CN107264670B - 轻量型万向移动升降小车 - Google Patents

轻量型万向移动升降小车 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轻量型可万向移动的升降小车，两个主动轮位于底座对角线上，电机输出轴与主动轮相连，从动轮位于另一条对角线；转向电机固定于底座，通过同步带连接一对主、从动轮；一级主、从动轮分别通过2条同步带与次级主、从动轮交叉连接，次级轮在同步带的力作用下转向，利用两主动轮差动输出实现原地转动，小车可万向移动。升降平台包括电机、同步带、丝杠、螺母，起导向作用的导轨固定于底座，电机输出轴与同步带轮连接，同步带带动三个丝杠同步转动，丝杆由轴承支撑，旋和在丝杠上的螺母在导向杆上滑动，升降平台固定在螺母上实现升降。整个车体的机构主要通过同步带连接，4个电机驱动实现多自由度运动，具有灵活、轻便的特点。

Description

轻量型万向移动升降小车
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域，具体地，涉及一种轻量型的万向移动装置，尤其是一种轻量型万向移动升降小车。
背景技术
随着科学技术的高速发展，自动化设备不断完善，机器人领域尤其是移动机器人领域对移动机构、装置有着更高的灵活性要求。传统的移动机器人的灵活性和机动性较差，很难实现多个自由度的自由移动。轮式机器人的最小转弯半径、与地面发声相对滑动等，降低了机器人的灵活性，也使得其不适用于密集环境和狭小的环境。
另一方面，高自由度的移动机器人往往因结构复杂、机构较多导致机身较重，搬运和移动不便。
为了提高轮式移动机器人的灵活性，减轻移动装置的重量，亟需设计了一种轻量型可万向移动的多自由度升降移动小车。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种轻量型万向移动升降小车的实现方案。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种轻量型万向移动升降小车，包括小车底盘基座、一级主动轮、二级主动轮、一级从动轮、二级从动轮、转向控制装置以及可升降平台装置；其中：
所述一级主动轮和二级主动轮分别设置于小车底盘基座的一条对角线的两端部；
所述一级从动轮和二级从动轮分别设置于小车底盘基座的另一条对角线的两端部；
所述转向控制装置分别与一级主动轮和一级从动轮驱动连接；
所述一级主动轮和二级从动轮驱动连接；
所述二级主动轮和一级从动轮驱动连接；
所述可升降平台装置可移动地设置于小车底盘基座上。
优选地，所述一级主动轮、二级主动轮、一级从动轮和二级从动轮均包括：移动轮、轮架以及移动轮同步带轮；其中：
所述轮架可转动地安装于小车底盘基座的下方，并与移动轮的转动轴固定连接；
所述移动轮设置于轮架间；
所述移动轮同步带轮与移动轮的转动轴键连接；
所述一级主动轮和二级主动轮还包括轮毂电机，所述轮毂电机设置于轮架的外部。
优选地，所述轮毂电机与轮架之间设有旋转编码器。
优选地，所述转向控制装置包括转向控制电机和三个转向同步带轮；其中：
三个转向同步带轮从上至下依次设置并固定于转向控制电机的输出轴上，三个转向同步带轮中一个通过同步带I直接与一级主动轮的移动轮同步带轮同向连接，三个转向同步带轮中的另外两个分别通过同步带II与一级从动轮的移动轮同步带轮交叉反向连接；
所述一级主动轮的移动轮同步带轮通过同步带III与二级从动轮的移动轮同步带轮交叉反向连接；
所述一级从动轮的移动轮同步带轮通过同步带IV与二级主动轮的移动轮同步带轮交叉反向连接。
优选地，所述转向控制电机的输出轴上安装有旋转编码器。
优选地，所述可升降平台装置包括：导轨、滚动轴承、升降控制电机、丝杠螺母升降台以及升降同步带轮；其中：
所述导轨和升降控制电机分别固定于小车底盘基座上；
所述升降同步带轮设置于升降控制电机的输出轴上；
所述滚动轴承安装于导轨上；
所述丝杠螺母升降台的丝杠螺母机构固定于滚动轴承的外圈，并通过同步带V与升降同步带轮连接。
