CN110435784B - 一种全地形移动平台及其组成的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全地形移动平台及其组成的机器人，包括车架、转向轮、转向电驱动机构、驱动轮、电驱动装置、蓄电装置和控制装置，车架水平设置，转向轮通过第一减震组件设置在车架的前端，且第一减震组件与车架转动连接，转向电驱动机构安装在车架前端并与第一减震组件传动连接，驱动轮为两个，且两个驱动轮分别通过一个第二减震组件设置在车架的后端，电驱动装置为两个，且两个电驱动装置分别安装在两个第二减震组件上，并对应驱动轮的轮轴传动连接，控制装置和蓄电装置均设置在车架上，蓄电装置、转向电驱动机构和电驱动装置均与控制装置电连接。其结果简单，自动化程度高。

Description

一种全地形移动平台及其组成的机器人

技术领域

本发明属于移动平台领域，尤其涉及一种智能化程度高的全地形移动平台。

背景技术

随着无人驾驶技术的不断发展，但主要是体现在交通运输领域，但在工业生产领域，随着人工智能的研究逐渐深入，机械手的已得到广泛的发展与应用，比如在汽车制造的焊接、喷漆、冲压等环节机械手已逐渐代替传统工人，但是目前的机械手一般都是安装在固定工位上，可在原地进行旋转运动，如汽车焊接机械手；或者是安装在直线导轨上，进行一定距离的直线往返运动，如零件分拣搬运机械手，其活动范围有限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种越过性能好、智能化程度高的全地形移动平台。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种全地形移动平台，包括车架、转向轮、转向电驱动机构、驱动轮、电驱动装置、蓄电装置和控制装置，所述车架水平设置，所述转向轮通过第一减震组件竖直设置在所述车架的前端，且所述第一减震组件与所述车架转动连接，所述转向轮的轮轴与所述第一减震组件转动连接，所述转向电驱动机构安装在所述车架前端并与所述第一减震组件传动连接，其用以驱动所述转向轮左右转向，所述驱动轮设有两个，并分别通过一个第二减震组件竖直设置在所述车架的后端两侧，所述电驱动装置设有两个，并分别一一对应的安装在两个所述第二减震组件上，并与对应的所述所述驱动轮的轮轴传动连接，其用于驱使所述驱动轮旋转，所述控制装置和蓄电装置均设置在所述车架上，所述蓄电装置、转向电驱动机构和电驱动装置均与所述控制装置电连接。

上述技术方案的有益效果在于：其结果简单，由于转向轮和驱动轮分别设有与之独立匹配的第一减震组件和第二减震组件，故其越过性能佳，且平稳性好，且转向电驱动机构和电驱动装置均与控制装置电连接，使得移动平台的转向、前进和后退均由控制装置智能控制。

上述技术方案中所述转向电驱动机构和电驱动装置分别为变频制动电机或伺服制动电机中的一种，如此其调速方便，且转角可控，操控灵敏，同时可及时实现制动。

上述技术方案中还包括摄像头模块、红外传感器、激光雷达模块和GPS定位模块中一种或多种作为信息采集部，且所述信息采集部安装在所述车架上端，并与所述控制装置电连接，所述摄像头模块用以拍摄所述车架周边环境以及目标物的照片，所述红外传感器用以探测所述车架周边的障碍物；所述激光雷达模块用以探测所述障碍物的信息，所述GPS定位模块用以对所述车架的位置进行定位，所述信息采集部将其所采集的信息输送至所述控制装置并由所述控制装置控制所述转向电驱动机构和电驱动装置共同驱动所述车架移动。

上述技术方案的有益效果在于：由信息采集部及时采集周边环境信息，并由控制装置控制转向电驱动机构和电驱动装置来调整车架移动方向和移动速度，从而实现自动驾驶，其中，所述摄像头模块用以拍摄移动平台周边的照片或视频并将图像信息输送至控制装置由控制装置识别目标物，而红外传感器用以识别移动平台周边的障碍物，并由激光雷达模块来探测障碍物的基本信息，并将障碍物的基本信息输送至控制装置，由控制装置控制移动平台绕过障碍物到到目标物附件，而GPS定位模块用以对移动平台的位置进行定位。

