CN107539163A - 一种驱动装置、对角轮装置及其运动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动装置、对角轮装置及其运动控制方法。其中，对角轮装置为在一个矩形的运动平台上，一条对角线的两个位置安装带转向电机和驱动电机的驱动轮，在另一条对角线的两个位置安装随动的随动轮，控制方法包括以下步骤：通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速，以通过转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动运动平台运动。通过上述方式，本发明能够协调质量分配，并实现多种驱动控制方式。

Description

一种驱动装置、对角轮装置及其运动控制方法

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，尤其是涉及一种驱动装置、对角轮装置及其运动控制方法。

背景技术

在电机驱动装置中，通常采用前轮驱动方式。即电机输出动力直接传送给前驱动轮，或通过减速机构后传送给前驱动轮，左右两边的驱动轮用两个独立的电机驱动。但是，该驱动方式将导致驱动装置前后质量分配不协调，降低驱动装置的控制性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种驱动装置、对角轮装置及其运动控制方法，能够协调质量分配，并实现多种驱动控制方式。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种对角轮装置的运动控制方法，其中，所述对角轮装置设置在一个矩形的运动平台上，所述矩形的运动平台一条对角线的两个位置安装有带转向电机和驱动电机的驱动轮，另一条对角线的两个位置安装有随动的随动轮，所述控制方法包括以下步骤：通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速，以通过所述转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。

其中，通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速的步骤包括：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向相同，驱动电机的转速相同，从而驱动所述运动平台作前进或后退运动。

其中，控制方法还包括：根据码盘计算出距离增量，并且根据所述驱动轮的角度计算竖直方向和水平方向的增量，由此获得码盘里程计。

其中，通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速的步骤包括：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向不相同，驱动电机的转速为V1和V2，从而控制对应的驱动轮旋转对应的角度和轮速，旋转后的驱动轮的垂直线相交于一点，所述运动平台则以相交的点为圆心作圆弧运动。

其中，方法还包括：

获取运动平台的中心；

所述驱动轮的轮速可作为所述驱动轮绕所述圆心运动的线速度，两个驱动轮的轮速关系为V1*R1＝V2*R2，根据所述两个驱动轮的轮速关系获得驱动轮与所述中心的关系为V1*R1＝V2*R2＝V*R，从而计算所述运动平台的中心速度V，其中，R为运动平台中心到圆心的距离半径，V1、V2分别为两个驱动轮的轮速，R1，R2分别为两个驱动轮的运动半径，其数值可根据两个驱动轮的安装位置及旋转角度计算得出；

距离增量△S＝V*T，由此根据所述驱动轮码盘计算出距离增量△S*R1＝△S*R，同时根据所述驱动轮的距离增量计算出角度增量，△Theta＝△S/△R，根据角度增量和距离增量计算码盘里程计，其中T为时间间隔。

其中，通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速的步骤包括：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向垂直于对应的对角线，驱动电机的转速为预设值，由此控制所述运动平台作双轮差速运动。

其中，方法包括：

控制所述驱动电机的转速相同且转向电机的转向相反，从而控制所述驱动轮的轮速相同且方向相反，由此控制所述运动平台原地旋转。

其中，方法还包括：当切换运动控制方式时，所述转向电机未达到预设的转向角度时，驱动电机保持静止。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种对角轮装置，该对角轮装置包括：

矩形的运动平台；

驱动轮，所述驱动轮设置在所述运动平台的一条对角线的两个位置上，并且所述驱动轮安装有转向电机和驱动电机；

随动轮，所述随动轮设置在运动平台的另一条对角线的两个位置上；

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机转速，以通过所述转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种驱动装置，该驱动装置包括控制器和对角轮装置，其中，所述驱动轮装置为前文所述的驱动轮装置；