优选地，所述导轨为三根，相应地，所述滚动轴承和丝杠螺母机构分别为三个；三个所述导轨呈正三角形固定于小车底盘基座上。
优选地，所述丝杠螺母机构的丝杠采用多头滚珠丝杆，所述丝杠螺母机构的螺母采用滚珠螺母。
本发明提供的轻量型万向移动升降小车，在小车底盘基座上方安装有可升降平台装置，小车底盘基座下方安装有对称固定的主动轮和从动轮，转向控制电机通过同步带轮和同步带与同侧的一级主、从动轮进行转动传递。
转向控制装置中的转向控制电机作为动力输出，其输出轴固定有3个转向同步带轮和一个旋转编码器，旋转编码器用于测量输出轴旋转的角度、角速度等；3个转向同步带轮，其中一个直接与一级主动轮同向连接，另外两个与一级从动轮交叉反向连接，转向控制电机转动将使主动轮同向转动的同时，从动轮反向转动；一级主动轮与一级从动轮分别通过同步带交叉反向连接的方式与二级从、主动轮连接并传递转动力，二级带轮在一级带轮转轴的带动下将反向转动，最终在转向控制电机转动输出下，一级主从轮与二级主从轮将在同步带的转动力传递作用下相应转动，配合主动轮的输出实现原地转向。
可升降平台装置的三根导向导轨呈正三角形固定在小车底盘基座上，导轨上安装有滚动轴承，升降平台固定在轴承外圈，轴承可随升降平台在导轨上移动并起支撑作用；所述升降台是由3个丝杠螺母机构组成，通过同步带连接实现同步升降，3个丝杠各自固定在同步带轮上，通过同步带与电机输出轴上的同步带轮连接；电机是升降台的驱动器，电机转动，输出转动力并带动与其相连的同步带同步运动，3根丝杠同步转动，螺母带动升降台上下移动。
一级主动轮和二级主动轮位于小车底盘的一条对角线上，驱动方式均选用轮毂电机，动力充足且分别控制，可实现差动输出，无转动半径的转向和运动，灵活方便；
丝杆选用多头滚珠丝杆，螺母采用滚珠螺母，可以提高进给速度，降低螺母和丝杆之间的摩擦力，提高传动效率；
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
运动方式自由、灵活，可以实现万向移动，同时主要传动机构采用同步带的方式，实现轻量型设计，对小车的搬运、移动带来极大的便利；小车设有可升降平台，实现多功能应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一种轻量型万向移动升降小车的结构原理图；
图2为转向俯视示意图；
图中，1为从动轮交叉反向同步带A；2为从动轮交叉反向同步带B；3为支撑轴承；4为一级从动同步带轮A；5为二级从动同步带轮；6为一级从动同步带轮B；7为升降平台；8为小车底盘基座；9为电机输出轴同步带A；10为电机输出轴同步带B；11为电机输出轴同步带轮A；12为旋转编码器A；13为电机输出轴同步带轮B；14为电机输出轴同步带轮C；15为转向控制电机；16为一级主动轮同步带；17为支撑轴承；18一级主动轮同步带轮；19为交叉反向同步带轮A；20为交叉反向同步带轮B；21为轮架；22为一级主动轮；23为旋转编码器B；24为轮毂电机A；25为交叉反向同步带A；26为交叉反向同步带B；27为导轨A；28为支承轴承；29为一级从动轮；30为从动轮轮架；31为升降同步带轮A；32为升降同步带轮B；33为升降同步带轮C；34为升降控制电机；35为二级从动轮；36为从动轮轮架；37为支承轴承；38为升降同步带C；39为同步带轮；40为支承轴承；41为滚珠丝杠；42为丝杠螺母；43为小车底盘基座；44为升降轴承；45为旋转编码器C；46为轮毂电机B；47为二级主动轮；48为主动轮轮架；49为轮架转轴；50为支撑轴承；51为升降平台；52为导轨B；53为导轨C。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供了一种轻量型万向移动升降小车，包括小车底盘基座、一级主动轮、二级主动轮、一级从动轮、二级从动轮、转向控制装置以及可升降平台装置；其中：
所述一级主动轮和二级主动轮分别设置于小车底盘基座的一条对角线的两端部；
所述一级从动轮和二级从动轮分别设置于小车底盘基座的另一条对角线的两端部；
所述转向控制装置分别与一级主动轮和一级从动轮驱动连接；
所述一级主动轮和二级从动轮驱动连接；