上述技术方案中所述摄像头模块为全景摄像头，其视角广。

上述技术方案中所述转向轮、第一减震组件和转向电驱动机构均为一个，所述第一减震组件转动设置在所述车架前端中部并位于所述车架的下方，所述转向轮的轮轴与所述第一减震组件转动连接，将移动平台采用三轮构造，其移动灵活。

上述技术方案中所述第一减震组件包括转轴、横杆和两个减震杆，所述转轴竖向贯穿所述车架前端中部，并与其转动连接，所述横杆水平设置在所述车架的下方，且其长度方向对应的中部与所述转轴下端连接固定，两个所述减震杆的均竖向设置，且其上端分别与所述横杆的两端连接固定，两个所述减震杆与所述横杆共同构成一个倒U形轮座，所述转向轮置于两个所述减震杆之间，且其轮轴的两端分别与两个所述减震杆的下端转动连接，所述转向电驱动机构安装在车架上端，并与所述转轴传动连接。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，与现有电动车减震前叉结构类似，其减震性能好。

上述技术方案中所述第二减震组件包括立板、摆臂、弹性件和连接架，所述立板竖向设置，两个所述摆臂水平间隔设置并相互平行，且其两端齐平，两个所述摆臂的的同一端与所述立板垂直连接固定，两个所述摆臂的另一端分别与所述连接架的一侧的下端转动连接，两个所述弹性件与两个所述摆臂一一对应，两个所述弹性件的一端分别与对应所述摆臂上端长度方向对应的中部转动连接，其另一端分别斜向上延伸至与所述连接架的上端连接，所述驱动轮设置在对应所述立板背离所述连接架的一侧，且其轮轴与所述立板垂直转动连接，所述电驱动装置安装在所述立板或摆臂上，且其驱动端与所述驱动轮的轮轴传动连接，两个所述连接架分别安装在所述车架后端的两侧，且两个所述驱动轮位于两个所述连接架相互远离的一侧。

上述技术方案的有益效果在于：其结构简单，且减震性能好，使得移动平台的平稳性好。

上述技术方案中所述弹性件阻尼杆。

上述技术方案的有益效果在于：其具有刚性同时具备较好的减震性能。

本发明的目的之二在于提供一种智能化程度高，且能灵活移动的移动式机器人。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种移动式机器人，包括机械手和如上所述全地形移动平台，所述机械手设置在所述车架上端，且所述机械手与所述控制装置电连接。

上述技术方案的有益效果在于：将机械手设置在所述移动平台上使之组成形成一个机器人，其可自动捡拾转运物体。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的移动平台的结构简图；

图2为本发明实施例1所述的车架示意图；

图3为本发明实施例1所述驱动轮、电驱动装置以及第二减震组件的局部爆炸图；

图4为本发明实施例1所述转向轮、第一减震组件、转向电驱动机构以及车架的爆炸图；

图5所示为本发明实施例2所述机器人的驱动轮ADRC控制结构图；

图6所示为本发明实施例2所述机器人转向轮ADRC控制结构图；

图7所示为本发明实施例2所述机器人的转向轮和驱动轮的控制流程图；

图8所示为本发明实施例2所述机器人的控制装置的原理图。

图中：11车架、12转向轮、13转向电驱动机构、14驱动轮、15电驱动装置、16第一减震组件、161转轴、162横杆、163减震杆、17第二减震组件、171立板、172摆臂、173弹性件、174连接架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供了一种全地形移动平台，包括车架11、转向轮12、转向电驱动机构13、驱动轮14、电驱动装置15、蓄电装置和控制装置，所述车架11水平设置，所述转向轮12通过第一减震组件16竖直设置在所述车架11的前端，且所述第一减震组件16与所述车架11转动连接，所述转向轮的轮轴与所述第一减震组件转动连接，所述转向电驱动机构13安装在所述车架11前端并与所述第一减震组件16传动连接，其用以驱动所述转向轮左右转向，所述驱动轮14设有两个，并分别通过一个第二减震组件17竖直设置在所述车架11的后端两侧，所述电驱动装置15设有两个，并分别一一对应的安装在两个所述第二减震组件17上，并与对应的所述所述驱动轮14的轮轴传动连接，其用于驱使所述驱动轮14旋转，所述控制装置和蓄电装置均设置在所述车架11上，所述蓄电装置、转向电驱动机构13和电驱动装置15均与所述控制装置电连接，其结果简单，由于转向轮和驱动轮分别设有与之独立匹配的第一减震组件和第二减震组件，故其越过性能佳，且平稳性好，且转向电驱动机构和电驱动装置均与控制装置电连接，使得移动平台的转向、前进和后退均由控制装置智能控制。

