CN106003039B - 可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法，包括底盘、分离式变位驱动机构、变位电机、整体式变位驱动机构、变位电动推杆、驱动轮电机A和B、驱动轮A和B、随动轮A和B、控制装置、导引传感器。分离式变位驱动机构安装于底盘，在保持驱动轮电机A位置不变的同时，改变驱动轮A轴线相对于底盘的位置。整体式变位驱动机构安装于顶盖，通过改变顶盖的高度改变驱动轮B轴线相对于底盘的位置。驱动轮A轴线与驱动轮B正交，且最低位置相同，移动机器人通过改变接触地面的驱动轮实现正交双向运动，可在同一平面内相互正交方向之间自由地转换移动方向，增强了移动机器人的运动机动性和灵活性。

Description

可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动化装备领域，具体是一种可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法。

背景技术

根据平面运动的自由度，移动机器人分为侧向运动受限的非完整移动方式和可实现所有平面运动的全方位移动方式。全方位移动机器人不仅可沿本体纵向前进和后退，绕本体中心原地旋转，还可沿本体横向左移和右移，并可在保持本体姿态不变的同时，沿平面内任意方向运动，对有限作业空间具有良好的机动性。

以麦卡纳姆轮(Mecanum Wheel)和球形轮为代表的全方位轮不仅可绕主轴旋转实现前进和后退，还可沿主轴方向产生侧向运动，是实现全方位移动方式的一种技术方案，然而全方位轮机械结构复杂，制造成本高。另一种技术方案是通过常规车轮的特殊布局实现全方位移动方式，如采用一对方向由操舵电机控制、转速由驱动电机控制的双操舵驱动轮布局，然而这种方案的控制系统比较复杂，且独立控制的两轮转向同步性较差。

为了提高两轮转向控制的同步性，ZL200620028342.5公开的“自动引导车的驱动/转向机构”，通过一个转向定位机构将电机与减速机驱动连接，减速机的输出端驱动连接一个通轴，采用电磁离合器将两个驱动轮与该通轴的两端进行离合式的驱动连接。该装置可将常用差速驱动方式所需的两台驱动电机减小为一台，有利于驱动转向机构的同步控制。然而，通过摩擦方式驱动车轮转动，不仅难以精确控制驱动轮的转速和位移，而且将大量电能通过摩擦转化为热能，大大降低了电能利用效率。

公开号为ZL201010228787.9的中国专利公开了一种“可分式差速驱动装置及其全方位移动自动导引车”，其上转盘固定于车体，通过止推轴承与下转盘同轴装配，上转盘安装有角度传感器和电磁离合器，下转盘安装有导引传感器和车载控制器，以及两套轮式移动装置。采用该装置的自动导引车在保持车体姿态不变的同时，通过可分式差速驱动自由、精确地调整下转盘乃至车体的运动方向，实现沿任意方向角的全方位移动。

除了全方位移动方式，正交运动方式近年来也成为移动机器人的一种运动模式，如亚马逊在仓储中使用的KIVA机器人，通过两轮差速驱动方式进行原地转向，并沿着两个相互正交的方向做直线运动。然而，通过差速原地转向方式实现的正交运动切换，其运动切换效率可能不及通过改变机械结构的变结构方式。

公开号为ZL201520528504.0的中国专利公开了“一种正交型行走机器人”，采用两个正交设置的机架，每个机架上安装有导向装置，联接组块一通过导向装置一连接于机架一，机架二固定联接组块一上，联接组块二通过导向装置二连接于机架二，机械臂固定在联接组块二上。通过钢丝传动方式实现了桁架机器人的二维平面运动。从本质上看，这种桁架机器人是一种导轨导向的有轨机器人，与轮式移动机器人差别较大，有轨机器人的运动范围受限于所设置的轨道区域。

公开号为ZL201010130258.5的中国专利公开了一种“正交行走模式自行载运托盘装置及用途”，其框架上设置有单电机驱动的行走机构和单电机驱动的转向机构。第一减速电机的输出轴两端通过传动轴、滑动联轴器、大倾角球笼式万向联轴器，驱动框架对角上行走轮架的行走轮。在行走轮架上设置有两个转向连杆座，相邻行走轮架间的转向连杆座上设置有转向连杆，第二减速电机通过链轮机构驱动一个行走轮架的垂直旋转运动，再通过转向连杆同步拉动其他三个行走轮架进行转向运动。然而，对于该种轮式移动机构，采用滑动联轴器和万向联轴器的传动效率较低，采用转向连杆拉动的方式不易精确控制行走轮架的转向角度。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法，实现移动机器人在两个正交方向上的运行切换，可在同一平面内相互正交方向之间自由地转换移动方向，增强了移动机器人的运动机动性和灵活性。

本发明提供的变结构移动机器人包括底盘、分离式变位驱动机构、变位电机、顶盖、整体式变位驱动机构、变位电动推杆、驱动轮电机A和B、驱动轮A和B、随动轮A和B、控制装置、导引传感器；所述分离式变位驱动机构、驱动轮电机A、变位电机安装于底盘，在保持驱动轮电机A位置不变的同时，通过变位电机改变驱动轮A轴线相对于底盘的高度位置；所述整体式变位驱动机构、驱动轮电机B、变位电动推杆安装于顶盖，通过变位电动推杆改变顶盖相对于底盘的垂直距离，从而改变驱动轮B轴线的高度位置；所述驱动轮A轴线(沿Y方向)与驱动轮B轴线(沿X方向)正交，且最低位置处于同一高度；所述导引传感器安装于底盘，且与控制装置电连接，识别地面标识的位置信息；所述控制装置与变位电机、变位电动推杆电连接，分别控制分离式变位驱动机构、整体式变位驱动机构的运动，改变驱动轮A、驱动轮B轴线的高度位置，从而改变驱动轮A、驱动轮B与地面的接触状态；所述控制装置与驱动轮电机A、驱动轮电机B电连接，分别控制驱动轮A、驱动轮B的转动，从而驱动移动机器人在同一平面内实现正交双向运动。

分离式变位驱动机构安装于底盘，由曲柄连杆机构、偏心轮机构、蜗轮蜗杆机构、行星齿轮机构组成；所述偏心轮机构包括滑动轴承座A、滑动轴承A、偏心轮和滚动轴承A，四个滑动轴承座A对称固定安装于底盘沿X方向的两侧侧板上预制的滑动轴承座孔内，偏心轮通过滑动轴承A活动安装于滑动轴承座A内，偏心轮可在滑动轴承座A内自由转动；所述偏心轮在相同圆心角位置具有偏心距为e的轴承孔，用于安装第一滚动轴承A。

曲柄连杆机构由偏心轮、曲柄连杆、随动轮A轮轴、曲柄轴、驱动轮A轮轴、滑动轴承B、滑动轴承座B、第二滚动轴承A组成；所述随动轮A轮轴通过第二滚动轴承A活动安装于底盘两侧侧板一端位置的偏心轮轴承孔中，随动轮A轮轴可在两侧相对的偏心轮轴承孔内自由转动；所述驱动轮A轮轴通过第二滚动轴承A活动安装于底盘两侧侧板另一端位置的偏心轮轴承孔中，驱动轮A轮轴可在两侧相对的偏心轮轴承孔内自由转动；所述滑动轴承座B固定安装于底盘，且位于随动轮A轮轴和驱动轮A轮轴之间；所述曲柄轴的中心轴通过滑动轴承B活动安装于滑动轴承座B内，曲柄轴的中心轴与偏心轮的中心线位于同一水平面内，且与偏心轮的中心线平行；曲柄轴的偏心轴与中心轴平行，偏心轴与中心轴之间的曲柄长度等于偏心轮的偏心距e，且曲柄轴的偏心轴与偏心轮的偏心轴承孔具有相同圆心角位置；所述曲柄连杆两端预制有滚动轴承孔，通过第二滚动轴承A与随动轮A轮轴、驱动轮A轮轴活动连接，曲柄连杆中部与曲柄轴的偏心轴固定连接，将同侧的两个偏心轮以及两侧共同的随动轮A轮轴、曲柄轴、驱动轮A轮轴组成两组结构对称的曲柄连杆机构；所述随动轮A轮轴的两端固定安装有随动轮A，驱动轮A轮轴的两端固定安装有驱动轮A。

