CN106853843B - 一种可实现同步转向的全方位移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现同步转向的全方位移动平台，包括移动平台框架、转向机构、转向驱动装置、驱动轮，转向机构包括螺旋齿轮传动系、锥齿轮传动系、齿轮齿条传动系、滑轨组件，滑轨组件包括导轨、滑块，转向驱动装置包括步进电机、减速器，驱动轮包括轮腿、伺服电机、减速器、轮体，移动平台采用轮式结构，具有四个驱动轮，转向驱动装置通过转向机构控制驱动轮转向，驱动轮带动移动平台移动。本发明由一个步进电机控制四个驱动轮同步转向，控制简单，动作精准，转向机构安装在移动平台内部，伺服电机及减速器安装在驱动轮腿内，实现了高速高精度全方位移动，具备传动效率高、结构紧凑、定位精确等优势。

Description

一种可实现同步转向的全方位移动平台

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种可实现同步转向的全方位移动平台。

背景技术

随着科学技术的迅速发展,全方位移动技术受到人们的广泛关注，并且越来越多的场合需要灵活的运输设备,比如工厂中的自动运输车,机场中的行李运送车,残疾人自动轮椅等都需要较灵活的运输设备。全方位移动是指在平面上实现前后、左右和绕自身旋转三个自由度的运动,日常生活中的汽车由于不具有绕自身旋转这个自由度,因此不是全方位移动,汽车侧方位停车就比较麻烦。

传统全方位轮大致为以下几种牛眼轮、连续切换轮、偏心轮、球形轮和麦克纳姆轮等全方位轮,大部分都是使用轮体的全方位轮。但是以上全方位轮存在以下一些问题，1、力学性能差,传统全方位轮的缺点是靠自身轮子与底面间产生的摩擦力强行移动,轮体的轮轴容易发生失效,从而导致应用受限,承载能力差。而且麦克纳姆轮由于自身结构的原因，移动平台在移动时震动比较大，噪音大，这都会造成不利的影响。2、在越障性能上,传统全方位轮的轮体的越障能力一直受限制,主要是因为被动轮的直径过小,在很小的障碍上被动方可能被卡住,比如麦克纳姆轮,其采用的是轮体结构,麦克纳姆轮在重载方面和被动方向越障能力都较差,这些是传统全方位轮的瓶颈,也限制全方位轮在一些特殊用途方向的发展。3、传统全方位轮控制较复杂,主要原因是轮体受力分立,移动平台在完成一个动作时需要各个轮体之间相互配合，造成控制算法比较复杂且稳定性较差。虽然部分科研院所已经研制出轮式结构的全方位移动平台，但是每个驱动轮都需要一个转角电机来控制转向，电机数目多，使得控制更加复杂，难以保证准确度，动作一致性较差。

发明内容

为了克服现有全方位移动平台中存在的平台运动精度不高、反应速度不够迅速、运动稳定性差、越障性能差、结构不合理等问题，本发明提供了一种依靠转向机构即可实现一个步进电机带动四个驱动轮同步转向的新型全方位移动平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可实现同步转向的全方位移动平台，包括移动平台框架、转向驱动装置、转向机构、驱动轮。转向驱动装置位于移动平台框架内部，转向机构包括螺旋齿轮传动系、锥齿轮传动系、齿轮齿条传动系、导轨滑块等，每个驱动轮都自带伺服电机，转向驱动装置利用一个步进电机通过转向机构传递动力使驱动轮旋转，驱动轮带动平台移动，二者相互配合实现移动平台的全方位移动。

上述可实现同步转向的全方位移动平台，移动平台框架由型材通过梯形螺栓、角件连接而成，平台框架分为两层，上层用来载重，下层用来安装转向机构。

上述可实现同步转向的全方位移动平台，转向机构驱动装置包括步进电机、电机支撑板、减速器，驱动装置安装在移动平台框架下层。

上述可实现同步转向的全方位移动平台，转向机构由螺旋齿轮传动系、锥齿轮传动系、齿轮齿条传动系、滑轨组件、转向轴组成，最大可以实现驱动轮的0°至90°转动，螺旋齿轮传动系包括主动螺旋齿轮、从动螺旋齿轮、空间交错轴，交错轴一共包含有两根轴，异面垂直安装，两个螺旋齿轮分别安装在两根交错轴上。锥齿轮传动系包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、直交轴，锥齿轮安装在两根直交轴上，配合传动，移动平台共含有两组锥齿轮传动组件，分别安装在移动平台前后两侧，齿轮齿条传动组件包括主动直齿轮、从动直齿轮、齿条、齿条支撑板，移动平台共含有两组齿轮齿条传动组件，分别安装在移动平台前后两侧，滑轨组件包括直线导轨、导轨支板、支撑架。

