CN106240673A - 一种移动搬运机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动搬运机器人及其控制方法，属于全方位轮式移动机器人领域，移动搬运机器人包括车身、气动控制系统、全方位驱动轮模块和多个载重万向轮，气动控制系统、和全方位驱动轮模块分别安装于车身，全方位驱动轮模块包括多个驱动机构，多个驱动机构沿车身的周向间隔设置，多个驱动机构分别与气动控制系统连接，气动控制系统用于自动调节驱动机构在沿垂直于车身的板面方向上的位置；多个载重万向轮沿车身的周向间隔设置；控制方法用于对上述的移动搬运机器人进行控制。本发明提供的移动搬运机器人的驱动机构完全围绕车身的重心分布，气动控制系统用于自动调节驱动机构的位置，可以保证驱动机构与地面的完美接触，从而避免打滑。

Description

一种移动搬运机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及全方位轮式移动机器人领域，具体而言，涉及一种移动搬运机器人及其控制方法。

背景技术

全方位轮式移动机器人在二维平面具有三个自由度，可沿任意方向同时作平动和转动，具备在不改变车体姿态的情况下实现向任意方向移动的能力，非常适合应用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合，如工业中搬运小车机器人、全方位移动轮椅等。为了有效缓冲因地面不平整性对机器人车身造成的震动冲击，提高机器人运行的平稳性，目前大部分应用是在车身与全方位轮之间增加弹性减震装置，如：弹簧，或基于弹簧的减震装置。

发明人在研究中发现，现有的机器人至少存在以下缺点：现有的机器人在地面较为崎岖时，易造成某些驱动轮悬空打滑而丧失驱动力，即便在地面凹凸程度不严重的场合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动搬运机器人，以改善现有机器人易打滑的问题。

本发明的目的在于提供一种控制方法，对上述的搬运机器人进行控制，以改善现有机器人易打滑的问题。

本发明是这样实现的：

基于上述的第一目的，本发明提供了一种移动搬运机器人，包括车身、气动控制系统、全方位驱动轮模块和多个载重万向轮，所述气动控制系统、和所述全方位驱动轮模块分别安装于所述车身，所述全方位驱动轮模块包括多个驱动机构，多个所述驱动机构沿所述车身的周向间隔设置，多个所述驱动机构分别与所述气动控制系统连接，所述气动控制系统用于自动调节所述驱动机构在沿垂直于所述车身的板面方向上的位置；多个所述载重万向轮沿所述车身的周向间隔设置。

本发明提供的移动搬运机器人的驱动机构完全围绕车身的重心分布，气动控制系统用于自动调节驱动机构在沿垂直于车身板面方向上的位置，可以保证驱动机构与地面的完美接触，从而避免打滑。

进一步地，所述驱动机构包括动力机构和用于自动调节所述动力机构在沿垂直于所述车身的板面方向上的距离的控制器，所述动力机构安装在所述控制器的输出端，所述控制器安装在所述车身上，所述控制器与所述气动控制系统连接，所述气动控制系统用于的输出值。

气动控制系统可以对控制器进行控制，通过对控制器的控制，控制器的输出端可以对动力机构的位置进行自动调节，使移动搬运机器人无论在何时，其各个动力机构都可以与地面接触并产生摩擦，为移动搬运机器人提供动力，避免打滑。

进一步地，所述控制器为气缸，所述气缸安装在所述车身上，所述动力机构安装于所述气缸的输出端，所述气动控制系统用于控制所述气缸的输出距离。

气缸的行程可控，通过对气缸行程的控制，可以对动力机构的位置进行控制，气缸的行程控制较为准确，且控制简单。

进一步地，所述气缸为双杆气缸。

双轴杆气缸有效行程较大，其产生的下压力能够保证各全方位驱动轮在崎岖路面不会悬空，始终保持驱动力的有效性，双杆气缸的输出轴为两根，因此双杆气缸在工作时更加的稳定，同时双杆气缸的行程较大，当地面崎岖的程度较大时也可以保证驱动机构与地面接触，避免驱动机构悬空的情况发生，从而避免打滑。

