MOTEC智能驅(qū)動(dòng)器在全方位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的應(yīng)用
摘要
全方位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是基于麥克納姆輪( Mecanum Wheel)的可以任意方向運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的智能運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，可以用在搬運(yùn)車、AGV、機(jī)器人等系統(tǒng)，以及工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域。MOTEC智能驅(qū)動(dòng)器包括智能伺服系統(tǒng)和智能步進(jìn)系統(tǒng)，支持多種控制模式和通信方式，給全方位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的支持。
一、MOTEC智能驅(qū)動(dòng)器介紹
MOTEC智能驅(qū)動(dòng)器不僅支持脈沖控制，模擬量控制，獨(dú)立運(yùn)行控制，網(wǎng)絡(luò)控制等多種控制模式，而且集運(yùn)動(dòng)控制，伺服驅(qū)動(dòng)和PLC功能于一體。智能伺服系統(tǒng)支持電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)三種控制方式，智能步進(jìn)系統(tǒng)支持速度環(huán)、位置環(huán)兩種控制方式，可使全方位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)工作在速度模式和位置模式。MOTEC智能驅(qū)動(dòng)器提供了RS232、RS485、CAN總線等多種通信方式，方便全方位運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和外界通信。
二、萬向移動(dòng)機(jī)械原理
針對(duì)狹小作業(yè)空間，人們開發(fā)出了多種行動(dòng)靈活的萬向移動(dòng)機(jī)械。該類機(jī)械實(shí)現(xiàn)萬向移動(dòng)的方式主要有兩種，一種為通過偏轉(zhuǎn)普通車輪的方向或者使兩輪差速運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，另一種為基于麥克納姆輪的運(yùn)動(dòng)合成實(shí)現(xiàn)整車的萬向移動(dòng)。麥克納姆輪( Mecanum Wheel) 是一種全方位移動(dòng)車輪，1973 年由瑞士人Bengt Lion 發(fā)明，該輪的特點(diǎn)是在傳統(tǒng)車輪的基礎(chǔ)上，在輪緣上再沿與軸線成α角方向安裝若干可以自由旋轉(zhuǎn)的小輥?zhàn)樱@樣在車輪滾動(dòng)時(shí)，小輥?zhàn)泳蜁?huì)產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)。通過麥克納姆輪的組合使用和各車輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度的協(xié)調(diào)控制，可以使車體得到運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的任意方向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。下圖為麥克納姆輪輪子的一種結(jié)構(gòu)。
α角一般為45?，要采用對(duì)稱的安裝方式，以四個(gè)輪子為例，要想實(shí)現(xiàn)任意方向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝方式如下。
三、Mecanum輪式全方位移動(dòng)技術(shù)的典型應(yīng)用
1.靈巧搬運(yùn)
Mecanum輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人國(guó)外成功的應(yīng)用例子有美國(guó)Airtrax公司的Mp2 搬運(yùn)車、Sidewinder 叉車，德國(guó)MIAG 公司的飛機(jī)引擎就位車、運(yùn)彈車，德國(guó)KUKA 公司為空客生產(chǎn)的飛機(jī)機(jī)身搬運(yùn)車等產(chǎn)品。此外，德國(guó)KUKA 公司的youBot機(jī)器人搭載有五自由度機(jī)械臂和二自由度的機(jī)械臂，可以完成機(jī)械加工工件復(fù)雜轉(zhuǎn)運(yùn)安裝。
2、教育與醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人
在教育和醫(yī)療領(lǐng)域，Mecanum輪用于全向移動(dòng)輪椅，可以幫助殘疾人提高移動(dòng)能力。
由于Mecanum輪式全方位移動(dòng)機(jī)器人轉(zhuǎn)向時(shí)不需要改變自身的姿態(tài)下實(shí)現(xiàn)任意方向的移動(dòng)以及以任意半徑轉(zhuǎn)動(dòng)，因此Mecanum式全方位移動(dòng)機(jī)器也在各種機(jī)器人比賽以及教育中廣泛應(yīng)用。 動(dòng)輪椅，可以幫助殘疾人提高移動(dòng)能力。
3、運(yùn)動(dòng)靈巧的制造車間AGV 系統(tǒng)
自動(dòng)導(dǎo)航車( Automated Guided Vehicles ，AGV) 又名無人搬運(yùn)車，出現(xiàn)于20 世紀(jì)50 年代，是一種自動(dòng)無人駕駛的智能化搬運(yùn)設(shè)備。目前國(guó)際上應(yīng)用于制造業(yè)的AGV 系統(tǒng)基本采用普通差動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)，需要較大的運(yùn)行道路空間。而采用Mecanum輪驅(qū)動(dòng)的AGV，由于其運(yùn)動(dòng)靈活性和定位的準(zhǔn)確性，可以使車間面積利用率提高20% ～ 30%; 由于其可以全方位運(yùn)動(dòng)，甚至可以取消傳統(tǒng)AGV 上的精確平移機(jī)構(gòu)，直接把工件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)送到制造裝備的安裝位置( 如送入切削機(jī)床的夾具上) 。因此，可以進(jìn)一步節(jié)約裝夾時(shí)間，提高效率，具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
四、小結(jié)
基于Mecanum輪的全方位移動(dòng)平臺(tái)不需要轉(zhuǎn)向就可以任意方向移動(dòng)，或繞自身中心原地旋轉(zhuǎn)，使平臺(tái)更加靈巧。 MOTEC智能驅(qū)動(dòng)器在全方位移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用為該平臺(tái)提供了豐富的功能，滿足不同場(chǎng)合的需要，給其應(yīng)用提供了廣泛的空間。