上述可实现同步转向的全方位移动平台，驱动轮包括轮腿、伺服电机、减速器、轮体。轮腿主要由钢板、长方体钢块通过螺栓连接而成，其内部为空腔，伺服电机安装在轮腿内部，减速器安装在伺服电机上，轮体由钢铁轮毂与实心橡胶组成，安装在减速器的输出轴上。

本发明公开一种可实现同步转向的全方位移动平台，采用轮式结构,移动平台具有四个驱动轮，当转向驱动装置中的步进电机转动时，带动减速器进行转动，减速器的输出轴通过联轴器与一根交错轴连接，交错轴上安装有主动螺纹齿轮，主动螺纹齿轮与从动螺纹齿轮配合传动，从动螺纹齿轮与锥齿轮传动装置中的主动锥齿轮安装在同一根轴上，从而步进电机通过螺纹齿轮将动力均匀传递到移动平台两端的主动锥齿轮上，主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，从动锥齿轮与齿轮齿条传动组件中的主动直齿轮连接在同一根轴上，从而主动锥齿轮带动主动直齿轮进行转动，主动直齿轮带动齿条在直线滑轨上进行滑动，齿条带动两个从动直齿轮进行转动，齿轮齿条传动组件中从动直齿轮为免键直齿轮，通过衬套与转向轴连接在一起，因此主动直齿轮带动转向轴进行转动。转向轴连接着移动平台的驱动轮，从而通过三级传动实现一个步进电机带动移动平台的四个驱动轮同步转动起来。

本发明的有益效果是，本发明通过一个步进电机即可带动移动平台的四个驱动轮同步转动起来，控制简单，动作一致，有效地消除了目前轮式全方位移动平台转角电机数目多、控制难度大、动作不精准等缺点，将转动传动装置安装在平台内部，最大限度地利用了移动平台的空间，且转动驱动装置的高度可调，用于空间狭小的场合有较大优势，移动平台转向驱动装置采用螺纹齿轮、锥齿轮、齿轮齿条配合传动，使移动平台具备了传动效率高、传动平稳、机构紧凑、制造简单、定位精确等优势。驱动轮内置伺服电机驱动，可实现高速高精度运动控制，运动精度高，反应迅速。采用轮式结构，平台运动更加平稳,负载能力强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明移动平台框架结构示意图；

图3为本发明转向驱动装置结构示意图；

图4为本发明转向机构结构示意图；

图5为本发明驱动轮结构示意图；

图6为本发明动力传递及转向移动示意图。

图中1.移动平台框架，11.型材，12.上层框架，13.下层框架，2.转向驱动装置，21.步进电机，22.电机支撑板，23.减速器，3.转向机构，31.螺旋齿轮传动系，32.锥齿轮传动系，33.齿轮齿条传动系，34.滑轨组件，35.转向轴组件，4.驱动轮，41.轮腿，42.伺服电机，43.减速器，44.轮体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小，数量等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

【实施例】

一种可实现同步转向的全方位移动平台，包括移动平台框架1、转向驱动装置2、转向机构3、驱动轮4，转向驱动装置2位于移动平台框架1内部，转向机构3包括螺旋齿轮传动系31、锥齿轮传动系32、齿轮齿条传动系33、导轨滑块34，转向轴组件35等，每个驱动轮4都自带伺服电机42，转向驱动装置2利用一个步进电机21通过转向机构3传递动力使驱动轮4旋转，驱动轮4带动平台移动，二者相互配合实现移动平台的全方位移动，全方位移动平台采用轮式结构,具有四个驱动轮4，其实现全方位转向运动的过程为，转向驱动装置2的步进电机21转动，带动减速器23转动，减速器23的输出轴通过联轴器与一根交错轴连接，交错轴上安装有主动螺旋齿轮，主动螺旋齿轮与从动螺旋齿轮配合传动，从动螺旋齿轮与锥齿轮传动系32的主动锥齿轮安装在同一根轴上，从而步进电机21通过螺旋齿轮系31将动力均匀传递到移动平台两端的主动锥齿轮上，主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，从动锥齿轮与齿轮齿齿条传动组件33中的主动直齿轮连接在同一根轴上，从而主动锥齿轮带动主动直齿轮进行转动，主动直齿轮带动齿条在直线滑轨34上进行滑动，齿条带动两个从动直齿轮进行转动，齿轮齿条传动组件33中从动直齿轮为免键直齿轮，通过衬套与转向轴35连接在一起，因此主动直齿轮可以带动转向轴转动，转向轴35与移动平台的驱动轮4相连接，可以实现驱动轮4在0到90°范围内自由旋转，同时驱动轮4由伺服电机42驱动运转，在转向驱动装置2与驱动轮伺服电机42的配合控制下，整个移动平台可以实现任意方向全方位移动，从整体来看，全方位移动平台通过采用三级传动达到了一个步进电机21带动四个驱动轮4同步转向的目的，实现了移动平台全方位无死角的自由移动。