所述控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机转速，以通过所述转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种驱动装置、对角轮装置及其运动控制方法。其中，所述对角轮装置为在一个矩形的运动平台上，一条对角线的两个位置安装带转向电机的驱动轮，在另一条对角线的两个位置安装随动的随动轮，其中，控制方法包括以下步骤：通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机转速，以通过转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。因此，本发明能够协调质量分配，并实现多种驱动控制方式。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种对角轮装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种对角轮装置的运动控制方法的流程图；

图3是对应图1所示的运动控制方法的一种状态示意图；

图4是对应图1所示的运动控制方法的另一种状态示意图；

图5是是对应图1所示的运动控制方法的又一种状态示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种对角轮装置的运动控制方法的流程图。其中，对角轮装置100为在一个矩形的运动平台101上，一条对角线L1的两个位置安装带转向电机103和驱动电机102的驱动轮104，在另一条对角线L2的两个位置安装随动的随动轮105。本实施例中，控制方法包括以下步骤：

步骤S1：通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电极的转速，以通过转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动运动平台运动。

其中，根据实际需求可以形成出多种运动控制方式，包括任意方向的平移运动、圆弧运动以及原地旋转运动等。下面对各种运动控制方式展开说明。

第一种运动方式：平移运动，通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向相同，驱动电机的转速相同，从而驱动运动平台作前进或后退运动。运动平台101的运动如图3的a和b所示。

在该种运动方式中，根据码盘计算出距离增量，且根据驱动轮105的角度计算竖直方向和水平方向的增量，由此获得码盘里程计。

第二种运动方式：圆弧运动。通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向不相同，驱动电机的转速为V1和V2，从而控制对应的驱动轮旋转对应的角度和轮速，旋转后的驱动轮的垂直线相交于一点，运动平台则以相交的点为圆心作圆弧运动，其中轮速为V1和V2。

获取运动平台的中心101。驱动轮的轮速作为驱动轮105绕圆心运动的线速度，两个驱动轮的轮速关系为V1*R1＝V2*R2，根据两个驱动轮的轮速关系获得驱动轮与中心的关系为V1*R1＝V2*R2＝V*R，从而计算运动平台的中心速度V，其中，R为运动平台中心到圆心的距离半径，V1、V2分别为两个驱动轮105的线速度，R1，R2分别为两个驱动轮105的运动半径，其数值可根据两个驱动轮的安装位置及旋转角度计算得出。

同理，距离增量△S＝V*T，由此根据驱动轮码盘计算出距离增量△S*R1＝△S*R，同时根据驱动轮的距离增量可计算出角度增量，△Theta＝△S/△R，根据角度增量和距离增量计算码盘里程计，其中T为时间间隔，具体的，是速度V下运动的时间。具体请参阅图4。

第三种运动方式：双轮差速运动。通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向垂直于对应的对角线，驱动电机的转速为预设值，由此控制运动平台作双轮差速运动。具体的，设连接两个驱动轮105的对角线为L1，通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向垂直于对应的对角线L1，以将两个驱动轮105转向垂直于该对角线L1的方向，此时运动平台101可视为双轮差速模型。

更进一步的，控制转向电机的方向相反，驱动电机转速相同，从而控制驱动轮的轮速相同、方向相反，由此控制运动平台101原地旋转。

应理解，此时运动平台101可视作双轮差速平台进行运动，但是此时该运动平台竖直方向与车轮方向存在一定夹角，车轮运动正方向不为平台正方向。

在该种运动方式中，可根据双轮差速模型进行角度增量计算。从而计算码盘里程计。

成前所述，本发明的对角轮装置由于驱动轮设置在驱动平台的对角线上，因此能够协调质量分配，并可实现全方向运动，可根据实际应用场合的需求，进行运动控制。运动平台优选在平整的地面进行运动。进一步的，当两种运动方式切换时由于转向电机旋转方向不是瞬时完成，因此优选当切换运动控制方式时，转向电机未达到预设的转向角度时，驱动电机保持静止。

