CN104149857A - 一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，用于工农业运输。本发明采用模块化设计思想，整车包括四个模块，模块1和模块2的结构成左右对称形式，模块3和模块1的结构完全一致，模块4和模块2的结构完全一致。模块1和模块2之间、模块2和模块3之间、模块3和模块4之间以及模块4和模块1之间均通过滚珠丝杠相连接。每个模块中，由直流伺服电机带动小同步轮转动，通过同步齿形带将动力传递到大同步轮上，继而带动轮轴转动，最后带动麦克纳姆全向轮旋转。本发明实现了平台车的前进、横移及原地转向功能，有效的解决空间不足情况下的运输问题，可以根据路况宽窄以及负载体积大小，对平台车的轮距进行无级调节。

Description

一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘
技术领域
本发明涉及工农业运输上的移动平台车底盘，尤其涉及一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘。
背景技术
随着社会经济的发展，在医疗、物流、设施农业、航空航天等领域，为了降低人的作业强度，提升效率和可靠性，需要大量的辅助、自主搬运车和机器人。而作为机器人和搬运车根本的平台车移动机构备受关注。目前地面移动式平台车有车轮式、履带式、腿脚式等多种形式，其中轮式移动系统最可靠且应用最广泛。相对于其他移动系统形式(履带式、蛇行式等)，轮式移动系统的优点为运动效率较高、承载能力较强、机械结构形式丰富、驱动控制相对简单、运动方式机动灵活、行进速度相对较高。
但是普通轮式移动机构都需要一定的转弯半径，如果工作空间狭小，将不能转向或横向移动。并且普通轮式移动平台车的轮距是一定的，不可调整，不能适应不同的路况和负载大小。
发明内容
本发明的目的在于，针对普通轮式移动平台车底盘的局限性，设计出一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，该平台车无需车体做出任何转动便可实现任意方向的移动，并且可以原地旋转任意角度，运动非常灵活，理论上可沿平面上任意连续轨迹走到要求的位置，并且可以实现轮距无级调节功能，以适应不同的路况和不同体积大小的负载。
本发明的一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，采用模块化设计思想，包括四个模块，模块1和模块2的结构成左右对称形式，模块3的结构和模块1的结构完全一致，模块4的结构和模块2的结构完全一致。
模块1包括麦克纳姆全向轮、轮轴、带座轴承A、直流伺服电机、模块车架、小同步轮、同步齿形带、张紧装置和大同步轮。麦克纳姆全向轮装配在轮轴上，轮轴通过带座轴承A安装在模块车架上。直流伺服电机安装在模块车架上，通过小同步轮、同步齿形带和大同步轮将动力传递到轮轴上。直流伺服电机的输出端安装小同步轮，小同步轮通过同步齿形带连接大同步轮，大同步轮安装在轮轴上。张紧装置安装在模块车架上，通过调节张紧装置的前后安装位置，使得同步齿形带始终处于张紧状态。
模块1和模块2之间、模块2和模块3之间、模块3和模块4之间以及模块4和模块1之间均通过滚珠丝杠相连接。滚珠丝杠通过带座轴承B和丝杠螺母与两个模块固定连接；滚珠丝杠的一端连接有丝杠驱动电机，丝杠驱动电机安装在模块车架上。
本发明的轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘的每个模块采用一个直流伺服电机驱动一个麦克纳姆全向轮，整车底盘由四个模块组成，采用单片机一对多通信和RS485半双工通信方式，可实现对平台车的前进、横向移动及原地旋转的控制，是一种有效的解决空间不足的运动方式。
麦克纳姆全向轮的圆周上分布着一圈与轮轴轴线成45°方向的辊子，通过控制四个丝杠驱动电机同时以相同的转速顺时针旋转或者同时逆时针旋转，推动麦克纳姆全向轮上的棍子滚动，实现平台车底盘对角线轮距沿45°和135°方向增大或者缩小。
本发明的有益效果在于：(1)可应用于现代设施农业或工业运输上的小型自主全向移动平台车，实现平台车的前进、横移及原地转向功能，有效的解决空间不足情况下的运输问题；并且可以根据路况宽窄以及负载体积大小，对平台车的轮距进行无级调节；(2)采用直流伺服电机和同步齿形带传动的方式可以保证传动精度，提高平台车底盘各模块之间的运动同步性；且轮轴通过带座轴承安装在模块车架上，相比较于电机直驱式大大提高了平台车底盘的承载能力；(3)采用张紧装置保证同步带传动的传动精度，通过调节张紧装置的前后安装位置实现同步齿形带始终处于张紧状态。
附图说明
图1是本发明的平台车底盘整体结构原理图；
图2是本发明的平台车底盘模块1的结构原理图；
图3是本发明的平台车底盘同步带传动张紧原理图；
图4是本发明的平台车底盘各模块连接装置结构原理图；
图5是本发明的平台车底盘轮距无极调节原理图。
其中：
1：麦克纳姆全向轮；2：轮轴；3：带座轴承A；4：丝杠驱动电机；5：带座轴承B；6：丝杠螺母；7：滚珠丝杠；8：直流伺服电机；9：模块车架；10：小同步轮；11：同步齿形带；12：张紧装置；13：大同步轮。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供的一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，采用模块化设计思想，包括四个模块。其中，模块1和模块2的结构成左右对称形式，模块3和模块4的结构成左右对称形式，模块3的结构和模块1的结构完全一致，模块4的结构和模块2的结构完全一致。模块化的设计便于批量生产加工，不需要生产整个平台车底盘，只需批量生成模块1和模块2，然后通过滚珠丝杠将四个模块连接起来形成平台车底盘。
如图1和图2所示，模块1包括麦克纳姆全向轮1、轮轴2、带座轴承A3、直流伺服电机8、模块车架9、小同步轮10、同步齿形带11、张紧装置12以及大同步轮13。麦克纳姆全向轮1装配在轮轴2上，轮轴2通过带座轴承A3安装在模块车架9上，相比较于电机直驱式，这种安装形式大大提高了平台车底盘的承载能力。直流伺服电机8安装在模块车架9上，通过小同步轮10、同步齿形带11、大同步轮13将动力传递到轮轴2上。直流伺服电机8的输出端安装有小同步轮10，小同步轮10通过同步齿形带11连接大同步轮13，大同步轮13安装在轮轴2上。直流伺服电机8带动小同步轮10转动，通过同步齿形带11将动力传递到大同步轮13上，继而带动轮轴2转动，最后带动麦克纳姆全向轮1旋转，采用直流伺服电机8和同步齿形带11传动的方式可以保证传动精度，提高平台车底盘各模块之间的运动同步性。因为平台车底盘采用同步带传动，为保证传动精度，每个模块均采用了一套张紧装置12。如图3所示，张紧装置12安装在模块车架9上，通过调节张紧装置12的前后安装位置可以实现同步齿形带11始终处于张紧状态。
其中模块1和模块2之间、模块2和模块3之间、模块3和模块4之间以及模块4和模块1之间均通过丝杠驱动电机4、带座轴承B5、丝杠螺母6、滚珠丝杠7相连接。如图1和图4所示，在模块1和模块2之间，丝杠驱动电机4和带座轴承B5安装在模块1的模块车架9上，丝杠螺母6安装在模块2的模块车架9上。模块1通过滚珠丝杠7与模块2相连接。滚珠丝杠7通过带座轴承B5和丝杠螺母6与两个模块固定连接。滚珠丝杠7和丝杠螺母6组成滚珠丝杠副。滚珠丝杠7的一端连接有丝杠驱动电机4。
本发明的轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘的每个模块采用一个直流伺服电机驱动一个麦克纳姆全向轮，整车由四个模块组成。工作时，采用单片机实现对平台车底盘四个模块的一对多通信，以及RS485半双工通信方式，通过控制四个模块的直流伺服电机8的不同正反转组合，可实现对平台车的前进、横向移动及原地旋转的控制，是一种有效的解决空间不足的运动方式。采用直流伺服电机8驱动，同步齿形带11传动的形式不仅可以保证传动精度，提高平台车底盘各模块之间的运动同步性，而且轮轴2的存在大大提高了平台车的整体承载能力。
如图5所示，当路面较窄或者平台车运输的物体体积较小时，四个丝杠驱动电机4同时以相同的转速逆时针旋转，各模块之间的距离将会在滚珠丝杠副的作用下等速减小，带动麦克纳姆全向轮1上的棍子向平台车底盘中心的方向滚动，从而使平台车底盘对角线轮距沿45°和135°方向逐渐缩小。同理，当路面较宽或者平台车运输的物体体积较大时，四个丝杠驱动电机4同时以相同的转速顺时针旋转，各模块之间的距离将会在滚珠丝杠副的作用下等速增大，带动麦克纳姆全向轮1上的棍子向远离平台车底盘中心的方向滚动，从而使平台车底盘对角线轮距沿45°和135°方向逐渐增大。以这样的方式实现轮距无级调节，以适应不同的路况和负载。

