钉与电机支撑架(3
‑
1)和车体(1)进行紧固连接，所述力传感器(3
‑
5)固定于第一减震器(3
‑
2)和车体(1)之间，用于测量偏载工况下各车轮承载的力，以便推算偏载时重心位置；动力传动模块(4)包括电机(4
‑
1)，减速器(4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾勇，徐振威，唐崇邦，卢倩，周临震，
申请(专利权)人：盐城工学院技术转移中心有限公司，
类型：发明
国别省市：