进一步地，所述动力机构包括全方位轮、轮架和驱动电机，所述轮架安装于所述控制器的输出端，所述全方位轮和所述驱动电机分别安装于所述轮架，且所述驱动电机驱动连接所述全方位轮。

气缸推动，使全方位轮随时都可以与地面接触，每个驱动机构都有一个独立的驱动电机驱动，在移动搬运机器人移动时，可以根据需求让部分驱动电机工作，而部分驱动电机停止运行，可以有效的减少消耗，节约使用成本。

进一步地，所述全方位轮为Omni轮。

omni wheel能够在许多不同的方向移动，左右车轮的小光盤将全力推出，但也将极大的方便横向滑动。这是一个建立完整的驱动器的方法。

进一步地，所述载重万向轮包括安装板、第一连接件、第二连接件、脚轮和可控弹性件，所述安装板安装在所述车身底部，所述第一连接件与所述安装板转动连接，所述第一连接件沿垂直于所述车身的板面的方向相对于所述安装板转动，所述第二连接件与所述第一连接件转动连接，所述第二连接件沿平行于所述车身的板面的方向相对于所述第一连接件转动，所述脚轮安装于所述第二连接件，所述可控弹性件的一端与所述第一连接件连接，所述可控弹性件的另一端与所述第二连接件连接，所述可控弹性件令所述第二连接块具有远离所述第一连接件的趋势。

可控弹性件可以起到减震的效果，能有效缓冲凹凸地面对车身的震动与冲击，可提高车身运行的平稳性。

进一步地，所述可控弹性件包括螺母、螺栓和呈压缩状态的弹簧，所述螺母固定在所述第一连接件上，所述螺栓与所述第二连接件转动连接，且所述螺栓螺接于所述螺母；所述弹簧套设于所述螺栓，且所述弹簧的一端与所述螺母连接，所述弹簧的另一端与所述第二连接件连接。

拧动螺栓，可以控制第二连接件与螺母之间的距离，当第二连接件与螺母的距离较大时，弹簧的弹力较小，当第二连接件与螺母之间的距离较小时，弹簧的弹力较大。

进一步地，所述载重万向轮还包括电磁式驻车制动器，所述电磁式驻车制动器安装在所述脚轮上。

电磁式驻车制动器为常闭设置，在移动搬运机器人静止时必须关闭，防止机器人出现溜车现象，机器人运行时必须开启，使脚轮能够自由转动。

基于上述的第二目的，本发明还提供了一种对上述的移动搬运机器人的控制方法，包括以下步骤：

先将多个所述载重万向轮安装在所述车身上，然后将所述移动搬运机器人放平，对各个所述载重万向轮承受的力进行测量，找出所述车身的重心；

接着将多个所述驱动机构围绕所述车身的重心间隔设置；

将所述移动搬运机器人安装好后，操控所述气动控制系统，所述气动控制系统可以调节所述驱动机构的位置，使多个所述驱动机构和多个所述载重万向轮均位于同一平面上；

此时控制所述驱动机构，驱动机构可以带动移动搬运机器人沿各个方向移动。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果是：

本发明提供的移动搬运机器人的驱动机构完全围绕车身的重心分布，气动控制系统用于自动调节驱动机构在沿垂直于车身板面方向上的位置，可以保证驱动机构与地面的完美接触，从而避免打滑。

附图说明

图1示出了本发明较优实施例提供的搬运机器人的示意图；

图2示出了本发明较优实施例提供的全方位驱动轮模块的示意图；

图3示出了本发明较优实施例提供的载重万向轮在第一视角的示意图；

图4示出了本发明较优实施例提供的载重万向轮在第二视角的示意图。

图标：101-车身；102-气动控制系统；103-全方位驱动轮模块；104-载重万向轮；105-控制器；106-轮架；107-驱动电机；108-全方位轮；109-安装板；110-第一连接件；111-第二连接件；112-脚轮；113-可控弹性件；114-螺母；115-弹簧；116-螺栓；117-电磁式驻车制动器。