Claims (3)

1.一种轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，其特征在于：包括四个模块，模块1和模块2的结构成左右对称形式，模块3和模块1的结构完全一致，模块4和模块2的结构完全一致；
其中模块1包括麦克纳姆全向轮(1)、轮轴(2)、带座轴承A(3)、直流伺服电机(8)、模块车架(9)、小同步轮(10)、同步齿形带(11)、张紧装置(12)和大同步轮(13)；麦克纳姆全向轮(1)装配在轮轴(2)上，轮轴(2)通过带座轴承A(3)安装在模块车架(9)上；直流伺服电机(8)安装在模块车架(9)上，直流伺服电机(8)的输出端安装小同步轮(10)，小同步轮(10)通过同步齿形带(11)连接大同步轮(13)，大同步轮(13)安装在轮轴(2)上；张紧装置(12)安装在模块车架(9)上，通过调节张紧装置(12)的前后安装位置，使得同步齿形带(11)始终处于张紧状态；
模块1和模块2之间、模块2和模块3之间、模块3和模块4之间以及模块4和模块1之间均通过滚珠丝杠(7)相连接；滚珠丝杠(7)通过带座轴承B(5)和丝杠螺母(6)与两个模块固定连接；滚珠丝杠(7)的一端连接有丝杠驱动电机(4)，丝杠驱动电机(4)安装在模块车架(9)上。
2.如权利要求1所述的轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，其特征在于：所述的麦克纳姆全向轮(1)的圆周上分布着一圈与轮轴(2)轴线成45°方向的辊子，通过控制四个丝杠驱动电机(4)同时以相同的转速顺时针旋转或者同时逆时针旋转，推动麦克纳姆全向轮(1)上的棍子滚动，实现平台车底盘对角线轮距沿45°和135°方向增大或者缩小。
3.如权利要求1或2所述的轮距无级调节式的全方位移动平台车底盘，其特征在于：所述的全方位移动平台车的每个模块，采用一个直流伺服电机(8)驱动一个麦克纳姆全向轮(1)，采用单片机实现对四个模块的一对多通信和RS485半双工通信方式，实现对平台车的前进、横向移动及原地旋转的控制。
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