基于麦克纳姆轮的全向移动机器人 Summary：为了使工业机器人专业的教学多元化，设计了一款在后期学生可参与设计的麦克纳姆轮全向移动机器人。该设计采用了Arduino单片机为控制核心，以麦克纳姆轮为运动方向机构，L298N为电机驱动模块，使智能小车全方向移动；并采用Wifi模块通信，利用智能手机APP控制机器人全方向移动。该设计具有实用性强，灵活性高等特点。Keys：麦克纳姆轮；Arduino单片机；L298N；Wifi通信；机器人：TP211：A0引言近年来，随着时代的进步，越来越多的机器人走入到教学当中。为了更好的教学，设计了一款基于麦克纳姆轮的全向移动机器人。此全向移动机器人采用Arduino单片机为控制核心，由电源模块，动力模块，驱动模块和Wifi模块等组成。电源模块采用了18650电池来供电；动力系统采用了4个直流电机进行驱动4个麦克纳姆轮；驱动系统采用了L298N电机驱动模块；WiFi模块采用了ESP8266WiFi模块进行与智能手机的通信[1]。1全向移动机器人的运动方向控制分析本设计采用了4个麦克纳姆轮来实现全向移动机器人的全方向移动，其中2个右旋轮和2个左旋轮，左右旋轮成水平对称，2个右旋轮成原点对称，2个左旋轮同样成原点对称[2]。全向移动机器人的底板模型如图1所示。图1全向移动机器人底板运动模型1.1四方向运动分析四个麦克纳姆轮同时向前旋转时，机器人向前运动；四个麦克纳姆轮同时向后旋转时，机器人向后运动；①号和④号轮子向后运动，②号和③号轮子向前运动，可实现机器人向左移动；①号和④号轮子向前运动，②号和③号轮子向后运动，可实现机器人向右移动。四方向运动如图2所示。图2全向移动机器人四方向运动1.2原地运动分析四个麦克纳姆轮的配合不仅可以朝着四个方向运动，还可以根据不同旋向的配合，使得机器人原地做顺时针和逆时针自转运动。当控制①号和③号轮子向前运动，②号和④号轮子向后运动，可使得机器人在原地顺时针自转；当控制①号和③号轮子向前运动，②号和④号轮子向后运动，可使得机器人在原地逆时针自转。如图3所示。图3全向移动机器人原地旋转运动1.3对角运动分析基于麦克纳姆轮全向移动机器人除了四个方向运动和原地自转外，还可以做不同角度的对角运动，只要控制不同的轮子旋转，便可使得机器人往不同的方向运动。当①号和④号轮子向前运动，②号和③号轮子不动时，机器人可实现向右前方45°平移，即45°对角运动；当①号和④号轮子不动，②号和③号轮子向前运动时，机器人可实现向左前方45°平移，即135°对角运动；当①号和④号轮子向后运动，②号和③号轮子不动时，机器人可实现向左后方45°平移，即225°对角运动；当①号和④号轮子不动，②号和③号轮子向后运动时，机器人可实现向右后方45°平移，即315°对角运动[3]。如图4所示。图4全向移动机器人对角运动此全向移动机器人的运动方向除了以上的分析外，还可以绕左和绕右上角转动。可根据麦克纳姆轮的运动原理，控制不同的轮子组合转动，即可实现机器人全方向移动。2硬件总体设计基于麦克纳姆轮全向移动机器人的硬件组成部分主要由Arduino单片机、电源模块、电机驱动模块、WiFi模块等。Arduino单片机通过I/O接口和USART与各设备相连[4]。系统的总体设计和硬件设计如图5所示。图5全向移动机器人的总体设计电源模块采用了18650电池来提供机器人的电源；电机驱动模块采用了L298N模块来驱动4个直流电机带动4个麦克纳姆轮组合旋转；WiFi模块采用了ESP8266WiFi模块，利用智能手机APP通过该模块进行通信控制机器人做全方向运动。3软件设计机器人主要通过Arduino单片机来控制电机的运动，而机器人的运动命令则由APP来发布，WiFi模块接收到指令后，传输给Arduino单片机，Arduino单片机接收到相对应的指令后，通过I/O口控制L298N模块，进而驱动相对应的电机运转，使得机器人朝着指定的方向运动。基于麦克纳姆轮全向移动机器人的软件设计如图6所示。图6全向移动机器人的软件设计4结语 本文研究一种基于麦克纳姆轮的全向移动机器人。本文进行全向移动机器人的底盘机械设计、硬件设计和软件设计等，实现传统移动机器人不能实现的平移、旋转动作。通过手机APP可使得移动机器人的全向运动。但此基于麦克纳姆轮的全向移动机器人无自主避障功能，主要由操作员进行避障，这也是此移动机器人需要改进完善的地方。但其结构简单，价格便宜，容易实现，且在工业生产、社会生活和物流运输等行业，此移动机器人有很大的实用价值。Reference[1]曹义,李君,丁瑞卿.基于3D打印技术的麦克纳姆轮小车设计与制作[J].智库时代,2019（10）：252.[2]易先军,彭萌,耿翰夫,付龙.四麦克纳姆轮式小车控制系统的研究[J].自动化与仪
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
,2019,34(5):19-22.[3]孙全胜.基于STM32单片机的麦克纳姆轮小车设计[J].现代信息科技,2019,3(22):174-175.[4]邓依婷,徐曦,李亚宁,沈文.基于麦克纳姆轮的AGV小车[J].物联网技术,2021(1):65-66. -全文完-
浙公网安备 33021202002483