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移动机器人是自动化控制技术和人工智能技术发展应用的典型体现，代表着机器人技术发展的新水平。其按照移动方式可以分为轮式(Wheeled)、腿式(Legged )、履带式(Tracked)、蜿蜒式(Serpentine)等几种类型。其中轮式是出现最早且应用最广泛的移动方式，其机械结构方式相对简单，可以在一个平面环境里提供平滑、高速、精确的运动效果。轮式移动机器人作为生产活动中应用最为广泛的机器人。
轮式移动机器人分为差动式机器人和全向移动机器人，全向移动机器人得益于无约束的运动学模型，能够在狭窄且复杂多变的环境中自由运行，比传统的差分轮模型及阿克曼模型消耗更少的能量。为了实现全向移动，一般机器人会使用全向轮(Omni Wheel)或麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)。麦克纳姆轮作为一种经典的万向轮的结构，在万向运动机器人平台上有着重要的地位。
麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)简称Mecanum轮，是一种研究较早，也是最为典型的全向轮，轮体的圆周分布了许多鼓形辊子，这些辊子的外廓线与轮子的理论圆周相重合，这样确保了轮子与地面接触的连续性，并且辊子能自由地旋转，辊子的轴线与轮子轴线通常成 45°。
每个Mecanum轮具有3个运动自由度。第一个是轮子在电机驱动下绕自身轴线转动，第二个是辊子在摩擦力驱动下绕自身轴线转动，第三个是轮子绕轮子与地面的接触点转动。当电机驱动车轮旋转时，车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进，同时车轮外周的辊子沿着其各自的轴线自由旋转。
Mecanum轮结构紧凑、运动灵活，3个或以上的Mecanum轮的组合，通过各个轮子之间转速与转向的配合，可以合成任意方向的力矩，从而驱动平台向任意方向进行移动，实现在平面内的全方位运动。但是，由于Mecanum轮的辊子是斜向分布，辊子受力方向与轮子前进方向不一致，轮体圆周上的辊子所受轴向力较大，辊子较易损坏，并且轮子运动时辊子一般存在滑动而并非纯滚动，辊子易磨损。轮子与地面的接触点是在圆柱面上周期性移动，在不平地面上易产生振动，其加工制造也相对困难，但随着制造技术水平的提升，这些存在的问题可以得到一定程度上的解决。
Mecanum轮在广泛地应用于轮式移动机器人的研究领域，并且最为贴近实际应用，其原因在于：
（1）不需要辅助的转向机构，只需通过各轮之间转速与转向的配合就可以
实现全方位运动；
（2）承载能力相对较强，运动灵活、性能稳定；
（3）运动控制相对简单，易于实现。
每个Mecanum轮有3个自由度，分别是绕辊子轴心转动，绕轮子轴心转动，绕轮子和地面的接触点转动。轮子分别由独立的电机驱动，剩下的两个自由度自由转动。由三个及其以上的麦克纳姆轮可以构成全向移动机器人，实际应用中一般采用运动稳定性好的四轮结构。
虽然Mecanum轮具有优越的运动性能，但实现其运动过程还取决于控制系统，运动控制是系统实现全方位运动的关键，同时是Mecanum轮全方位移动系统研究的热点及难点。
自Mecanum轮发明以后，国内外很多研究学者、高校以及研究机构等纷纷开始以Mecanum轮以及基于Mecanum轮的移动平台的研究和探讨。研究的领域主要集中于辊子几何特征、轮子整体结构、机械结构设计、运动学与动力学建模、轮组布局结构以及运动控制等方面。
注：
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作 者 简 介
王刚
剑指工控运动控制专家
主要从事系统集成，运动控制设备应用二次开发。目前主要从事并联六自由度平台、振动台、道路模拟试验设备、疲劳或加载试验设备、AGV小车、视觉测量等非标设备应用开发。
