轮式机器人底盘设计之麦克纳姆轮运动模型及应用分析

麦克纳姆轮平台因其优异的机动性而备受关注，本文深入分析麦克纳姆轮的运动机理及其麦轮平台运动过程中的受力情况，先后分析麦轮平台的6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-麦轮实际运动速度-麦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，构建麦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麦轮平台的适用场景。

从运动空间分类，轮式移动机器人可分为非全向移动类型和全向移动类型。在之前的系列文章中已经介绍了两轮差速机器人、car-like robot、四轮驱动（SSMR）机器人及履带式机器人，这都属于非全向（差速驱动）移动机器人的范畴，而本文将介绍全向移动机器人中的一款——基于麦克纳姆轮的全向移动机器人（下文简称为麦轮平台）。

麦克纳姆轮（下文简称麦轮）在生活中并不常见，多被应用于科研教学、机器人竞赛等场景，其运动模式非常炫酷，包括前行、横移、斜行、旋转及其组合等多种运动方式。由此诸多DIYer常制作麦轮平台，并遥控操纵麦轮平台运动。

麦轮平台就是由四个麦克纳姆轮按照一定规律排布组成的移动平台，麦轮平台能够全向移动主要依赖于具有特殊构型的麦轮（由轮毂和辊子组成，见图 1.2（a）），而最大的亮点是麦轮能够斜向运动。（重点：关于麦轮构型、受力及速度的分析见文章《麦克纳姆轮运动特性分析》）