上述技术方案中所述转向电驱动机构13和电驱动装置15分别为变频制动电机或伺服制动电机中的一种，其调速方便，且转角可控，操控灵敏，同时可及时实现制动。

上述技术方案中还包括摄像头模块、红外传感器、激光雷达模块和GPS定位模块中一种或多种作为信息采集部，且所述信息采集部安装在所述车架上端，并与所述控制装置电连接，所述摄像头模块用以拍摄所述车架周边环境以及目标物的照片，所述红外传感器用以探测所述车架周边的障碍物；所述激光雷达模块用以探测所述障碍物的信息，所述GPS定位模块用以对所述车架的位置进行定位，所述信息采集部将其所采集的信息输送至所述控制装置并由所述控制装置控制所述转向电驱动机构和电驱动装置共同驱动所述车架移动。其中，所述摄像头模块用以拍摄移动平台周边环境照片，而红外传感器用以利用热成像原理来感应移动平台周边的环境；而激光雷达模块用以探测移动平台与目标物体之间的方位与距离，GPS定位模块用以对移动平台的位置进行定位。

上述技术方案中所述摄像头模块为全景摄像头，其视角广。

上述技术方案中所述转向轮12、第一减震组件16和转向电驱动机构13均为一个，所述第一减震组件16转动设置在所述车架11前端中部并位于所述车架11的下方，所述转向轮12的轮轴与所述第一减震组件16转动连接，将移动平台采用三轮构造，其移动灵活。

上述技术方案中所述第一减震组件16包括转轴161、横杆162和两个减震杆163，所述转轴161竖向贯穿所述车架11前端中部，并与其转动连接，所述横杆162水平设置在所述车架11的下方，且其长度方向对应的中部与所述转轴161下端连接固定，两个所述减震杆163的均竖向设置，且其上端分别与所述横杆162的两端连接固定，两个所述减震杆163与所述横杆162共同构成一个倒U形轮座，所述转向轮12置于两个所述减震杆163之间，且其轮轴的两端分别与两个所述减震杆163的下端转动连接，所述转向电驱动机构13安装在车架上端，并与所述转轴161传动连接，其结构简单，与现有电动车减震前叉结构类似，其减震性能好。

上述技术方案中所述第二减震组件17包括立板171、摆臂172、弹性件173和连接架174，所述立板171竖向设置，两个所述摆臂172水平间隔设置并相互平行，且其两端齐平，两个所述摆臂172的的同一端与所述立板171垂直连接固定，两个所述摆臂172的另一端分别与所述连接架174的一侧的下端转动连接，两个所述弹性件173与两个所述摆臂172一一对应，两个所述弹性件173的一端分别与对应所述摆臂172上端长度方向对应的中部转动连接，其另一端分别斜向上延伸至与所述连接架174的上端连接，所述驱动轮14设置在对应所述立板171背离所述连接架174的一侧，且其轮轴与所述立板171垂直转动连接，所述电驱动装置15安装在所述立板171或摆臂172上，且其驱动端与所述驱动轮14的轮轴传动连接，两个所述连接架174分别安装在所述车架11后端的两侧优选的，所述连接架与所述车架一体成型，且两个所述驱动轮14位于两个所述连接架174相互远离的一侧，其结构简单，且减震性能好，使得移动平台的平稳性好。

上述技术方案中所述弹性件173阻尼杆，其具有刚性同时具备较好的减震性能。

实施例2

本实施例提供了一种移动式机器人，包括机械手和如实施例1所述全地形移动平台，所述机械手设置在所述车架11上端，且所述机械手与所述控制装置电连接，将机械手设置在所述移动平台上使之组成形成一个机器人，其可自动捡拾并转运物体，其中，所述机械手自带控制器和识别模块，其控制器与所述车架总控制器的通信端口电连接。