蜗轮蜗杆机构由蜗轮、滑动轴承C、滑动轴承座C、蜗杆、传动齿轮A、驱动齿轮A、变位电机支架组成；所述蜗轮固定安装于曲柄轴的中心轴中部；所述滑动轴承座C固定安装于底盘，蜗杆通过滑动轴承C活动安装于滑动轴承座C中，蜗杆与蜗轮相啮合组成蜗轮蜗杆机构；所述传动齿轮A固定安装于蜗杆；所述变位电机通过变位电机支架固定安装于底盘，所述驱动齿轮A固定安装于变位电机的输出轴，并与传动齿轮A相啮合组成齿轮传动机构。

行星齿轮机构可采用外啮合方式，由行星轮A、太阳轮A、驱动齿轮B、驱动轴A、滚动轴承B和驱动轮电机A支架组成；所述驱动轮A轮轴连接的两偏心轮还具有中心孔，驱动轴A通过滚动轴承B活动安装于偏心轮中心孔中，驱动轴A可在两侧相对的偏心轮中心孔内自由转动；所述行星轮A、太阳轮A都为外齿轮，行星轮A固定安装于驱动轮A轮轴，太阳轮A固定安装于驱动轴A，行星轮A与太阳轮A外啮合组成行星齿轮机构，行星轮A半径r_PA与太阳轮A半径r_SA之和等于偏心轮偏心距e；所述驱动轮电机A通过驱动轮电机A支架固定安装于底盘，驱动齿轮B固定安装于驱动轮电机A的输出轴，并与太阳轮A外啮合。

行星齿轮机构还可采用内啮合方式，由行星轮B、太阳齿轮轴B、驱动齿轮B、滚动轴承C、滚动轴承座C、驱动轮电机A支架组成；所述太阳齿轮轴B在轴向中部具有外齿轮，其内部具有阶梯孔，在内部孔中部具有内齿圈；所述滚动轴承座C固定安装于底盘，太阳齿轮轴B通过滚动轴承C活动安装于滚动轴承座C，太阳齿轮轴B的轴线与驱动轮A轮轴连接的两偏心轮的中心线同轴；所述行星轮B固定安装于驱动轮A轮轴，行星轮B与太阳齿轮轴B的内齿圈内啮合组成行星齿轮机构，太阳齿轮轴B的内齿圈半径r_SB与行星轮B的半径r_PB之差等于偏心轮的偏心距e；所述驱动轮电机A通过驱动轮电机A支架固定安装于底盘，驱动齿轮B固定安装于驱动轮电机A的输出轴，并与太阳齿轮轴B的外齿轮外啮合。

整体式变位驱动机构安装于顶盖，由剪式铰链连杆机构、随动轮B轮轴、驱动轮B轮轴、驱动轮传动机构、滚动轴承D、滚动轴承座D、驱动轮电机B支架组成；所述剪式铰链连杆机构包括第一交叉连杆、第二交叉连杆、第三交叉连杆、第四交叉连杆、第一水平连杆、第二水平连杆、第三水平连杆、第四水平连杆、第五水平连杆、水平滑块；所述顶盖沿Y方向的两侧侧板上一端预制有圆形孔，另一端预制有腰形孔；所述底盘沿Y方向的两侧侧板上在顶盖圆形孔的同一端相同位置预制有圆形孔，在顶盖腰形孔的同一端相同位置预制有腰形孔；所述第一水平连杆的两端固定安装于顶盖两侧侧板的圆形孔中，并通过铰链分别与第一交叉连杆、第二交叉连杆的一端活动连接；所述第三水平连杆的两端活动安装于底盘两侧侧板的腰形孔中，并通过铰链分别与第一交叉连杆、第二交叉连杆的另一端活动连接，第三水平连杆可在底盘腰形孔中沿Y方向自由滑动；所述第二水平连杆的两端固定安装于底盘两侧侧板的圆形孔中，并通过铰链分别与第三交叉连杆、第四交叉连杆的一端活动连接；第二水平连杆和第三水平连杆位于曲柄连杆机构和底盘之间；所述第四水平连杆的两端活动安装于顶盖两侧侧板的腰形孔中，并通过铰链分别与第三交叉连杆、第四交叉连杆的另一端活动连接，第四水平连杆可在顶盖腰形孔中沿Y方向自由滑动；所述第五水平连杆的两端通过铰链分别与第一交叉连杆、第二交叉连杆、第三交叉连杆、第四交叉连杆的中部孔活动连接，组成沿Y方向两侧对称的剪式铰链连杆机构；所述变位电动推杆固定安装于顶盖，变位电动推杆的输出端通过水平滑块与第四水平连杆的中部固定连接。

整体式变位驱动机构保证驱动轮B与驱动轮电机B的相对位置不变；四个滚动轴承座D对称固定安装于顶盖沿Y方向的两侧侧板上预制的滚动轴承座孔内，两根随动轮B轮轴的中部分别通过滚动轴承D活动安装于顶盖两侧侧板一端的滚动轴承座D内，两根随动轮B轮轴的外侧端分别固定安装有随动轮B；两根驱动轮B轮轴的中部分别通过滚动轴承D活动安装于顶盖两侧侧板另一端的滚动轴承座D内，两根驱动轮B轮轴的外侧端分别固定安装有驱动轮B；所述驱动轮传动机构包括驱动齿轮C、传动齿轮C、传动轴C、主动链轮A、从动链轮A、传动链条A、滚动轴承E、滚动轴承座E；所述驱动轮电机B通过驱动轮电机B支架固定安装于顶盖，驱动齿轮C固定安装于驱动轮电机B的输出轴；两个滚动轴承座E固定安装于顶盖，传动轴C通过滚动轴承E活动安装于滚动轴承座E，传动齿轮C固定安装于传动轴C中部，并与驱动齿轮C相啮合组成齿轮传动机构；两个主动链轮A分别固定安装于传动轴C的两端，两个从动链轮A分别固定安装于两根驱动轮B轮轴的内侧端，两根传动链条A分别连接同侧的主动链轮A和从动链轮A组成链轮传动机构。

控制装置与变位电机电连接，通过分离式变位驱动机构带动行星轮A绕太阳轮A转动或行星轮B绕太阳齿轮轴B转动，从而沿平行于行星轮A/B的圆弧轨迹改变驱动轮A轮轴和随动轮A轮轴的高度位置，分别布置两个位置传感器A1和A2，控制驱动轮A轮轴和随动轮A轮轴可到达两个高度极限位置，即高A位置和低A位置；所述控制装置与变位电动推杆电连接，通过整体式变位驱动机构调节剪式铰链连杆机构的交叉连杆夹角，带动顶盖沿高度方向升降，从而改变驱动轮B轮轴和随动轮B轮轴的高度位置，分别布置两个位置传感器B1和B2，控制驱动轮B轮轴和随动轮B轮轴可到达两个高度极限位置，即高B位置和低B位置；通过适当调节位置传感器A2和B2的安装位置，使得低A位置和低B位置处于同一高度位置；所述控制装置与导引传感器电连接，识别地面标识的位置信息，包括节点编号、路径编号、位置坐标、相邻节点编号、相邻节点位置；所述地面标识按照纵横排列方式布置在纵向路径与横向路径的交叉点位置。

本发明还提供了一种可正交双向运动的变结构移动机器人的控制方法，包括变位控制模式、驱动控制模式、导航控制模式。变位控制模式为通过改变移动机器人的结构从而改变与地面接触的驱动轮和随动轮，进而改变移动机器人的运动方向，控制方法具体如下：

