全向轮机器人运动模型及应用分析

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摘要：全向轮移动平台因其机动、灵活的特点而备受关注，本文深入分析全向轮的运动机理及其全向轮平台运动过程中的受力和速度情况，先后分析全向轮平台的3种运动模式及其内在运动规律；并采用速度分解的方法，详细分析了电机转速-全向轮实际运动速度-全向轮平台中心点速度之间的关系，给出完整的物理分析及数学推导过程，构建全向轮平台的运动学模型；最后从速度空间、运动效率等方面分析全向轮平台的适用场景。

本文以图 1.4（a）中的三轮构型的全向轮平台为例做进一步分析，第2章将先分析全向轮平台不同运动模式的规律及机理，并采用速度分解方法分析全向轮转速与全向轮平台中心点速度之间的关系，以此构建全向轮平台的正逆运动学模型；第3章将描述全向轮平台运动模型的应用场景及其开源项目，第4章对比分析差速机器人和全向轮平台之间差异，最后进行总结和展望。

本文从分析全向轮构型及其特性入手，详细分析了全向轮平台3种常见运动模式的规律及机理；接着也是单全向轮速度分解入手，逐步详细剖析了全向轮运动过程中CENTER点速度与全向轮实际速度、全向轮速度与电机输出轴转速等几类速度之间的合成与分解，并以全向轮M1和M2为例做了详尽的数学推导，导出全向轮平台的正逆运动学模型。最后，将全向轮移动平台与差速驱动平台从速度空间、运动效率等方面进行了分析，并指出全向轮平台全向特性的优势及其主要应用场景。

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