CN116048012A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种重载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。
Description
技术领域
本发明涉及重载搬运输送技术领域，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。
背景技术
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，发明专利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，但上述发明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发明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。
发明专利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，该发明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。
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。
发明内容
本发明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，以解决上述背景技术中提出现有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。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：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；
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：
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；
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；
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。
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：
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：
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：
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
其中x代表质心的横向坐标，y代表质心的纵向坐标，Ni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：
S13：以移动平台的质心O为原点建立坐标系∑Oi，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+Vw
其中，
vx表示全向移动平台的横向速度，vy表示全向移动平台的纵向速度，ωz表示全向移动平台的旋转角速度，Rω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表示下面两个mecanum轮中心到Y轴的距离；
S14：根据偏载工况下全向移动平台的运动学方程，构建偏载工况下全向移动平台的Lagrange第二类方程
其中ξ是Lagrange函数，ξ＝V-U,θi、代表系统的广义坐标和速度，Qi为系统内除去势力和黏性摩擦力以外的其他广义力，R表示瑞利耗散函数；根据Lagrange函数和偏载工况下的全向移动平台的动能方程，计算得到偏载工况下全向移动平台的动力学方程；如所述动力学方程如下：
其中
其中，
M表示偏载工况下全向移动平台的惯性矩阵，J表示整个移动平台绕z轴的转动惯量，J2表示各个轮子绕其中心轴的转动惯量，表示mecanum轮的角加速度，表示mecanunm的摩擦力矩，d表示外界的扰动力矩，T表示全向移动平台的总力矩。
步骤二：根据偏载工况下的运动学和动力学模型，提出一种改进的双闭环抗偏载控制方法，其中外环为偏载工况下基于非线性干扰观测器的滑模控制方法，通过计算得到滑模面s(t)和滑模控制律完成偏载工况下基于滑模控制的mecanum轮移动平台的控制，建立双闭环抗偏载轨迹控制方法，外环为基于非线性干扰观测器的滑模控制方法包括如下步骤；
S21，联合偏载工况下的全向移动平台运动学方程和动力学方程可以得到偏载工况下全向移动平台的空间状态方程：
其中q＝[x,y,θz]为平台位姿，J+是J的的广义逆矩阵，d＝[d1,d2,d3,d4]T是各个轮子受到的干扰；
S22，定义偏载工况下的全向移动平台的跟踪误差e(t)，其表达式如下：
e(t)＝qd-q
其中，qd＝[xd,yd,θzd]表示移动平台的期望位姿，q＝[x,y,θz]表示平台的的实际位姿；
S23，根据偏载工况下全向移动平台的跟踪误差，计算得到滑模面s(t)和滑模控制律T，其表达式如下：
其中，表示跟踪误差的变化率，K4×4表示常数正定矩阵，e(t)表示跟踪误差，K4×4＝diag(K1,K2,K3,K4),R4×4＝diag(R1,R2,R3,R4)是常数整定矩阵，0＜α＜1。
步骤三：根据偏载工况下全向移动平台的空间状态方程设计非线性干扰观测器，包括如下步骤：
S31：根据步骤14所述动力学方程，其系统模型可以改写为状态空间模型，其表达式如下
其中x1是系统的第一状态变量，是第一状态变量x1的导数，x2是第二状态变量，是第二状态变量的导数，是系统的不确定量，B＝JM-1是移动平台的惯性矩阵，y是系统的输出，d是系统的扰动；
S32：根据上述的状态空间方程模型得到非线性干扰观测器的表达式为：
z为非线性干扰观测器状态变量，其中是d的估计值，H(v)是待设计函数，满足，G(v)是观测器增益，取其中h1,h2,h3＞0；
定义观测误差其中当干扰d变化相比系统状态的变化比较慢，则认为可以得到构建Lyapunov函数则该非线性干扰观测器稳定；
S33，非线性干扰观测器的输出量表达式为：联合步骤23滑模控制律T可得补偿后的控制律τ＝T-Td。