(1)当移动机器人需要由沿X方向运动改变为沿Y方向运动时，所述控制装置先控制变位电动推杆，驱动整体式变位驱动机构向下运动，带动顶盖上的驱动轮B轮轴和随动轮B轮轴运动到低B位置；再控制驱动轮电机A，锁紧驱动齿轮A保持不动；后控制变位电机，驱动分离式变位驱动机构向上运动，带动偏心轮上的驱动轮A轮轴和随动轮A轮轴运动到高A位置。

(2)当移动机器人需要由沿Y方向运动改变为沿X方向运动时，所述控制装置先控制驱动轮电机A，锁紧驱动齿轮A保持不动；再控制变位电机，驱动分离式变位驱动机构向下运动，带动偏心轮上的驱动轮A轮轴和随动轮A轮轴运动到低A位置；后控制变位电动推杆，驱动整体式变位驱动机构向上运动，带动顶盖上的驱动轮B轮轴和随动轮B轮轴运动到高B位置。

驱动控制模式为在改变移动机器人与地面接触的驱动轮和随动轮后，根据运动方向相应地调整驱动轮驱动方式，控制方法具体如下：

(1)当移动机器人需要沿X方向运动时，保持变位电机角位置不变，并通过蜗轮蜗杆机构位置自锁，再通过驱动轮电机A控制驱动轮A。

(2)当移动机器人需要沿Y方向运动时，保持变位电动推杆位置不变，并通过剪式铰链连杆机构自锁，再通过驱动轮电机B控制驱动轮B。

导航控制模式的控制方法具体如下：以地面标识为节点、以相邻两个地面标识之间的连线为路径，建立纵横交错的导航地图；移动机器人根据目标节点的位置坐标，通过路径规划搜索中间运行节点；根据相邻运行节点的相对位置，选择移动机器人的正交运动方向；当运动方向改变时，先进行变位控制，再进行驱动控制。

本发明有益效果在于：

(1)本发明的变结构移动机器人可在同一平面内相互正交方向之间自由地转换移动方向，增强了移动机器人的运动机动性和灵活性；

(2)为了改变行走轮在同一平面内相互正交方向的运行，与ZL201010130258.5公开的“正交行走模式自行载运托盘装置及用途”不同，本发明没有采用转向连杆同步拉动行走轮架的方式转动行走轮的运行方向，而是采用调节两组正交行走轮高度的方式改变与地面接触的行走轮，通过行星齿轮机构或链轮机构带动行走轮的传动效率高，正交方式布置的行走轮导向精度高；

(3)本发明的变结构移动机器人同时采用分离式变位驱动机构和整体式变位驱动机构，分别安装于底盘沿X方向的侧板和顶盖沿Y方向的侧板，分别采用不同结构设计方法保证变位运动过程中驱动轮电机与驱动轮之间的传动关系，这种布局与结构设计方法有利于减小移动机器人垂直方向的高度尺寸；

(4)本发明的分离式变位驱动机构中，蜗轮蜗杆机构、曲柄连杆机构、偏心轮机构是用于改变驱动轮A轮轴位置的变位机构，当变位电机通过蜗轮蜗杆机构带动曲柄轴转动时，通过曲柄连杆机构同步驱动偏心轮机构产生转动，改变偏心轮上偏心安装的驱动轮A轮轴的位置，偏心轮机构的承载能力大，曲柄连杆机构的运动同步性好，蜗轮蜗杆机构的自锁性能好；

(5)本发明的分离式变位驱动机构中，行星齿轮机构是用于带动驱动轮A轮轴转动的驱动机构，当变位电机通过蜗轮蜗杆机构带动曲柄轴转动时，驱动轮A轮轴上的行星轮A通过外齿轮啮合绕驱动轴A上的太阳轮A公转，或者驱动轮A轮轴上的行星轮B通过内啮合绕太阳齿轮轴B的内齿圈公转，在改变驱动轮A轮轴位置的同时保持了驱动机构中齿轮(行星轮与太阳轮)之间的啮合关系，从而保持了驱动轮电机A与驱动轮A之间的传动关系；当变位电机静止并通过蜗轮蜗杆机构锁紧曲柄轴时，行星轮轴线固定，行星齿轮机构转化为定轴齿轮系，将驱动轮电机A的驱动力传递到驱动轮A轮轴；行星齿轮机构通过公转和自转两种运行模式有效解决了驱动轮A的变位运动和驱动运动的切换问题，在保持驱动轮电机A位置不变的同时，改变驱动轮A轮轴相对于底盘的位置；

(6)本发明的整体式变位驱动机构安装于顶盖，通过剪式铰链连杆机构改变驱动轮B轮轴相对于底盘的位置，通过驱动轮传动机构将驱动轮电机B的驱动力传递到驱动轮B轮轴，使变位运动与驱动运动相独立，可简化变位机构与驱动机构的设计，使驱动轮电机B和驱动轮同时随顶盖进行变位运动，在变位运动过程中保持了驱动轮电机B与驱动轮B之间的传动关系；

(7)本发明的分离式变位驱动机构安装于底盘沿X方向的中央区域，整体式变位驱动机构的传动轴C安装于顶盖的顶部，驱动轮B轮轴和随动轮B轮轴采用两根半轴形式，避免分离式变位驱动机构和整体式变位驱动机构同时运动到相同高度位置时发生干涉；

(8)本发明的变结构移动机器人可根据纵横交错的导航地图，采用变位控制模式、驱动控制模式、导航控制模式，实现移动机器人在同一平面内的自主导航运动，整个控制过程简便高效。

附图说明

图1是本发明中变结构移动机器人的结构示意图；

图2是本发明中分离式变位驱动机构的结构示意图；

图3是分离式变位驱动机构中偏心轮机构的结构示意图；

图4是分离式变位驱动机构中曲柄连杆机构和蜗轮蜗杆机构的结构示意图；

图5是分离式变位驱动机构中曲柄轴与偏心轮的偏心结构示意图；

图6是分离式变位驱动机构中外啮合方式的行星齿轮机构的结构示意图；

图7是分离式变位驱动机构中内啮合方式的行星齿轮机构的结构示意图；

图8是整体式变位驱动机构中剪式升降机构的结构示意图；

图9是整体式变位驱动机构中驱动轮传动机构的结构示意图；

图10是变结构移动机器人的控制系统的组成示意图。

图中：1-底盘；2-分离式变位驱动机构；3-变位电机；4-顶盖；5-整体式变位驱动机构；6-变位电动推杆；7-驱动轮电机A；8-驱动轮电机B；9-驱动轮A；10-驱动轮B；11-随动轮A；12-随动轮B；13-偏心轮机构；14-曲柄连杆机构；15-蜗轮蜗杆机构；16-行星齿轮机构；17-滑动轴承座A；18-滑动轴承A；19-偏心轮；20-第一滚动轴承A；21-曲柄连杆；22-随动轮A轮轴；23-曲柄轴；24-驱动轮A轮轴；25-滑动轴承B；26-滑动轴承座B；27-蜗轮；28-滑动轴承C；29-滑动轴承座C；30-蜗杆；31-传动齿轮A；32-驱动齿轮A；33-变位电机支架；34-行星轮A；35-太阳轮A；36-驱动齿轮B；37-驱动轴A；38-滚动轴承B；39-驱动轮电机A支架；40-行星轮B；41-太阳齿轮轴B；42-滚动轴承C；43-滚动轴承座C；44-随动轮B轮轴；45-驱动轮B轮轴；46-滚动轴承D；47-滚动轴承座D；48-驱动轮电机B支架；49-第一交叉连杆；50-第二交叉连杆；51-第三交叉连杆；52-第四交叉连杆；53-第一水平连杆；54-第二水平连杆；55-第三水平连杆；56-第四水平连杆；57-第五水平连杆；58-水平滑块；59-驱动齿轮C；60-传动齿轮C；61-传动轴C；62-主动链轮A；63-从动链轮A；64-传动链条A；65-滚动轴承E；66-滚动轴承座E；67-第二滚动轴承A。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的可正交双向运动的变结构移动机器人，包括底盘1、分离式变位驱动机构2、变位电机3、顶盖4、整体式变位驱动机构5、变位电动推杆6、驱动轮电机A7、驱动轮电机B8、驱动轮A9和驱动轮B10、随动轮A11和随动轮B12、控制装置、导引传感器。底盘1和顶盖4分别是一种具有一块底板和两块侧板的折弯零件。分离式变位驱动机构2、驱动轮电机A7、变位电机3安装于底盘1，在保持驱动轮电机A7位置不变的同时，通过变位电机3改变驱动轮A9轴线相对于底盘的高度位置，从而使驱动轮A9产生垂直方向的升降运动。整体式变位驱动机构5、驱动轮电机B8、变位电动推杆6安装于顶盖4，通过变位电动推杆6相对于底盘1的垂直距离，改变驱动轮B10轴线的高度位置，从而使驱动轮B10产生垂直方向的升降运动。