本实施例中，上述移动平台框架1由型材通过梯形螺栓、角件连接而成，平台框架1分为两层，上层用来载重，下层用来安装转向机构3。

本实施例中，上述转向机构驱动装置2包括步进电机21、电机支撑板22、减速器23，驱动装置2安装在移动平台框架1下层。

本实施例中，上述转向机构3由螺旋齿轮传动系31、锥齿轮传动系32、齿轮齿条传动系33、滑轨组件34、转向轴35组成，最大可以实现驱动轮4的0°至90°转动，螺旋齿轮传动系31包括主动螺旋齿轮、从动螺旋齿轮、空间交错轴，交错轴一共包含有两根轴，异面垂直安装，两个螺旋齿轮分别安装在两根交错轴上。锥齿轮传动系32包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、直交轴，锥齿轮安装在两根直交轴上，配合传动，移动平台共含有两组锥齿轮传动组件，分别安装在移动平台前后两侧，齿轮齿条传动组件33包括主动直齿轮、从动直齿轮、齿条、齿条支撑板，移动平台共含有两组齿轮齿条传动组件，分别安装在移动平台前后两侧，滑轨组件34包括直线导轨、导轨支板、支撑架。

本实施例中，上述驱动轮4包括驱动轮包括轮腿41、伺服电机42、减速器43、轮体44。轮腿41主要由钢板、长方体钢块通过螺栓连接而成，其内部为空腔，伺服电机42安装在轮腿内部，减速器43安装在伺服电机上，轮体44由钢铁轮毂与实心橡胶组成，安装在减速器的输出轴上。

Claims (2)

1.一种可实现同步转向的全方位移动平台，包括移动平台框架、转向驱动装置、转向机构、驱动轮，转向驱动装置位于移动平台框架内部，转向机构包括螺旋齿轮传动系、锥齿轮传动系、齿轮齿条传动系、导轨滑块，每个驱动轮都自带伺服电机，转向驱动装置利用一个步进电机通过转向机构传递动力使驱动轮旋转，驱动轮带动平台移动，二者相互配合实现移动平台的全方位移动，全方位移动平台采用轮式结构,具有四个驱动轮，转向驱动装置的步进电机带动减速器转动，减速器的输出轴通过联轴器与一根交错轴连接，交错轴上安装有主动螺旋齿轮，主动螺旋齿轮与从动螺旋齿轮配合传动，从动螺旋齿轮与锥齿轮传动系的主动锥齿轮安装在同一根轴上，从而步进电机通过螺旋齿轮将动力均匀传递到移动平台两端的主动锥齿轮上，主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，从动锥齿轮与齿轮齿条传动组件中的主动直齿轮连接在同一根轴上，从而主动锥齿轮带动主动直齿轮进行转动，主动直齿轮带动齿条在直线滑轨上进行滑动，齿条带动两个从动直齿轮进行转动，齿轮齿条传动组件中从动直齿轮为免键直齿轮，通过衬套与转向轴连接在一起，因此主动直齿轮可以带动转向轴转动，转向轴与移动平台的驱动轮相连接，可以实现驱动轮在0到90°范围内自由旋转，同时驱动轮由伺服电机驱动运转，在转向驱动装置与驱动轮伺服电机的配合控制下，整个移动平台可以实现任意方向全方位移动，从整体来看，全方位移动平台通过采用三级传动达到了一个步进电机带动四个驱动轮同步转向的目的，实现了移动平台全方位无死角的自由移动，上述移动平台框架由型材通过梯形螺栓、角件连接而成，平台框架分为两层，上层用来载重，下层用来安装转向机构，上述转向机构驱动装置包括步进电机、电机支撑板、减速器，驱动装置安装在移动平台框架下层，转向机构由螺旋齿轮传动系、锥齿轮传动系、齿轮齿条传动系、滑轨组件、转向轴组成，螺旋齿轮传动系包括主动螺旋齿轮、从动螺旋齿轮、空间交错轴，交错轴一共包含有两根轴，异面垂直安装，两个螺旋齿轮分别安装在两根交错轴上，锥齿轮传动系包括主动锥齿轮、从动锥齿轮、直交轴，锥齿轮安装在两根直交轴上，配合传动，移动平台共含有两组锥齿轮传动组件，分别安装在移动平台前后两侧，齿轮齿条传动系包括主动直齿轮、从动直齿轮、齿条、齿条支撑板，移动平台共含有两组齿轮齿条传动系，分别安装在移动平台前后两侧，滑轨组件包括直线导轨、导轨支板、支撑架。

2.根据权利要求1所述的可实现同步转向的全方位移动平台，其特征在于，上述驱动轮包括轮腿、伺服电机、减速器、轮体，轮腿主要由钢板、长方体钢块通过螺栓连接而成，其内部为空腔，伺服电机安装在轮腿内部，减速器安装在伺服电机上，轮体由钢铁轮毂与实心橡胶组成，安装在减速器的输出轴上。