具体实施方式

全方位轮式移动机器人在二维平面具有三个自由度，可沿任意方向同时作平动和转动，具备在不改变车体姿态的情况下实现向任意方向移动的能力，非常适合应用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合，如工业中搬运小车机器人、全方位移动轮椅等。为了有效缓冲因地面不平整性对机器人车身造成的震动冲击，提高机器人运行的平稳性，目前大部分应用是在车身与全方位轮之间增加弹性减震装置，如：弹簧，或基于弹簧的减震装置。发明人在研究中发现，现有的机器人至少存在以下缺点：现有的机器人在地面较为崎岖时，易造成某些驱动轮悬空打滑而丧失驱动力，即便在地面凹凸程度不严重的场合。

为了使上述问题得到改善，本发明提供了一种移动搬运机器人，包括车身、气动控制系统、全方位驱动轮模块和多个载重万向轮，所述气动控制系统、和所述全方位驱动轮模块分别安装于所述车身，所述全方位驱动轮模块包括多个驱动机构，多个所述驱动机构沿所述车身的周向间隔设置，多个所述驱动机构分别与所述气动控制系统连接，所述气动控制系统用于控制所述驱动机构在沿垂直于所述车身的板面方向上的位置；多个所述载重万向轮沿所述车身的周向间隔设置。

本发明提供的移动搬运机器人的驱动机构完全围绕车身的重心分布，气动控制系统用于自动调节驱动机构在沿垂直于车身板面方向上的位置，可以保证驱动机构与地面的完美接触，从而避免打滑。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1至图4，本实施例提供了一种移动搬运机器人，包括车身101、气动控制系统102、全方位驱动轮模块103和多个载重万向轮104，气动控制系统102、和全方位驱动轮模块103分别安装于车身101，全方位驱动轮模块103包括多个驱动机构，多个驱动机构沿车身101的周向间隔设置，多个驱动机构分别与气动控制系统102连接，气动控制系统102用于自动调节驱动机构在沿垂直于车身101的板面方向上的位置；多个载重万向轮104沿车身101的周向间隔设置。

本实施例提供的移动搬运机器人的驱动机构完全围绕车身101的重心分布，因此可以保证驱动机构与地面的完美接触，同时，气动控制系统102可以对各个驱动机构都进行自动调节，保证各个驱动机构随时都可以与地面完美接触，从而避免打滑。

驱动机构包括动力机构和用于自动调节动力机构在沿垂直于车身101的板面方向上的距离的控制器105，动力机构安装在控制器105的输出端，控制器105安装在车身101上，控制器105与气动控制系统102连接，气动控制系统102用于的输出值。气动控制系统102可以对控制器105进行自动调节，通过对控制器105的控制，控制器105的输出端可以对动力机构的位置进行控制，使移动搬运机器人无论在何时，其各个动力机构都可以与地面接触并产生摩擦，为移动搬运机器人提供动力，避免打滑。

其中，载重万向轮104和动力机构都可以设置为四组，四组载重万向轮104分别安装在车身101的四个角上，四组动力机构以90度间隔均匀等高安装于车身101重心周围，且四个载重万向轮104所在的圆周大于四组动力机构所在的圆周。

控制器105为气缸，气缸安装在车身101上，动力机构安装于气缸的输出端，气动控制系统102用于控制气缸的输出距离。气缸的行程可控，通过对气缸行程的控制，可以对动力机构的位置进行控制，气缸的行程控制较为准确，且控制简单。