如图2所示，分离式变位驱动机构2安装于底盘1，由曲柄连杆机构14、偏心轮机构13、蜗轮蜗杆机构15、行星齿轮机构16组成。其中，偏心轮机构13用于直接改变驱动轮A9轴线的高度位置。曲柄连杆机构14用于连接底盘1两块侧板上的四个偏心轮机构13，同步驱动四个偏心轮机构13产生旋转运动。蜗轮蜗杆机构15用于驱动曲柄连杆机构14的曲柄产生旋转运动。行星齿轮机构16具有两种工作状态：当曲柄连杆机构14的曲柄旋转时，行星齿轮机构16参与改变驱动轮A9轴线的高度位置；当曲柄连杆机构14的曲柄静止时，行星齿轮机构16用于将驱动轮电机A7的驱动力传递给驱动轮A9。

如图3所示，偏心轮机构13包括滑动轴承座A17、滑动轴承A18、偏心轮19和滚动轴承A20。

如图2所示，底盘1的两侧侧板沿X方向，在图2所示的一侧侧板的两端预制有滑动轴承座孔，两个滑动轴承座A17对称固定安装于滑动轴承座孔内。在图2所示的侧板对面还有固定安装另外两个滑动轴承座A17的对称侧板结构，四个滑动轴承座A17在底盘1的两侧侧板上对称安装。

如图3所示，偏心轮19通过滑动轴承A18活动安装于滑动轴承座A17内，偏心轮19可在滑动轴承座A17内自由转动。偏心轮19在相同圆心角位置具有偏心距为e的轴承孔，用于安装第一滚动轴承A20。当偏心轮19在滑动轴承座A17内转动时，偏心轮19的偏心轴承孔高度发生改变。

如图4所示，曲柄连杆机构14由偏心轮19、曲柄连杆21、随动轮A轮轴22、曲柄轴23、驱动轮A轮轴24、滑动轴承B25、滑动轴承座B26、第二滚动轴承A67组成。四个偏心轮19活动安装于底盘1两侧侧板的四个滑动轴承座A17内，相对的两个偏心轮19为一组，分别位于两侧侧板的左端和右端。随动轮A轮轴22的两端分别通过两个第二滚动轴承A67，活动安装于左端两个偏心轮19的偏心轴承孔中，随动轮A轮轴22可在两个偏心轮19的轴承孔中自由转动。驱动轮A轮轴24的两端分别通过两个第二滚动轴承A67，活动安装于右端两个偏心轮19的偏心轴承孔中，驱动轮A轮轴24可在两个偏心轮19的轴承孔中自由转动。

滑动轴承座B26固定安装于底盘1，且位于随动轮A轮轴22和驱动轮A轮轴24之间。曲柄轴23分为中间一段的中心轴和两侧各一段的偏心轴。曲柄轴23的中心轴与偏心轮19的中心线位于同一水平面内，且与偏心轮19的中心线平行。曲柄轴23的中心轴通过滑动轴承B25活动安装于滑动轴承座B26内，曲柄轴23的中心轴可在滑动轴承座B26内自由转动。曲柄轴23的偏心轴与中心轴平行，偏心轴与中心轴之间的曲柄长度等于偏心轮19的偏心距e。曲柄轴23的偏心轴相对于中心轴的圆心角，与偏心轮19的偏心轴承孔相对于中心线的圆心角相等。因此，曲柄轴23与偏心轮19具有完全相同的偏心结构形式和安装方式，包括中心线位置L_c、偏心距/曲柄长度e、偏心角度θ_e以及偏心线位置L_e，如图5所示。

如图4所示，曲柄连杆21两端预制有滚动轴承孔，沿X方向在底盘1的两侧侧板旁对称布置两根。随动轮A轮轴22的两端分别通过两个滚动轴承A20，活动安装于两根曲柄连杆21左端的滚动轴承孔中，随动轮A轮轴22可在两根曲柄连杆21的轴承孔中自由转动。驱动轮A轮轴24的两端分别通过两个滚动轴承A20，活动安装于两根曲柄连杆21右端的滚动轴承孔中，驱动轮A轮轴24可在两根曲柄连杆21的轴承孔中自由转动。曲柄连杆21的中部通过螺钉与曲柄轴23的偏心轴固定连接，将同侧的两个偏心轮19以及两侧共同的随动轮A轮轴22、曲柄轴23、驱动轮A轮轴24组成两组结构对称的曲柄连杆机构。当曲柄轴23的中心轴在滑动轴承座B26内转动时，通过曲柄带动偏心轴绕中心轴旋转，再通过偏心轴带动曲柄连杆21转动，再通过两根曲柄连杆21带动两侧侧板上的四个偏心轮19，使偏心轮19上偏心安装的随动轮A轮轴22和驱动轮A轮轴24绕偏心轮19的中心线转动。

如图3所示，驱动轮A9通过螺钉固定安装于驱动轮A轮轴24的两端，右端通过卡簧轴向定位，左端通过端盖轴向定位，驱动轮A9与驱动轮A轮轴24之间通过键传递扭矩。随动轮A11通过相同的结构连接方式，固定安装于随动轮A轮轴22的两端。

如图4所示，蜗轮蜗杆机构15由蜗轮27、滑动轴承C28、滑动轴承座C29、蜗杆30、传动齿轮A31、驱动齿轮A32、变位电机支架33组成。蜗轮27采用非完整圆周的扇形蜗轮，通过键固定安装于曲柄轴23的中心轴中部。滑动轴承座C29固定安装于底盘1，位于两根曲柄连杆21之间。蜗杆30通过滑动轴承C28活动安装于滑动轴承座C29中，蜗杆30可在滑动轴承座C29中自由转动。蜗杆30与曲柄连杆21平行，传动齿轮A31通过键固定安装于蜗杆30，蜗杆30与蜗轮27相啮合组成蜗轮蜗杆机构。变位电机3通过变位电机支架33固定安装于底盘1，驱动齿轮A32通过键固定安装于变位电机3的输出轴，并与传动齿轮A31相啮合组成齿轮传动机构。当变位电机3带动驱动齿轮A32旋转时，通过传动齿轮A31带动蜗杆30旋转，再通过蜗轮27带动曲柄轴23的中心轴转动，再通过曲柄轴23的偏心轴带动曲柄连杆机构14转动，再通过偏心轮19带动随动轮A轮轴22和驱动轮A轮轴24转动，从而改变随动轮A轮轴22和驱动轮A轮轴24的高度位置。

如图6所示，外啮合方式的行星齿轮机构16由行星轮A34、太阳轮A35、驱动齿轮B36、驱动轴A37、滚动轴承B38和驱动轮电机A支架39组成。连接驱动轮A轮轴24的右端两个偏心轮19还具有中心孔，驱动轴A37通过滚动轴承B38活动安装于偏心轮19的中心孔中，驱动轴A37可在右端两个偏心轮19中心孔内自由转动。