其中，所述控制装置包括车架总控制器、转向控制器和驱动控制器，且所述驱动控制器设有两个，分别与两个所述电驱动装置一一对应，所述车架总控制器为STM32，所述转向控制器和驱动控制器均为ADRC控制器，且所述车架总控制器具有多个通信接口，所述转向控制器、驱动控制器、机械手以及信号采集部中各模块(摄像头模块、红外传感器、激光雷达模块、GPS定位模块)分别与一个通信接口电连接。

其中，所述驱动控制器控制驱动轮转速与转动角度，其运用ADRC控制器实现对驱动轮速度和角度的平稳控制。由于平台车搭载各类机械手，机械手在动作时会在短时对移动平台产生较大的反作用力，而传统PID控制器无法在该情况下保证移动平台运行的平稳性。

所述转向控制器控制转向轮快速精确转向，由于车架为三轮结构，因此转向轮需要负荷一部分车架转向作用力，再加上机械手的动作，传统PID在该情况下容易出现无法及时响应或过响应的问题。

如图5和图6所示，所述转向电驱动机构和电驱动装置对应的变频电机或伺服电机均具有PMW输出设备、直流电机驱动电路和霍尔感应器，所述ADRC控制器具有两个输入端和一个输出端，所述ADRC控制器其中一个输入端与所述车架总控制器的一个通信接口电连接，其输出端与所述PMW输出设备的输入端电连接，所述PMW输出设备的输出端与直流电机驱动电路的输入端电连接，所述直流电机驱动电路的输出端与对应的变频/伺服电机的输入端连接，所述变频/伺服电机的反馈端口与所述霍尔感应器的输入端连接，所述霍尔感应器的输出端与所述ADRC控制器的另一个输入端电连接，如此形成一个闭环控制电路。

当需要控制驱动轮转速时候，首先需要由车架总控制器将目标速度传入ADRC控制器中，由ADRC控制器根据输入量、输出量和观测量进行相关运算后给出具体的控制力度u，u通过PWM输出设备传递给直流电机驱动电路，由直流电机驱动电路进行电机的功率控制，运用霍尔传感器采集当前电机的转速反馈给ADRC控制器从而完成控制闭环，从而能够稳定的控制驱动轮的运转；当需要控制转向轮转向时候，首先需要由车架总控制器将目标速度传入ADRC控制器中，余下流程同上。其中图5和图6中V为移动平台移动速度，Vt为电机转速反馈，u为ADRC控制量输出、U为PWM控制量输出、Y为电机转速。

图7所示为为本发明平台车的控制流程图，本发明通过串口监听来自平台车机械手的控制命令，当需要控制平台车的速度时候，首先会根据当前转向角度和小车模型计算出两个轮子的理论速度，然后将该速度赋予ADRC目标速度进行控制，从而实现对平台车的速度控制。类似的，在监听到转向信号后，也会根据当前角度与平台车模型进行速度运算，然后分别将两轮速度和转向电机的目标角度赋值给对应的ADRC目标值进行控制，从而实现平台的转向控制。

其中，具体运算公式如下：V₁＝V-V·b·tanθ/2a；V₂＝V+V·b·tanθ/2a；

其中，V为小车速度；θ为小车转向轮转角(其中，转向轮左转角度为正值，右转角度为负值)；V₁为左驱动轮速度；V₂为右驱动轮速度；a为转向轮和驱动轮之间的轴距，b为两个驱动轮的轮距。

