輪式機(jī)器人底盤設(shè)計(jì)之麥克納姆輪運(yùn)動(dòng)模型及應(yīng)用分析

麥克納姆輪平臺因其優(yōu)異的機(jī)動(dòng)性而備受關(guān)注，本文深入分析麥克納姆輪的運(yùn)動(dòng)機(jī)理及其麥輪平臺運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況，先后分析麥輪平臺的6種運(yùn)動(dòng)模式及其內(nèi)在運(yùn)動(dòng)規(guī)律；并采用速度分解的方法，詳細(xì)分析了電機(jī)轉(zhuǎn)速-麥輪實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度-麥輪平臺中心點(diǎn)速度之間的關(guān)系，給出完整的物理分析及數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，構(gòu)建麥輪平臺的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；最后從速度空間、運(yùn)動(dòng)效率等方面分析麥輪平臺的適用場景。

從運(yùn)動(dòng)空間分類，輪式移動(dòng)機(jī)器人可分為非全向移動(dòng)類型和全向移動(dòng)類型。在之前的系列文章中已經(jīng)介紹了兩輪差速機(jī)器人、car-like robot、四輪驅(qū)動(dòng)（SSMR）機(jī)器人及履帶式機(jī)器人，這都屬于非全向（差速驅(qū)動(dòng)）移動(dòng)機(jī)器人的范疇，而本文將介紹全向移動(dòng)機(jī)器人中的一款——基于麥克納姆輪的全向移動(dòng)機(jī)器人（下文簡稱為麥輪平臺）。

麥克納姆輪（下文簡稱麥輪）在生活中并不常見，多被應(yīng)用于科研教學(xué)、機(jī)器人競賽等場景，其運(yùn)動(dòng)模式非常炫酷，包括前行、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)及其組合等多種運(yùn)動(dòng)方式。由此諸多DIYer常制作麥輪平臺，并遙控操縱麥輪平臺運(yùn)動(dòng)。

麥輪平臺就是由四個(gè)麥克納姆輪按照一定規(guī)律排布組成的移動(dòng)平臺，麥輪平臺能夠全向移動(dòng)主要依賴于具有特殊構(gòu)型的麥輪（由輪轂和輥?zhàn)咏M成，見圖 1.2（a）），而最大的亮點(diǎn)是麥輪能夠斜向運(yùn)動(dòng)。（重點(diǎn)：關(guān)于麥輪構(gòu)型、受力及速度的分析見文章《麥克納姆輪運(yùn)動(dòng)特性分析》）