行星轮A34、太阳轮A35都为外齿轮，行星轮A34通过键固定安装于驱动轮A轮轴24，太阳轮A35通过键固定安装于驱动轴A37，行星轮A34与太阳轮A35外啮合组成行星齿轮机构。行星轮A34半径r_PA与太阳轮A35半径r_SA之和等于偏心轮19偏心距e。驱动轮电机A7通过驱动轮电机A支架39固定安装于底盘1，驱动齿轮B36通过键固定安装于驱动轮电机A7的输出轴，并与太阳轮A35外啮合。

当驱动轮电机A7保持静止时，驱动齿轮B36保持静止。在此同时，如果变位电机3带动驱动齿轮A32旋转，通过蜗轮蜗杆机构15和曲柄连杆机构14带动偏心轮19转动。由于驱动轴A37安装于偏心轮19的中心孔内，偏心轮19的转动不影响其中心孔内的驱动轴A37，驱动轴A37通过太阳轮A35与驱动齿轮B36外啮合并保持静止。驱动轮A轮轴24绕驱动轴A37的轴线转动，驱动轮A轮轴24上的行星轮A34通过外齿轮啮合绕驱动轴A37上的太阳轮A35公转。由于行星轮A34半径r_PA与太阳轮A35半径r_SA之和等于偏心轮19偏心距e，外啮合方式的行星齿轮机构适用于偏心距较大的偏心轮机构。

如图7所示，内啮合方式的行星齿轮机构16由行星轮B40、太阳齿轮轴B41、驱动齿轮B36、滚动轴承C42、滚动轴承座C43、驱动轮电机A支架39组成。太阳齿轮轴B41是一根带有阶梯孔的阶梯轴，中间轴的直径大，两轴颈的直径小，在中间轴上预制有外齿轮。中间轴和两轴颈的内部具有同心的阶梯孔，中间孔的直径小，两侧孔的直径大，在中间孔内预制有内齿圈。滚动轴承座C43固定安装于底盘1，太阳齿轮轴B41的两轴颈通过滚动轴承C42活动安装于滚动轴承座C43，太阳齿轮轴B41可在滚动轴承座C43内自由转动。太阳齿轮轴B41的轴线与连接驱动轮A轮轴24的右端两偏心轮19的中心线同轴。行星轮B40通过键固定安装于驱动轮A轮轴24，行星轮B40与太阳齿轮轴B41的内齿圈内啮合组成行星齿轮机构，太阳齿轮轴B41的内齿圈半径r_SB与行星轮B40的半径r_PB之差等于偏心轮19的偏心距e。所述驱动轮电机A7通过驱动轮电机A支架39固定安装于底盘1，驱动齿轮B36通过键固定安装于驱动轮电机A的输出轴，并与太阳齿轮轴B41的外齿轮外啮合。

当驱动轮电机A7保持静止时，驱动齿轮B36保持静止。在此同时，如果变位电机3带动驱动齿轮A32旋转，通过蜗轮蜗杆机构15和曲柄连杆机构14带动偏心轮19旋转。由于太阳齿轮轴B41的轴线与连接驱动轮A轮轴24的右端两偏心轮19的中心线同轴，偏心轮19的转动不影响其中心线上的太阳齿轮轴B41，太阳齿轮轴B41通过其上的外齿轮与驱动齿轮B36外啮合并保持静止。驱动轮A轮轴24绕太阳齿轮轴B41的轴线转动，驱动轮A轮轴24上的行星轮B40通过内啮合绕太阳齿轮轴B41的内齿圈公转。由于太阳齿轮轴B41的内齿圈半径r_SB与行星轮B40的半径r_PB之差等于偏心轮19的偏心距e，内啮合方式的行星齿轮机构适用于偏心距较小的偏心轮机构。

如图8所示，整体式变位驱动机构5安装于顶盖4，由剪式铰链连杆机构、随动轮B轮轴44、驱动轮B轮轴45、驱动轮传动机构、滚动轴承D46、滚动轴承座D47、驱动轮电机B支架48组成。剪式铰链连杆机构包括第一交叉连杆49、第二交叉连杆50、第三交叉连杆51、第四交叉连杆52、第一水平连杆53、第二水平连杆54、第三水平连杆55、第四水平连杆56、第五水平连杆57、水平滑块58。

如图8和9所示，顶盖4沿Y方向的两侧具有两层侧板，内层两侧侧板高度小，外层两侧侧板高度大。在顶盖4的内层两侧侧板的右端预制有圆形孔，在其左端预制有腰形孔。底盘1也具有沿Y方向的两侧侧板，位置与顶盖4的内层两侧侧板相同。在底盘1的Y方向两侧侧板的右端预制有圆形孔，在其左端预制有腰形孔，底盘1的圆形孔和腰形孔在Y方向的位置与顶盖4的相同。

第一水平连杆53的两端固定安装于顶盖4的内层两侧侧板的右端圆形孔中，并通过铰链分别与第一交叉连杆49、第二交叉连杆50的右端活动连接。第三水平连杆55的两端活动安装于底盘1沿Y方向的两侧侧板的左端腰形孔中，并通过铰链分别与第一交叉连杆49、第二交叉连杆50的左端活动连接，第三水平连杆55可在底盘1沿Y方向的两侧侧板的左端腰形孔中自由滑动，第二水平连杆和第三水平连杆位于曲柄连杆机构和底盘之间。

第二水平连杆54的两端固定安装于底盘1沿Y方向的两侧侧板的右端圆形孔中，并通过铰链分别与第三交叉连杆51、第四交叉连杆52的右端活动连接。第四水平连杆56的两端活动安装于顶盖4的内层两侧侧板的左端腰形孔中，并通过铰链分别与第三交叉连杆51、第四交叉连杆52的左端活动连接，第四水平连杆56可在顶盖4的左端腰形孔中沿Y方向自由滑动。

第五水平连杆57的两端通过铰链分别与第一交叉连杆49、第二交叉连杆50、第三交叉连杆51、第四交叉连杆52的中部孔活动连接，组成沿Y方向两侧对称的剪式铰链连杆机构。变位电动推杆6固定安装于顶盖4，变位电动推杆6的输出端通过水平滑块58与第四水平连杆56的中部固定连接。当变位电动推杆6通过水平滑块58，推动第四水平连杆56在顶盖4的左端腰形孔中沿Y方向远离第一水平连杆53滑动时，通过剪式铰链连杆机构带动第三水平连杆55在底盘1的左端腰形孔中沿Y方向远离第二水平连杆54同步滑动，第一交叉连杆49与第三交叉连杆51的夹角、第二交叉连杆50与第四交叉连杆52的夹角保持相等且同步增大，带动顶盖4沿垂直方向下降趋近底盘1，减小顶盖4的高度位置。相反地，当变位电动推杆6推动第四水平连杆56在顶盖4的左端腰形孔中沿Y方向趋近第一水平连杆53滑动时，带动顶盖4沿垂直方向上升远离底盘1，增大顶盖4的高度位置。

如图9所示，整体式变位驱动机构5在改变驱动轮B轮轴45的高度位置时，仍可保证驱动轮B10与驱动轮电机B8的相对位置不变。在顶盖4沿Y方向的外层两侧侧板的左、右两端分别预制有对称的滚动轴承座孔，四个滚动轴承座D47固定安装于顶盖4的滚动轴承座孔内。两根随动轮B轮轴44的中部分别通过滚动轴承D46活动安装于顶盖4的外层两侧侧板的右端滚动轴承座D47内，两根随动轮B轮轴44的外侧端分别通过键固定安装有随动轮B12。两根驱动轮B轮轴45的中部分别通过滚动轴承D46活动安装于顶盖4的外层两侧侧板的左端滚动轴承座D47内，两根驱动轮B轮轴45的外侧端分别通过键固定安装有驱动轮B10。

