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第一章 Mecanum轮全方位移动机器人概述1

1.1 移动机器人技术1

1.2 全方位移动机器人技术2

1.2.1 Mecanum轮式移动机构3

1.2.2 其他的全方位移动机构4

1.3 Mecanum轮全方位移动机器人的应用6

第二章 Mecanum轮全方位移动机器人的机构学9

2.1 Mecanum轮机器人的运动原理9

2.1.1 典型的Mecanum轮四轮移动原理9

2.1.2 四主动和四被动的Mecanum轮移动车11

2.2 Mecanum轮辊子的轮廓设计与支撑结构设计11

2.2.1 辊子和轮毂的参数设计11

2.2.2 参数化软件设计14

2.2.3 不同轮廓曲线的比较17

2.3 Mecanum轮辊子弹性体与抗震优化设计20

2.3.1 不考虑变形的弹性体层厚度直接计算20

2.3.2 抗震优化设计21

2.4 Mecanum轮机器人的悬架设计28

2.4.1 四主动轮式全方位移动机器人28

2.4.2 四主动四被动轮式全方位移动机器人30

2.5 Mecanum轮机器人的可靠性分析31

2.5.1 悬架竖直放置的五自由度AGV智能运输车的垂向振动力学模型31

2.5.2 悬架竖直放置的五自由度AGV智能运输车的垂向振动数学模型33

第三章 Mecanum轮全方位移动机器人的运动学与动力学39

3.1 四轮Mecanum轮全方位移动机器人运动学分析39

3.1.1 单个Mecanum轮运动学分析40

3.1.2 四轮Mecanum轮全方位移动机器人运动学分析40

3.2 Lagrange动力学建模简介42

3.3 四轮Mecanum轮全方位移动机器人动力学分析43

3.4 任意布置四轮Mecanum轮全方位移动机器人分析45

3.5 八轮Mecanum轮全方位移动机器人分析48

3.5.1 四主动四被动Mecanum轮全方位移动机器人分析49

3.5.2 八主动Mecanum轮全方位移动机器人分析51

第四章 Mecanum轮全方位移动机器人的控制54

4.1 Mecanum轮全方位移动机器人的精密运动控制54

4.1.1 基于PID控制的机器人位置控制55

4.1.2 基于模糊控制的电机速度控制56

4.1.3 Mecanum轮系统的运动控制精度分析与设计56

4.2 基于CAN总线的全方位移动机器人控制系统62

4.2.1 CAN总线简介62

4.2.2 基于CAN的多电机协调运动控制系统设计63

4.2.3 Windows XP下控制软件设计64

4.2.4 DOS下控制软件设计72

4.3 基于PMAC的运动控制系统74

4.3.1 Windows XP下的控制软件设计75

4.3.2 DOS下的控制软件设计78

第五章 Mecanum轮全方位移动机器人的路径跟踪80

5.1 全方位移动机器人的路径跟踪问题80

5.2 全方位移动机器人路径跟踪的运动模型82

5.2.1 以跟踪曲线为基准的误差调整的运动学模型82

5.2.2 以机器人为基准的误差调整的运动学模型84

5.3 全方位移动机器人路径跟踪的通过性条件85

5.3.1 全方位移动机器人循迹过程中转弯曲率半径的计算85

5.3.2 最小转弯半径87

5.3.3 机器人几何约束88

5.3.4 机器人运动学约束89

5.3.5 机器人动力学约束89

5.3.6 速度与加速度的综合关系92

5.3.7 循迹曲线的参数约束92

5.4 全方位移动机器人路径跟踪的稳定性问题94

5.4.1 稳定性判定条件94

5.4.2 加入PD算法的稳定性条件95

5.5 实际应用中的路径跟踪的问题96

5.5.1 反向循迹96

5.5.2 循迹过程中的自纠正97

第六章 Mecanum轮全方位移动机器人双传感器视觉循迹99

6.1 移动机器人的视觉导引原理99

6.2 全方位移动机器人双相机循迹的运动模型103

6.2.1 以跟踪曲线为基准的误差调整的模型修改103

6.2.2 以机器人为基准的误差调整的模型修改103

6.3 全方位移动机器人双相机循迹系统的误差修正算法104

6.3.1 通过偏距修正控制机器人运动的方法104

6.3.2 利用偏距和偏角控制机器人运动的方法105

6.4 全方位移动机器人循迹误差补偿的控制算法107

6.4.1 PID控制算法介绍107

6.4.2 使用PD算法的机器人循迹控制算法107

6.4.3 自适应PID算法108

6.5 全方位移动机器人双传感器视觉循迹的应用109

6.5.1 实验平台介绍109

6.5.2 机器人循迹实验结果分析110

第七章 Mecanum轮全方位移动机器人的路径规划与定位117

7.1 全方位移动机器人路径规划的算法设计117

7.2 全方位移动机器人路径规划的曲线拟合120

7.2.1 圆弧拟合120

7.2.2 贝塞尔曲线拟合122

7.2.3 Clothoid曲线拟合124

7.2.4 三种曲线的比较126

7.3 路径规划中岔路转弯方法设计127

7.4 路径规划中的标记识别129

7.5 全方位移动机器人路径规划的应用129

7.5.1 三种曲线拟合的仿真效果129

7.5.2 路径规划仿真130

第八章 Mecanum轮全方位移动机器人的协同控制技术133

8.1 多机器人编队协同控制133

8.1.1 双车直线队形133

8.1.2 三车正三角队形135

8.1.3 N车正N边形队形137

8.1.4 任意队形138

8.2 多车协调控制中运动协同传感器的设计139

8.2.1 三维位移传感器结构设计139

8.2.2 基于激光测距仪的偏差测量传感系统141

8.3 双车联动控制的应用实验144

8.3.1 基于三维位移传感器的双车联动实验144

8.3.2 基于激光测距仪的双车联动控制实验147

第九章 Mecanum轮全方位移动技术的应用150

9.1 全方位移动AGV搬运车技术150

9.1.1 全方位移动搬运车技术的应用150

9.1.2 全方位移动搬运车的机械与电气设计151

9.1.3 全方位移动AGV系统153

9.1.4 全方位移动物料搬运车系统的构造155

9.2 全方位移动操作机械臂160

9.2.1 移动操作机械臂的发展160

9.2.2 全方位移动喷涂及打磨机器人161

9.3 全方位移动探伤机器人系统162

9.3.1 全方位移动探伤机器人结构设计163

9.3.2 全方位移动探伤机器人双侧同步控制系统167

9.3.3 探伤机器人双侧同步控制系统的软件设计171

9.3.4 全方位移动探伤机器人运动实验176

主要参考文献180