所述二级主动轮和一级从动轮驱动连接；
所述可升降平台装置可移动地设置于小车底盘基座上。
进一步地，一对主动轮和从动轮分别连接在小车底盘基座的对角线上，主动轮差动输出可实现原地转向，主动轮和从动轮之间通过同步带交叉连接进行动力传送，升降平台在升降控制电机和动力传送机构可沿固定在底盘上的导轨移动。
进一步地，主动轮采用轮毂电机，两个主动轮相互独立，可以进行差动输出，在驱动主、从动轮的转向控制电机的作用下，可实现原地转向和万向灵活的移动。
进一步地，所述底盘上设有用于驱动小车移动轮转向的控制电机，转向控制电机分别与一个主动轮和从动轮连接。
进一步地，所述小车底盘基座上方设有丝杠升降装置，三根导轨与小车机架固定，驱动电机固定于小车底座，输出轴连接三个同步带轮，通过同步带分别与三个丝杠连接，丝杠上旋有支撑螺母，丝杠转动，驱动支撑螺母升降运动，在电机驱动下，可以沿着导轨升降。
进一步地，转向控制电机固定于机架上，输出轴分别与三个转向同步带轮连接，主动轮转向轴上的同步带轮与电机输出轴上的带轮同相连接，从动轮转轴上的两个同步带轮与电机输出轴上的另外两个同步带轮交叉连接。另外两个轮以相同的同步带交叉方式分别与电机直连的主、从动轮连接。
进一步地，主动轮、从动轮固定于可转动轮架间，轮架与转动轴固定连接，转动轴与移动轮同步带轮通过键连接固定。
进一步地，转向控制电机输出轴上安装有旋转编码器，可以实时测量转动角度，实现转动控制的反馈信息。
进一步地，3个升降同步带轮和同步带以相同的传动比连接三个丝杠螺母机构，升降平台固定于三个支撑螺母上，丝杠的同步转动带动支撑螺母进行同步升降移动。
本实施例提供的轻量型可万向移动的升降小车，两个主动轮位于小车对角线上，电机输出轴与主动轮相连，从动轮位于另一条对角线；转向控制电机固定于小车底盘基座，通过同步带连接一对主、从动轮，转向控制电机转动带动同步带运动，同步带的力作用使一侧主从动轮同向转动，从而改变小车运动方向；一级主、从动轮分别通过2条同步带与次级主、从动轮交叉连接，次级轮在同步带的力作用下转向，利用两主动轮差动输出实现原地转动，小车可万向移动。升降平台包括升降控制电机、同步带、丝杠、螺母，起导向作用的导轨固定于小车底盘基座上，升降控制电机输出轴与同步带轮连接，同步带带动三个丝杠同步转动，丝杠由支撑轴承(滚珠轴承)支撑，旋和在丝杠上的螺母在导轨上滑动，升降平台固定在螺母上实现升降。整个车体的机构主要通过同步带连接，4个电机驱动实现多自由度运动，具有灵活、轻便的特点。
本实施例提供的轻量型万向移动升降小车，主要力传递和机构由同步带完成，在灵活移动的基础上，实现轻量型设计。
下面结合附图对本实施例进一步描述。
请同时参阅图1和图2
本实施例具体为，
如图1所示，本实施例提供的一种轻量型万向移动升降小车，包括：小车底盘基座43，小车底盘基座43下一条对角线的两端位置转动连接有两个主动轮22和47，另一条对角线的两端位置转动连接有两个从动轮29和35。一级主动轮22和二级主动轮47分别由轮毂电机A24和轮毂电机B46驱动，可实现差动输出，电机上安装有旋转编码器23和45，可以对反馈电机转过角度等数据。
所述小车底盘基座43上安装有3根导轨，分别是导轨A27、导轨B52、导轨C53，用于导向升降平台51的升降，三根导轨中间有控制升降平台51升降的升降控制电机34，升降控制电机34输出轴连接了升降同步带轮A31，升降同步带轮B32和升降同步带轮C33，分别通过相应的同步带将转动力传递至3个滚珠丝杠，滚珠丝杠转动，丝杠螺母42升降运动，与其连接的升降平台51也随之运动。
所述小车底盘基座43上安装有驱动主、从动轮转向的转向控制电机15，转向控制电机15输出轴安装有电机输出轴同步带轮A11、电机输出轴同步带轮R13、电机输出轴同步带轮C14以及旋转编码器A12，旋转编码器A12可以获取电机旋转角度等信息。
所述电机输出轴同步带轮A11与电机输出轴同步带轮B13交叉反向与一级从动轮29的转动轴上的一级从动同步带轮4和6相连接，由于同步带只可以传递拉力，两同步带分别负责不同转向的转动力传输；采用的反向连接方式，使得从动轮转动方向与电机输出方向相反。