步骤四：双闭环抗偏载轨迹控制方法，内环为不同负载下多电机协同的PID控制方法包括如下步骤：
S41、偏载工况下mecanum轮移动平台内置四电机的协同控制方法，通过编码器获取四个电机的实际速度，筛选出四电机中的转速最小值为目标电机，根据目标电机与系统其余三电机的同步误差e(t)为：e(t)＝ω1-ωi
其中，ω1表示目标mecanum轮的转速，ωi表示剩余mecanum轮的转速，其中i＝2、3、4
根据多电机协同控制的PID控制方法
S42、所述PID控制的具体模型为
其中kp为比例参数，ki为微分参数，kd为积分参数，e(t)为电机转速的误差值；引入速度补偿增益Jm,Jn为电机的转动惯量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、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，mecanum轮悬挂机构在mecanum轮的原有固定设计的基础上，在支撑架的设计上将第一减震器、第二减震器放置于电机和减速器的两端，这种悬挂结构不占用传动轴方向的的空间，使得结构更为紧凑，增加空间利用率；
2、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，根据压力传感器推算得出重心位置，设计一种双闭环抗偏载轨迹控制方法，外环为偏载工况下全向移动平台位置的滑模控制方法，内环为偏载工况下四电机转速的协同控制方法，该控制方法解决了在偏载工况下全向移动平台不能够完全消除干扰，导致的轨迹跟踪误差较大的问题。
附图说明
图1为本发明的mecanum轮全向移动平台的主视图；
图2为本发明的mecanum轮全向移动平台的独立悬挂模块局部剖视受力图；
图3为本发明的mecanum轮全向移动平台悬挂模块轴侧图；
图4为本发明的mecanum轮移动平台悬挂结构及其抗偏载运动轨迹控制方法的步骤流程图；
图5(a)为本发明的mecanum轮结构图；
图5(b)为本发明的mecanum轮结构图；
图6是基于非线性干扰观测器的滑模轨迹跟踪控制图；
图7是多电机协同控制原理图。
图中：1、车架；1-1、工字钢；1-2、凹槽；2-1、轮毂；2-2、麦伦中心连接件；2-3、辊子中心轴；2-4、辊子；3-1、电机支撑架；3-2、第一减震器；3-3、第二减震器；3-4、支架；3-5、力传感器；4-1、电机；4-2、减速器；4-3、传动轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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；
车架1包括工字钢1-1和凹槽1-2，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，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，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，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，轮毂2-1采用高强度合金加工件，提高承载能力，辊子2-4与辊子中心轴2-3的连接体均匀分布在两个轮毂2-1的圆周连接处，以便实现mecanum轮在狭小空间的自由转动；
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，第一减震器3-2两端为螺柱形式，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，第一减震器3-2作为弹簧件，受到纵向冲击时，第一减震器3-2的弹簧进行伸缩使得mecanum轮2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，第二减震器3-3与支架3-4采用转动连接，第二减震器3-3作为弹簧件，受到横向冲击时，第二减震器3-3的弹簧进行伸缩的同时绕着支架3-4进行旋转，使得mecanum轮2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，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，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4-2和传动轴4-3，电机4-1通过螺钉与电机支撑架3-1和电机4-1进行紧固连接，减速器4-2的转动轴通过键槽与传动轴相连，用于降低电机转速，传动轴4-3的一端通过螺柱与mecanum轮中心连接件2-2的螺孔进行紧固连接，从而使得mecanum转动，蓄电池箱及中控台5能对四路直流电机4-1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，电机4-1是直流无刷电动机，用来产生将mecanum轮2旋转的扭矩。
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：
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：
S11：通过力传感器3-5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：
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ΣO，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
其中x代表质心的横向坐标，y代表质心的纵向坐标，Ni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：
S13：以移动平台的质心O为原点建立坐标系∑Oi，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+Vw
其中，
vx表示全向移动平台的横向速度，vy表示全向移动平台的纵向速度，ωz表示全向移动平台的旋转角速度，Rω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表示下面两个mecanum轮中心到Y轴的距离；
