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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