驱动轮传动机构包括驱动齿轮C59、传动齿轮C60、传动轴C61、主动链轮A62、从动链轮A63、传动链条A64、滚动轴承E65、滚动轴承座E66。驱动轮电机B8通过驱动轮电机B支架48固定安装于顶盖4，驱动齿轮C59通过键固定安装于驱动轮电机B8的输出轴。两个滚动轴承座E66固定安装于顶盖4，传动轴C61通过滚动轴承E65活动安装于滚动轴承座E66，传动齿轮C60通过键固定安装于传动轴C61中部，并与驱动齿轮C59相啮合组成齿轮传动机构。两个主动链轮A62分别固定安装于传动轴C61的两端，两个从动链轮A63分别固定安装于两根驱动轮B轮轴45的内侧端，两根传动链条A64分别连接同侧的主动链轮A62和从动链轮A63组成链轮传动机构。当驱动轮电机B8带动驱动齿轮C59转动时，通过传动齿轮C60带动传动轴C61转动，再通过主动链轮A62带动从动链轮A63转动，再通过驱动轮B轮轴45带动驱动轮B10转动。

如图10所示，控制装置与变位电机3电连接，当变位电机3带动驱动齿轮A32旋转时，通过传动齿轮A31带动蜗杆30旋转，再通过蜗轮27带动曲柄轴23的中心轴转动，再通过曲柄轴23的偏心轴带动曲柄连杆机构14转动，再通过偏心轮19带动行星轮A34绕太阳轮A35转动或行星轮B40绕太阳齿轮轴B41转动，从而改变随动轮A轮轴22和驱动轮A轮轴24的高度位置。分别布置两个位置传感器A1和A2，控制驱动轮A轮轴24和随动轮A轮轴22可到达两个高度极限位置，即高A位置和低A位置。

控制装置与变位电动推杆6电连接，当变位电动推杆6通过水平滑块58，推动第四水平连杆56在顶盖4的左端腰形孔中沿Y方向滑动时，通过剪式铰链连杆机构带动第三水平连杆55在底盘1的左端腰形孔中沿Y方向同步滑动，同时改变第一交叉连杆49与第三交叉连杆51的夹角、第二交叉连杆50与第四交叉连杆52的夹角，带动顶盖4沿高度方向升降，从而改变驱动轮B轮轴45和随动轮B轮轴44的高度位置。分别布置两个位置传感器B1和B2，控制驱动轮B轮轴45和随动轮B轮轴44可到达两个高度极限位置，即高B位置和低B位置。

驱动轮A9和随动轮A11为A组轮系，轴线沿Y方向。驱动轮B10和随动轮B12为B组轮系，轴线沿X方向。A组轮系的轴线与B组轮系的轴线正交。控制装置与变位电机3、变位电动推杆6电连接，分别控制分离式变位驱动机构2、整体式变位驱动机构5的运动，改变A组轮系和B组轮系轴线的高度位置，从而改变A组轮系、B组轮系与地面的接触状态。控制装置与驱动轮电机A7、驱动轮电机B8电连接，分别控制驱动轮A9、驱动轮B10的旋转运动。

当A组轮系处于高A位置，B组轮系处于低B位置时，A组轮系悬空，B组轮系与地面接触，移动机器人的运动方向由B组轮系决定，沿Y方向运动；移动机器人的运动速度及速度方向由驱动轮电机B8控制。当A组轮系处于低A位置，B组轮系处于高B位置时，B组轮系悬空，A组轮系与地面接触，移动机器人的运动方向由A组轮系决定，沿X方向运动；移动机器人的运动速度及速度方向由驱动轮电机A7控制。可见，通过控制分离式变位驱动机构2、整体式变位驱动机构5的运动，改变A组轮系、B组轮系与地面的接触状态从而改变移动机器人的运动方向，在同一平面内实现移动机器人的正交双向运动。

本发明还提供了一种可正交双向运动的变结构移动机器人的控制方法，包括变位控制模式、驱动控制模式、导航控制模式。变位控制模式为通过改变移动机器人的结构从而改变与地面接触的驱动轮和随动轮，进而改变移动机器人的运动方向，控制方法具体如下：

1、当移动机器人需要由沿X方向运动改变为沿Y方向运动时，控制装置先控制变位电动推杆6，推动第四水平连杆56在顶盖4的左端腰形孔中沿Y方向远离第一水平连杆53滑动，驱动整体式变位驱动机构5向下运动，带动顶盖4上的驱动轮B轮轴45和随动轮B轮轴44运动到低B位置，B组轮系与地面接触。再控制驱动轮电机A7，锁紧驱动齿轮A32保持不动，行星齿轮机构16处于公转模式。后控制变位电机3，通过传动齿轮A31带动蜗轮蜗杆机构15转动，再通过曲柄连杆机构14带动偏心轮19转动，使得行星轮A34绕太阳轮A35转动或行星轮B40绕太阳齿轮轴B41逆时针转动，驱动分离式变位驱动机构2向上运动，带动偏心轮19上的驱动轮A轮轴24和随动轮A轮轴22运动到高A位置，A组轮系悬空。移动机器人的运动方向由B组轮系决定，沿Y方向运动。

2、当移动机器人需要由沿Y方向运动改变为沿X方向运动时，所述控制装置先控制驱动轮电机A7，锁紧驱动齿轮A32保持不动，行星齿轮机构16处于公转模式。后控制变位电机3，通过传动齿轮A31带动蜗轮蜗杆机构15转动，再通过曲柄连杆机构14带动偏心轮19转动，使得行星轮A34绕太阳轮A35转动或行星轮B40绕太阳齿轮轴B41顺时针转动，驱动分离式变位驱动机构2向下运动，带动偏心轮19上的驱动轮A轮轴24和随动轮A轮轴22运动到低A位置，A组轮系与地面接触。再控制变位电动推杆6，推动第四水平连杆56在顶盖4的左端腰形孔中沿Y方向趋近第一水平连杆53滑动，驱动整体式变位驱动机构5向上运动，带动顶盖4上的驱动轮B轮轴45和随动轮B轮轴44运动到高B位置，B组轮系悬空。移动机器人的运动方向由A组轮系决定，沿X方向运动。

驱动控制模式为在改变移动机器人与地面接触的驱动轮和随动轮后，根据运动方向相应地调整驱动轮驱动方式，控制方法具体如下：

1、当移动机器人需要沿X方向运动时，保持变位电机3角位置不变，并通过蜗轮蜗杆机构15位置自锁，行星齿轮机构16中所有齿轮的轴线固定，转化为普通齿轮传动的定轴轮系。再通过驱动轮电机A7带动驱动齿轮B36转动，或者通过太阳轮A35带动行星轮A34转动，或者通过太阳齿轮轴B41带动行星轮B40转动，再通过驱动轮A轮轴24带动驱动轮A9转动，驱动轮A9的旋转速度及方向由驱动轮电机A7控制。

2、当移动机器人需要沿Y方向运动时，保持变位电动推杆6位置不变，并通过剪式铰链连杆机构自锁，顶盖4相对于底盘1的高度保持不变。再通过驱动轮电机B8带动驱动齿轮C59转动，通过传动齿轮C60带动传动轴C61转动，再通过主动链轮A62带动从动链轮A63转动，再通过驱动轮B轮轴45带动驱动轮B10转动，驱动轮B10的旋转速度及方向由驱动轮电机B8控制。