气缸可以是双杆气缸。双杆气缸的输出轴为两根，因此双杆气缸在工作时更加的稳定，同时双杆气缸的行程较大，当地面崎岖的程度较大时也可以保证驱动机构与地面接触，避免驱动机构悬空的情况发生，从而避免打滑。

动力机构包括全方位轮108、轮架106和驱动电机107，轮架106安装于控制器105的输出端，全方位轮108和驱动电机107分别安装于轮架106，且驱动电机107驱动连接全方位轮108。气缸推动，使全方位轮108随时都可以与地面接触，每个驱动机构都有一个独立的驱动电机107驱动，在移动搬运机器人移动时，可以根据需求让部分驱动电机107工作，而部分驱动电机107停止运行，可以有效的减少消耗，节约使用成本。

全方位轮108可以采用Omni轮。omni wheel能够在许多不同的方向移动，左右车轮的小光盤将全力推出，但也将极大的方便横向滑动。这是一个建立完整的驱动器的方法。全轮可以像一个正常的车轮或使用滚轮的辊侧向滚动。

载重万向轮104包括安装按109、第一连接件110、第二连接件111、脚轮112和可控弹性件113，安装按109安装在车身101底部，第一连接件110与安装按109转动连接，第一连接件110沿垂直于车身101的板面的方向相对于安装按109转动，第二连接件111与第一连接件110转动连接，第二连接件111沿平行于车身101的板面的方向相对于第一连接件110转动，脚轮112安装于第二连接件111，可控弹性件113的一端与第一连接件110连接，可控弹性件113的另一端与第二连接件111连接。可控弹性件113可以起到减震的效果。

可控弹性件113包括螺母114、螺栓116和呈压缩状态的弹簧115，螺母114固定在第一连接件110上，螺栓116与第二连接件111转动连接，且螺栓116螺接于螺母114；弹簧115套设于螺栓116，且弹簧115的一端与螺母114连接，弹簧115的另一端与第二连接件111连接。拧动螺栓116，可以控制第二连接件111与螺母114之间的距离，当第二连接件111与螺母114的距离较大时，弹簧115的弹力较小，当第二连接件111与螺母114之间的距离较小时，弹簧115的弹力较大。

载重万向轮104还包括电磁式驻车制动器117，电磁式驻车制动器117安装在脚轮112上。电磁式驻车制动器117为常闭设置，在移动搬运机器人静止时必须关闭，防止机器人出现溜车现象，机器人运行时必须开启，使脚轮112能够自由转动。

电磁式驻车制动器117在工作时，摩擦环随着制动鼓一起旋转，电磁体与驱动杠杆通过卡簧连接在一起。制动开始时，控制器105发出制动信号，电磁体通电，产生电磁吸力，吸附在摩擦环上。由于电磁体被驱动杠杆约束，与摩擦环产生相对滑动，作用在电磁体上的摩擦力带动与之相连的驱动杠杆绕支点转动。杠杆的从动端就将制动器的两个摩擦蹄片张开并压向制动鼓，产生制动力矩。结束制动时，电磁体断电，吸力和摩擦力消失，在回位弹簧115拉力的作用下，摩擦蹄片离开制动鼓，解除制动。

本实施例还提供了一种对上述移动搬运机器人进行控制的控制方法，先将多个载重万向轮104安装在车身101上，然后将移动搬运机器人放平，对各个载重万向轮104承受的力进行测量，找出车身101的重心；接着将多个驱动机构围绕车身101的重心间隔设置；将移动搬运机器人安装好后，操控气动控制系统102，气动控制系统102可以调节驱动机构的位置，使多个驱动机构和多个载重万向轮104均位于同一平面上；此时控制驱动机构，驱动机构可以带动移动搬运机器人沿各个方向移动。

