低溫LNG裝卸撬全向移動平臺運動學(xué)分析與仿真*

茆中國,劉明芹,宋呂明,朱 雅,王家超

(江蘇海洋大學(xué) 機械工程學(xué)院,江蘇 連云港 222000)

0 引 言

低溫LNG裝卸撬因存在撬體較大、自身靈活性較差等缺點而無法適應(yīng)當(dāng)今智能化的高速發(fā)展趨勢。為了改變低溫LNG裝卸撬的傳統(tǒng)固有模式,以使其適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境,通常采用全向移動平臺來提高低溫LNG裝卸撬的轉(zhuǎn)運能力,降低人工作業(yè)強度,提高企業(yè)生產(chǎn)效率和安全性。

如今,地面移動式機器人移動機構(gòu)種類已經(jīng)很多。然而在工作空間狹小的情況下,由于轉(zhuǎn)彎半徑的存在,普通輪式移動機構(gòu)無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)向或橫向移動[1]。基于此,筆者提出了由4個Mecanum輪組成的全向移動平臺,利用運動學(xué)方程,并通過三維建模與運動學(xué)仿真分析其運動特性,驗證了麥克納姆輪無需車體做出任何轉(zhuǎn)動便可實現(xiàn)平臺的全向移動,還可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)動,運動非常靈活。理論上,全向移動平臺可沿平面上任意連續(xù)軌跡走到要求的位置,為麥克納姆輪全向移動平臺的設(shè)計提供理論參考[2]。

1 麥克納姆輪的布局

麥克納姆輪布局方式多樣,常見為四輪矩形布置,典型的布局方式如圖1所示。

圖1 四輪布局方式

圖中標(biāo)號1、2、3、4的矩形框表示四個輪子,框中斜線為輥子接觸地面偏置角方向,這種布局方式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,運行平穩(wěn),并且在一定速度時承載較大載荷。麥克納姆輪在安裝時有多種不同的布置方式,最常見的布置方式為正、反兩種安裝方式,麥克納姆輪全向移動的輥子偏轉(zhuǎn)角±θ[3]。輪系采用矩形結(jié)構(gòu)的布置方式主要有六種,麥克納姆輪斜線表示輪上輥子軸線方向,四個麥克納姆輪的偏置角之間的關(guān)系:θ1=180°+θ3,θ2=180°+θ4。……