本发明还提供一种对角轮装置，该对角轮装置适用于前文所述的方法。请再参阅图1，本发明的对角轮装置100包括矩形的运动平台101、驱动轮104以及随动轮105，随动轮105为万向轮，可按照任意方向前进，且对前进方向不会造成阻力。

其中，驱动轮104设置在运动平台101的一条对角线L1的两个位置上，并且驱动轮104安装有转向电机103和驱动电机102。随动轮105设置在运动平台101的另一条对角线L2的两个位置上。通过控制器分别控制两个位置上的转向电机103的转向以及驱动电机102的速度，以通过转向电机103和驱动电机102控制对应的驱动轮104的方向和轮速，从而驱动运动平台101运动。本实施例包括三种运动方式，具体如前文所述，在此不再赘述。

本发明还提供一种驱动装置，该驱动装置包括控制器和对角轮装置，其中，驱动轮装置为前文所述的驱动轮装置100。控制器分别控制两个位置上的转向电机103的转向以及驱动电机102的速度，以通过转向电机103和驱动电机102控制对应的驱动轮104的方向和轮速，从而驱动运动平台101运动。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种对角轮装置的运动控制方法，其中，所述对角轮装置设置在一个矩形的运动平台上，所述矩形的运动平台一条对角线的两个位置安装有带转向电机和驱动电机的驱动轮，另一条对角线的两个位置安装有随动的随动轮，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速，以通过所述转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速的步骤包括：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向相同，驱动电机的转速相同，从而驱动所述运动平台作前进或后退运动。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：根据码盘计算出距离增量，并且根据所述驱动轮的角度计算竖直方向和水平方向的增量，由此获得码盘里程计。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速的步骤包括：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向不相同，驱动电机的转速为V1和V2，从而控制对应的驱动轮旋转对应的角度和轮速，旋转后的驱动轮的垂直线相交于一点，所述运动平台以相交的点为圆心作圆弧运动。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取运动平台的中心；

所述驱动轮的轮速作为所述驱动轮绕所述圆心运动的线速度，两个驱动轮的轮速关系为V1*R1＝V2*R2，根据所述两个驱动轮的轮速关系获得驱动轮与所述中心的关系为V1*R1＝V2*R2＝V*R，从而计算所述运动平台的中心速度V，其中，R为运动平台中心到所述圆心的距离半径，V1、V2分别为两个驱动轮的轮速，R1，R2分别为两个驱动轮的运动半径，其数值可根据两个驱动轮的安装位置及旋转角度计算得出；

距离增量△S＝V*T，由此根据所述驱动轮码盘计算出距离增量△S*R1＝△S*R，同时根据所述驱动轮的距离增量计算出角度增量，△Theta＝△S/△R，根据角度增量和距离增量计算码盘里程计，其中T为时间间隔。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机的转速的步骤包括：

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向垂直于对应的对角线，驱动电机的转速为预设值，由此控制所述运动平台作双轮差速运动。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

控制所述驱动电机的转速相同且转向电机的转向相反，从而控制所述驱动轮的轮速相同且方向相反，由此控制所述运动平台原地旋转。

8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：当切换运动控制方式时，所述转向电机未达到预设的转向角度时，驱动电机保持静止。

9.一种对角轮装置，其特征在于，所述对角轮装置包括：

矩形的运动平台；

驱动轮，所述驱动轮设置在所述运动平台的一条对角线的两个位置上，并且所述驱动轮安装有转向电机和驱动电机；

随动轮，所述随动轮设置在所述运动平台的另一条对角线的两个位置上；

通过控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机转速，以通过所述转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。

10.一种驱动装置，其特征在于，所驱动装置包括控制器和对角轮装置，其中，所述驱动轮装置为权利要求9所述的驱动轮装置；

所述控制器分别控制两个位置上的转向电机的转向和驱动电机转速，以通过所述转向电机和驱动电机控制对应的驱动轮的方向和轮速，从而驱动所述运动平台运动。