S14：根据偏载工况下全向移动平台的运动学方程，构建偏载工况下全向移动平台的Lagrange第二类方程
其中ξ是Lagrange函数，ξ＝V-U,θi、代表系统的广义坐标和速度，Qi为系统内除去势力和黏性摩擦力以外的其他广义力，R表示瑞利耗散函数；根据Lagrange函数和偏载工况下的全向移动平台的动能方程，计算得到偏载工况下全向移动平台的动力学方程；如动力学方程如下：
其中
其中，
M表示偏载工况下全向移动平台的惯性矩阵，J表示整个移动平台绕z轴的转动惯量，J2表示各个轮子绕其中心轴的转动惯量，表示mecanum轮的角加速度，表示mecanunm的摩擦力矩，d表示外界的扰动力矩，T表示全向移动平台的总力矩。
步骤二：根据偏载工况下的运动学和动力学模型，提出一种改进的双闭环抗偏载控制方法，其中外环为偏载工况下基于非线性干扰观测器的滑模控制方法，通过计算得到滑模面s(t)和滑模控制律完成偏载工况下基于滑模控制的mecanum轮移动平台的控制，建立双闭环抗偏载轨迹控制方法，外环为基于非线性干扰观测器的滑模控制方法包括如下步骤；
S21，联合偏载工况下的全向移动平台运动学方程和动力学方程可以得到偏载工况下全向移动平台的空间状态方程：
其中q＝[x,y,θz]为平台位姿，J+是J的的广义逆矩阵，d＝[d1,d2,d3,d4]T是各个轮子受到的干扰；
S22，定义偏载工况下的全向移动平台的跟踪误差e(t)，其表达式如下：
e(t)＝qd-q
其中，qd＝[xd,yd,θzd]表示移动平台的期望位姿，q＝[x,y,θz]表示平台的的实际位姿；
S23，根据偏载工况下全向移动平台的跟踪误差，计算得到滑模面s(t)和滑模控制律T，其表达式如下：
其中，表示跟踪误差的变化率，K4×4表示常数正定矩阵，e(t)表示跟踪误差，K4×4＝diag(K1,K2,K3,K4),R4×4＝diag(R1,R2,R3,R4)是常数整定矩阵，0＜α＜1。
步骤三：根据偏载工况下全向移动平台的空间状态方程设计非线性干扰观测器，包括如下步骤：
S31：根据步骤14动力学方程，其系统模型可以改写为状态空间模型，其表达式如下
其中x1是系统的第一状态变量，是第一状态变量x1的导数，x2是第二状态变量，是第二状态变量的导数，是系统的不确定量，B＝JM-1是移动平台的惯性矩阵，y是系统的输出，d是系统的扰动；
S32：根据上述的状态空间方程模型得到非线性干扰观测器的表达式为：
z为非线性干扰观测器状态变量，其中是d的估计值，H(v)是待设计函数，满足G(v)是观测器增益，取其中h1,h2,h3＞0；
定义观测误差其中当干扰d变化相比系统状态的变化比较慢，则认为可以得到构建Lyapunov函数则该非线性干扰观测器稳定；
S33，非线性干扰观测器的输出量表达式为：联合步骤23滑模控制律T可得补偿后的控制律τ＝T-Td。
步骤四：双闭环抗偏载轨迹控制方法，内环为不同负载下多电机协同的PID控制方法包括如下步骤：
S41、偏载工况下mecanum轮移动平台内置四电机的协同控制方法，通过编码器获取四个电机的实际速度，筛选出四电机中的转速最小值为目标电机，根据目标电机与系统其余三电机的同步误差e(t)为：e(t)＝ω1-ωi
其中，ω1表示目标mecanum轮的转速，ωi表示剩余mecanum轮的转速，其中i＝2、3、4
根据多电机协同控制的PID控制方法
S42、PID控制的具体模型为
其中kp为比例参数，ki为微分参数，kd为积分参数，e(t)为电机转速的误差值；引入速度补偿增益Jm,Jn为电机的转动惯量。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (4)
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(4-2)和传动轴(4-3)，所述电机(4-1)通过螺钉与电机支撑架(3-1)和电机(4-1)进行紧固连接，所述减速器(4-2)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(4-3)的一端通过螺柱与mecanum轮中心连接件(2-2)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(5)能对四路直流电机(4-1)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。
2.根据权利要求1所述的一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构，其特征在于：所述轮毂(2-1)采用高强度合金加工件，提高承载能力，所述辊子(2-4)与辊子中心轴(2-3)的连接体均匀分布在两个轮毂(2-1)的圆周连接处，以便实现mecanum轮在狭小空间的自由转动。
3.根据权利要求1所述的一种重载mecanum轮移动平台悬挂结构，其特征在于：所述电机(4-1)是直流无刷电动机，用来产生将mecanum轮(2)旋转的扭矩。
4.基于权利要求1-4任意一项所述重载mecanum轮移动平台的抗偏载运动轨迹控制方法，包括以下步骤：
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得到的动力学模型；
步骤二：根据偏载工况下的运动学和动力学模型，提出一种改进的双闭环抗偏载控制方法，其中外环为偏载工况下基于非线性干扰观测器的滑模控制方法，通过计算得到滑模面s(t)和滑模控制律完成偏载工况下基于滑模控制的mecanum轮移动平台的控制；
步骤三：根据偏载工况下全向移动平台的空间状态方程设计非线性干扰观测器；
步骤四：内环为偏载工况mecanum轮移动平台内置四电机的协同控制方法，通过编码器获取四个电机的实际速度，筛选出四电机中的转速最小值为目标电机，根据目标电机与系统其余三电机的同步误差e(t)，引入PID控制器，对误差速度进行PID调节；由各电机与目标电机的转动惯量比值设立速度补偿增益，以实现多个所述电机的协同控制。
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|---|---|
| CN116048012B (zh) | 2024-05-03 |
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Legal Events
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