所述电机输出轴同步带轮C14与一级主动轮22的转动轴上的一级主动轮同步带轮18正向连接，一级主动轮22的转动方向与电机输出方向一致，与一级从动轮29方向相反。
所述一级主动轮22转轴上安装有交叉反向同步带轮A25和交叉反向同步带轮B26，通过同步带，可以传送不同的转动状态至二级从动轮35，二级从动轮35的转动状态与一级主动轮22的状态相反，与一级从动轮29转动状态相同。
所述一级从动轮29轮架上的可转动轴上安装有支承轴承3及传递转动力的一级从动同步带轮4、二级从动同步带轮5、一级从动同步带轮6。从动轮交叉反向同步带A1和从动轮交叉反向同步带B2分别连接一级从动轮和二级主动轮，二级主动轮转动状态与一级从动轮转动状态相反，与一级主动轮转动状态相同。
如图2所示，是本实施例的轻量型万向移动升降小车的转向运动俯视示意图，转向控制电机15转动，通过同步带轮和同步带传递转动力到一级主动轮22和一级从动轮29，由于一级从动轮29与电机反向交叉连接，转动状态与电机和一级主动轮22正好相反；一级主动轮22转动，与其通过同步带反向交叉连接的二级从动轮35也在转动力的驱动下转动，状态与一级主动轮22相反；同理，二级主动轮47与一级从动轮29转动方向相反。转动时，四个轮子的状态如图2所示，此时一级主动轮22与二级主动轮47通过各自的轮毂电机差动输出，即可实现无转弯半径的原地转向。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种轻量型万向移动升降小车，其特征在于：包括小车底盘基座、一级主动轮、二级主动轮、一级从动轮、二级从动轮、转向控制装置以及可升降平台装置；其中：
所述一级主动轮和二级主动轮分别设置于小车底盘基座的一条对角线的两端部；
所述一级从动轮和二级从动轮分别设置于小车底盘基座的另一条对角线的两端部；
所述转向控制装置分别与一级主动轮和一级从动轮驱动连接；
所述一级主动轮和二级从动轮驱动连接；
所述二级主动轮和一级从动轮驱动连接；
所述可升降平台装置可移动地设置于小车底盘基座上；
所述一级主动轮、二级主动轮、一级从动轮和二级从动轮均包括：移动轮、轮架以及移动轮同步带轮；其中：
所述轮架可转动地安装于小车底盘基座的下方，并与移动轮的转动轴固定连接；
所述移动轮设置于轮架间；
所述移动轮同步带轮与移动轮的转动轴键连接；
所述一级主动轮和二级主动轮还包括轮毂电机，所述轮毂电机设置于轮架的外部；
所述转向控制装置包括转向控制电机和三个转向同步带轮；其中：
三个转向同步带轮从上至下依次设置并固定于转向控制电机的输出轴上，三个转向同步带轮中一个通过同步带I直接与一级主动轮的移动轮同步带轮同向连接，三个转向同步带轮中的另外两个分别通过同步带II与一级从动轮的移动轮同步带轮交叉反向连接；
一级主动轮的移动轮同步带轮通过同步带III与二级从动轮的移动轮同步带轮交叉反向连接；
一级从动轮的移动轮同步带轮通过同步带IV与二级主动轮的移动轮同步带轮交叉反向连接。
2.根据权利要求1所述的轻量型万向移动升降小车，其特征在于：所述轮毂电机与轮架之间设有旋转编码器。
3.根据权利要求1所述的轻量型万向移动升降小车，其特征在于：所述转向控制电机的输出轴上安装有旋转编码器。
4.根据权利要求1所述的轻量型万向移动升降小车，其特征在于：所述可升降平台装置包括：导轨、滚动轴承、升降控制电机、丝杠螺母升降台以及升降同步带轮；其中：
所述导轨和升降控制电机分别固定于小车底盘基座上；
所述升降同步带轮设置于升降控制电机的输出轴上；
所述滚动轴承安装于导轨上；
所述丝杠螺母升降台的丝杠螺母机构固定于滚动轴承的外圈，并通过同步带V与升降同步带轮连接。
5.根据权利要求4所述的轻量型万向移动升降小车，其特征在于：所述导轨为三根，相应地，所述滚动轴承和丝杠螺母机构分别为三个；三个所述导轨呈正三角形固定于小车底盘基座上。
6.根据权利要求5所述的轻量型万向移动升降小车，其特征在于：所述丝杠螺母机构的丝杠采用多头滚珠丝杆，所述丝杠螺母机构的螺母采用滚珠螺母。
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