在移动搬运机器人不动时，电磁式驻车制动器117呈关闭状态，操作时，先控制电磁式驻车制动器117打开，此时移动搬运机器人才可以移动，在移动前，通过调节螺栓116来调节弹簧115的刚度，使各载重万向轮104与地面接触刚度一致。然后测量各载重万向轮104的承受载荷，计算确定车身101的重心，将四个动力机构以90度间隔均匀等高安装于车身101重心周围，确保当各个双轴气缸一半左右的行程时全方位轮108与各脚轮112位于同一平面上。

综上所述，本发明提供的移动搬运机器人的驱动机构完全围绕车身的重心分布，气动控制系统用于自动调节驱动机构在沿垂直于车身板面方向上的位置，可以保证驱动机构与地面的完美接触，从而避免打滑。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动搬运机器人，其特征在于，包括车身、气动控制系统、全方位驱动轮模块和多个载重万向轮，所述气动控制系统、和所述全方位驱动轮模块分别安装于所述车身，所述全方位驱动轮模块包括多个驱动机构，多个所述驱动机构沿所述车身的周向间隔设置，多个所述驱动机构分别与所述气动控制系统连接，所述气动控制系统用于自动调节所述驱动机构在沿垂直于所述车身的板面方向上的位置；多个所述载重万向轮沿所述车身的周向间隔设置。

2.根据权利要求1所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述驱动机构包括动力机构和用于自动调节所述动力机构在沿垂直于所述车身的板面方向上的距离的控制器，所述动力机构安装在所述控制器的输出端，所述控制器安装在所述车身上，所述控制器与所述气动控制系统连接，所述气动控制系统用于的输出值。

3.根据权利要求2所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述控制器为气缸，所述气缸安装在所述车身上，所述动力机构安装于所述气缸的输出端，所述气动控制系统用于自动调节所述气缸的输出距离。

4.根据权利要求3所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述气缸为双杆气缸。

5.根据权利要求2所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述动力机构包括全方位轮、轮架和驱动电机，所述轮架安装于所述控制器的输出端，所述全方位轮和所述驱动电机分别安装于所述轮架，且所述驱动电机驱动连接所述全方位轮。

6.根据权利要求5所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述全方位轮为Omni轮。

7.根据权利要求1所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述载重万向轮包括安装板、第一连接件、第二连接件、脚轮和可控弹性件，所述安装板安装在所述车身的底部，所述第一连接件与所述安装板转动连接，所述第一连接件沿垂直于所述车身的板面的方向相对于所述安装板转动，所述第二连接件与所述第一连接件转动连接，所述第二连接件沿平行于所述车身的板面的方向相对于所述第一连接件转动，所述脚轮安装于所述第二连接件，所述可控弹性件的一端与所述第一连接件连接，所述可控弹性件的另一端与所述第二连接件连接，所述可控弹性件令所述第二连接块具有远离所述第一连接件的趋势。

8.根据权利要求7所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述可控弹性件包括螺母、螺栓和呈压缩状态的弹簧，所述螺母固定在所述第一连接件上，所述螺栓与所述第二连接件转动连接，且所述螺栓螺接于所述螺母；所述弹簧套设于所述螺栓，且所述弹簧的一端与所述螺母连接，所述弹簧的另一端与所述第二连接件连接。

9.根据权利要求7所述的移动搬运机器人，其特征在于，所述载重万向轮还包括电磁式驻车制动器，所述电磁式驻车制动器安装在所述脚轮上。

10.一种对权利要求1至9任一项所述的移动搬运机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

先将多个所述载重万向轮安装在所述车身上，然后将所述移动搬运机器人放平，对各个所述载重万向轮承受的力进行测量，找出所述车身的重心；

接着将多个所述驱动机构围绕所述车身的重心间隔设置；

将所述移动搬运机器人安装好后，操控所述气动控制系统，所述气动控制系统可以自动调节所述驱动机构的位置，使多个所述驱动机构和多个所述载重万向轮均位于同一平面上；

此时控制所述驱动机构，驱动机构可以带动移动搬运机器人沿各个方向移动。