导航控制模式的控制方法具体如下：以地面标识为节点、以相邻两个地面标识之间的连线为路径，建立纵横交错的导航地图。移动机器人根据目标节点的位置坐标，通过路径规划搜索中间运行节点。根据相邻运行节点的相对位置，选择移动机器人的正交运动方向。当运动方向改变时，先通过变位电机3和变位电动推杆6进行变位控制，再通过驱动轮电机A7或驱动轮电机B8进行驱动控制。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：包括底盘(1)、分离式变位驱动机构(2)、变位电机(3)、顶盖(4)、整体式变位驱动机构(5)、变位电动推杆(6)、驱动轮电机A(7)、驱动轮电机B(8)、驱动轮A(9)、驱动轮B(10)、随动轮A(11)、随动轮B(12)、控制装置、导引传感器；所述分离式变位驱动机构(2)、驱动轮电机A(7)、变位电机(3)安装于底盘(1)，在保持驱动轮电机A(7)位置不变的同时，通过变位电机(3)改变驱动轮A(9)轴线相对于底盘(1)的高度位置；所述整体式变位驱动机构(5)、驱动轮电机B(8)、变位电动推杆(6)安装于顶盖(4)，通过变位电动推杆(6)改变顶盖(4)相对于底盘(1)的垂直距离，从而改变驱动轮B(10)轴线的高度位置；所述驱动轮A(9)轴线与驱动轮B(10)轴线正交，且最低位置处于同一高度；所述导引传感器安装于底盘，且与控制装置电连接，识别地面标识的位置信息；所述控制装置与变位电机(3)、变位电动推杆(6)电连接，分别控制分离式变位驱动机构(2)、整体式变位驱动机构(5)的运动，改变驱动轮A(9)、驱动轮B(10)轴线的高度位置，从而改变驱动轮A(9)、驱动轮B(10)与地面的接触状态；所述控制装置与驱动轮电机A(7)、驱动轮电机B(8)电连接，控制装置通过驱动轮电机A(7)、驱动轮电机B(8)分别控制驱动轮A(9)、驱动轮B(10)的转动，从而驱动移动机器人在同一平面内实现正交双向运动。

2.根据权利要求1所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述分离式变位驱动机构(2)安装于底盘(1)，由曲柄连杆机构(14)、偏心轮机构(13)、蜗轮蜗杆机构(15)、行星齿轮机构(16)组成；所述偏心轮机构(13)包括滑动轴承座A(17)、滑动轴承A(18)、偏心轮(19)和滚动轴承A(20)，四个滑动轴承座A(17)对称固定安装于底盘(1)沿X方向的两侧侧板上预制的滑动轴承座孔内，偏心轮(19)通过滑动轴承A(18)活动安装于滑动轴承座A(17)内，偏心轮(19)可在滑动轴承座A(17)内自由转动；所述偏心轮(19)在相同圆心角位置具有偏心距为e的轴承孔，用于安装第一滚动轴承A(20)。

3.根据权利要求2所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述曲柄连杆机构(14)由偏心轮(19)、曲柄连杆(21)、随动轮A轮轴(22)、曲柄轴(23)、驱动轮A轮轴(24)、滑动轴承B(25)、滑动轴承座B(26)、第二滚动轴承A(67)组成；所述随动轮A轮轴(22)通过第二滚动轴承A(67)活动安装于底盘(1)两侧侧板一端位置的偏心轮(19)轴承孔中，随动轮A轮轴(22)可在两侧相对的偏心轮(19)轴承孔内自由转动；所述驱动轮A轮轴(24)通过第二滚动轴承A(67)活动安装于底盘两侧侧板另一端位置的偏心轮(19)轴承孔中，驱动轮A轮轴(24)可在两侧相对的偏心轮(19)轴承孔内自由转动；所述滑动轴承座B(26)固定安装于底盘(1)，且位于随动轮A轮轴(22)和驱动轮A轮轴(24)之间；所述曲柄轴(23)的中心轴通过滑动轴承B(25)活动安装于滑动轴承座B(26)内，曲柄轴(23)的中心轴与偏心轮(19)的中心线位于同一水平面内，且与偏心轮(19)的中心线平行；曲柄轴(23)的偏心轴与中心轴平行，偏心轴与中心轴之间的曲柄长度等于偏心轮(19)的偏心距e，且曲柄轴(23)的偏心轴与偏心轮(19)的偏心轴承孔具有相同圆心角位置；所述曲柄连杆(21)两端预制有滚动轴承孔，通过第二滚动轴承A(67)与随动轮A轮轴(22)、驱动轮A轮轴(24)活动连接，曲柄连杆(21)中部与曲柄轴(23)的偏心轴固定连接，将同侧的两个偏心轮(19)以及两侧共同的随动轮A轮轴(22)、曲柄轴(23)、驱动轮A轮轴(24)组成两组结构对称的曲柄连杆机构；所述随动轮A轮轴(22)的两端固定安装有随动轮A(11)，驱动轮A轮轴(24)的两端固定安装有驱动轮A(9)。

4.根据权利要求2所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述蜗轮蜗杆机构(15)由蜗轮(27)、滑动轴承C(28)、滑动轴承座C(29)、蜗杆(30)、传动齿轮A(31)、驱动齿轮A(32)、变位电机支架(33)组成；所述蜗轮(27)固定安装于曲柄轴(23)的中心轴中部；所述滑动轴承座C(29)固定安装于底盘(1)，蜗杆(30)通过滑动轴承C(28)活动安装于滑动轴承座C(29)中，蜗杆(30)与蜗轮(27)相啮合组成蜗轮蜗杆机构；所述传动齿轮A(31)固定安装于蜗杆(30)；所述变位电机(3)通过变位电机支架(33)固定安装于底盘(1)，所述驱动齿轮A(32)固定安装于变位电机(3)的输出轴，并与传动齿轮A(31)相啮合组成齿轮传动机构。

5.根据权利要求2所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述行星齿轮机构(16)采用外啮合方式，由行星轮A(34)、太阳轮A(35)、驱动齿轮B(36)、驱动轴A(37)、滚动轴承B(38)和驱动轮电机A支架(39)组成；所述驱动轮A轮轴(24)连接的两偏心轮(19)还具有中心孔，驱动轴A(37)通过滚动轴承B(38)活动安装于偏心轮(19)中心孔中，驱动轴A(37)可在两侧相对的偏心轮(19)中心孔内自由转动；所述行星轮A(34)、太阳轮A(35)都为外齿轮，行星轮A(34)固定安装于驱动轮A轮轴(24)，太阳轮A(35)固定安装于驱动轴A(37)，行星轮A(34)与太阳轮A(35)外啮合组成行星齿轮机构，行星轮A(34)半径r_PA与太阳轮A(35)半径r_SA之和等于偏心轮(19)偏心距e；所述驱动轮电机A(7)通过驱动轮电机A支架(39)固定安装于底盘(1)，驱动齿轮B(36)固定安装于驱动轮电机A(7)的输出轴，并与太阳轮A(35)外啮合。

6.根据权利要求2所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述行星齿轮机构(16)采用内啮合方式，由行星轮B(40)、太阳齿轮轴B(41)、驱动齿轮B(36)、滚动轴承C(42)、滚动轴承座C(43)、驱动轮电机A支架(39)组成；所述太阳齿轮轴B(41)在轴向中部具有外齿轮，其内部具有阶梯孔，在内部孔中部具有内齿圈；所述滚动轴承座C(43)固定安装于底盘(1)，太阳齿轮轴B(41)通过滚动轴承C(42)活动安装于滚动轴承座C(43)，太阳齿轮轴B(41)的轴线与驱动轮A轮轴(24)连接的两偏心轮(19)的中心线同轴；所述行星轮B(40)固定安装于驱动轮A轮轴(24)，行星轮B(40)与太阳齿轮轴B(41)的内齿圈内啮合组成行星齿轮机构，太阳齿轮轴B(41)的内齿圈半径r_SB与行星轮B(40)的半径r_PB之差等于偏心轮(19)的偏心距e；所述驱动轮电机A(7)通过驱动轮电机A支架(39)固定安装于底盘(1)，驱动齿轮B(36)固定安装于驱动轮电机A的输出轴，并与太阳齿轮轴B(41)的外齿轮外啮合。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述整体式变位驱动机构(5)安装于顶盖(4)，由剪式铰链连杆机构、随动轮B轮轴(44)、驱动轮B轮轴(45)、驱动轮传动机构、滚动轴承D(46)、滚动轴承座D(47)、驱动轮电机B支架(48)组成；所述剪式铰链连杆机构包括第一交叉连杆(49)、第二交叉连杆(50)、第三交叉连杆(51)、第四交叉连杆(52)、第一水平连杆(53)、第二水平连杆(54)、第三水平连杆(55)、第四水平连杆(56)、第五水平连杆(57)、水平滑块(58)；所述顶盖(4)沿Y方向的两侧侧板上一端预制有圆形孔，另一端预制有腰形孔；所述底盘(1)沿Y方向的两侧侧板上在顶盖(4)圆形孔的同一端相同位置预制有圆形孔，在顶盖(4)腰形孔的同一端相同位置预制有腰形孔；所述第一水平连杆(53)的两端固定安装于顶盖(4)两侧侧板的圆形孔中，并通过铰链分别与第一交叉连杆(49)、第二交叉连杆(50)的一端活动连接；所述第三水平连杆(55)的两端活动安装于底盘(1)两侧侧板的腰形孔中，并通过铰链分别与第一交叉连杆(49)、第二交叉连杆(50)的另一端活动连接，第三水平连杆(55)可在底盘(1)腰形孔中沿Y方向自由滑动；所述第二水平连杆(54)的两端固定安装于底盘(1)两侧侧板的圆形孔中，并通过铰链分别与第三交叉连杆(51)、第四交叉连杆(52)的一端活动连接；所述第四水平连杆(56)的两端活动安装于顶盖(4)两侧侧板的腰形孔中，并通过铰链分别与第三交叉连杆(51)、第四交叉连杆(52)的另一端活动连接，第四水平连杆(56)可在顶盖(4)腰形孔中沿Y方向自由滑动；所述第五水平连杆(57)的两端通过铰链分别与第一交叉连杆(49)、第二交叉连杆(50)、第三交叉连杆(51)、第四交叉连杆(52)的中部孔活动连接，组成沿Y方向两侧对称的剪式铰链连杆机构；所述变位电动推杆(6)固定安装于顶盖(4)，变位电动推杆(6)的输出端通过水平滑块(58)与第四水平连杆(56)的中部固定连接。

8.根据权利要求7所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述整体式变位驱动机构(5)保证驱动轮B(10)与驱动轮电机B(8)的相对位置不变；四个滚动轴承座D(47)对称固定安装于顶盖(4)沿Y方向的两侧侧板上预制的滚动轴承座孔内，两根随动轮B轮轴(44)的中部分别通过滚动轴承D(46)活动安装于顶盖(4)两侧侧板一端的滚动轴承座D(47)内，两根随动轮B轮轴(44)的外侧端分别固定安装有随动轮B(12)；两根驱动轮B轮轴(45)的中部分别通过滚动轴承D(46)活动安装于顶盖两侧侧板另一端的滚动轴承座D(47)内，两根驱动轮B轮轴(45)的外侧端分别固定安装有驱动轮B(10)；所述驱动轮传动机构包括驱动齿轮C(59)、传动齿轮C(60)、传动轴C(61)、主动链轮A(62)、从动链轮A(63)、传动链条A(64)、滚动轴承E(65)、滚动轴承座E(66)；所述驱动轮电机B(8)通过驱动轮电机B支架(48)固定安装于顶盖(4)，驱动齿轮C(59)固定安装于驱动轮电机B(8)的输出轴；两个滚动轴承座E(66)固定安装于顶盖(4)，传动轴C(61)通过滚动轴承E(65)活动安装于滚动轴承座E(66)，传动齿轮C(60)固定安装于传动轴C(61)中部，并与驱动齿轮C(59)相啮合组成齿轮传动机构；两个主动链轮A(62)分别固定安装于传动轴C(61)的两端，两个从动链轮A(63)分别固定安装于两根驱动轮B轮轴(45)的内侧端，两根传动链条A(64)分别连接同侧的主动链轮A(62)和从动链轮A(63)组成链轮传动机构。

9.根据权利要求8所述的可正交双向运动的变结构移动机器人，其特征在于：所述控制装置与变位电机(3)电连接，通过分离式变位驱动机构(2)带动行星轮A(34)绕太阳轮A(35)转动或行星轮B(40)绕太阳齿轮轴B(41)转动，从而沿平行于行星轮A/B的圆弧轨迹改变驱动轮A轮轴(24)和随动轮A轮轴(22)的高度位置，分别布置两个位置传感器A1和A2，控制驱动轮A轮轴(24)和随动轮A轮轴(22)可到达两个高度极限位置，即高A位置和低A位置；所述控制装置与变位电动推杆(6)电连接，通过整体式变位驱动机构(5)调节剪式铰链连杆机构的交叉连杆夹角，带动顶盖(4)沿高度方向升降，从而改变驱动轮B轮轴(45)和随动轮B轮轴(44)的高度位置，分别布置两个位置传感器B1和B2，控制驱动轮B轮轴(45)和随动轮B轮轴(44)可到达两个高度极限位置，即高B位置和低B位置；通过适当调节位置传感器A2和B2的安装位置，使得低A位置和低B位置处于同一高度位置；所述控制装置与导引传感器电连接，识别地面标识的位置信息，包括节点编号、路径编号、位置坐标、相邻节点编号、相邻节点位置；所述地面标识按照纵横排列方式布置在纵向路径与横向路径的交叉点位置。

10.一种可正交双向运动的变结构移动机器人的控制方法，其特征在于：包括变位控制模式、驱动控制模式、导航控制模式；

所述变位控制模式为通过改变移动机器人的结构从而改变与地面接触的驱动轮和随动轮，进而改变移动机器人的运动方向，具体为：

1)当移动机器人需要由沿X方向运动改变为沿Y方向运动时，所述控制装置先控制变位电动推杆(6)，驱动整体式变位驱动机构(5)向下运动，带动顶盖(4)上的驱动轮B轮轴(45)和随动轮B轮轴(44)运动到低B位置；再控制驱动轮电机A(7)，锁紧驱动齿轮A(32)保持不动；后控制变位电机(3)，驱动分离式变位驱动机构(2)向上运动，带动偏心轮(19)上的驱动轮A轮轴(24)和随动轮A轮轴(22)运动到高A位置；

2)当移动机器人需要由沿Y方向运动改变为沿X方向运动时，所述控制装置先控制驱动轮电机A(7)，锁紧驱动齿轮A(32)保持不动；再控制变位电机(3)，驱动分离式变位驱动机构(2)向下运动，带动偏心轮(19)上的驱动轮A轮轴(24)和随动轮A轮轴(22)运动到低A位置；后控制变位电动推杆(6)，驱动整体式变位驱动机构(5)向上运动，带动顶盖(4)上的驱动轮B轮轴(45)和随动轮B轮轴(44)运动到高B位置；

所述驱动控制模式为在改变移动机器人与地面接触的驱动轮和随动轮后，根据运动方向相应地调整驱动轮驱动方式，具体为：

1)当移动机器人需要沿X方向运动时，保持变位电机(3)角位置不变，并通过蜗轮蜗杆机构(15)位置自锁，再通过驱动轮电机A(7)控制驱动轮A(9)；

2)当移动机器人需要沿Y方向运动时，保持变位电动推杆(6)位置不变，并通过剪式铰链连杆机构自锁，再通过驱动轮电机B(8)控制驱动轮B(10)；

所述导航控制模式为：以地面标识为节点、以相邻两个地面标识之间的连线为路径，建立纵横交错的导航地图；移动机器人根据目标节点的位置坐标，通过路径规划搜索中间运行节点；根据相邻运行节点的相对位置，选择移动机器人的正交运动方向；当运动方向改变时，先进行变位控制，再进行驱动控制。