如图8所示，本实施例以高尔夫球为例来介绍移动平台如何识别高尔夫球并移动至靠近高尔夫球，具体如图8所示，所述摄像头模块拍摄高尔夫球的图像并将图像数据输送至车架总控制器进行数据处理，同样红外传感器用以探测移动平台周边的是否存在障碍物，并将探测信息输送至车架总控制器，若存在障碍物则由激光雷达模块探测障碍物的位置信息和尺寸信息输送给车架总控制器，而车架总控制器根据摄像头模块、红外传感器和激光雷达模块所得到的数据信息计算出移动平台的运行方向和运行速度，并将所得出的结果输送至左驱动轮对应的ADRC控制器、右驱动轮对应的ADRC控制器以及转向轮对应的转向轮，并分别由其控制两个驱动轮的转速和转向轮的转动角度以使得移动平台能识别障碍物并绕过障碍物自行移动动目标物(高尔夫球)附近，此时机械手的识别模块识别高尔夫球并将相关信息输送至机械手的控制器，由机械手的控制器控制机械手捡拾高尔夫球，捡拾后，机械手的控制器向车架总控制器反馈信息，再由车架总控制器重复上述操作。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种全地形移动平台，其特征在于，包括车架(11)、转向轮(12)、转向电驱动机构(13)、驱动轮(14)、电驱动装置(15)、蓄电装置和控制装置，所述车架(11)水平设置，所述转向轮(12)通过第一减震组件(16)竖直设置在所述车架(11)的前端，且所述第一减震组件(16)与所述车架(11)转动连接，所述转向轮的轮轴与所述第一减震组件转动连接，所述转向电驱动机构(13)安装在所述车架(11)前端并与所述第一减震组件(16)传动连接，其用以驱动所述转向轮左右转向，所述驱动轮(14)设有两个，并分别通过一个第二减震组件(17)竖直设置在所述车架(11)的后端，所述电驱动装置(15)设有两个，并分别一一对应的安装在两个所述第二减震组件(17)上，并与对应的所述所述驱动轮(14)的轮轴传动连接，其用于驱使所述驱动轮(14)旋转，所述控制装置和蓄电装置均设置在所述车架(11)上，所述蓄电装置、转向电驱动机构(13)和电驱动装置(15)均与所述控制装置电连接；还包括摄像头模块、红外传感器、激光雷达模块和GPS定位模块中一种或多种作为信息采集部，且所述信息采集部安装在所述车架上端，并与所述控制装置电连接，所述摄像头模块用以拍摄所述车架(11)周边环境以及目标物的照片，所述红外传感器用以探测所述车架(11)周边的障碍物；所述激光雷达模块用以探测所述障碍物的信息，所述GPS定位模块用以对所述车架(11)的位置进行定位，所述信息采集部将其所采集的信息输送至所述控制装置并由所述控制装置控制所述转向电驱动机构和电驱动装置共同驱动所述车架(11)移动；在监听到转向信号后，也会根据当前角度与平台车模型进行速度运算，然后分别将两轮速度和转向电机的目标角度赋值给对应的ADRC目标值进行控制，从而实现平台的转向控制；

其中，两个所述驱动轮的转速的具体运算公式如下：V₁＝V-V·b·tanθ/2a；V₂＝V+V·b·tanθ/2a；

其中，V为小车速度；θ为小车转向轮转角，其中，转向轮左转角度为正值，右转角度为负值；V₁为左驱动轮速度；V₂为右驱动轮速度；a为转向轮和驱动轮之间的轴距，b为两个驱动轮的轮距。

2.根据权利要求1所述的全地形移动平台，其特征在于，所述摄像头模块为全景摄像头。

3.根据权利要求1或2所述的全地形移动平台，其特征在于，所述转向轮(12)、第一减震组件(16)和转向电驱动机构(13)均为一个，所述第一减震组件(16)转动设置在所述车架(11)前端中部，并位于所述车架(11)的下方，所述转向轮(12)的轮轴与所述第一减震组件(16)转动连接。

4.根据权利要求3所述的全地形移动平台，其特征在于，所述第一减震组件(16)包括转轴(161)、横杆(162)和两个减震杆(163)，所述转轴(161)竖向贯穿所述车架(11)前端中部，并与所述车架(11)转动连接，所述横杆(162)水平设置在所述车架(11)的下方，且其长度方向对应的中部与所述转轴(161)下端连接固定，两个所述减震杆(163)均竖向设置，且二者的上端分别与所述横杆(162)的两端连接固定，两个所述减震杆(163)与所述横杆(162)共同构成一个倒U形轮座，所述转向轮(12)置于两个所述减震杆(163)之间，且其轮轴的两端分别与两个所述减震杆(163)的下端转动连接，所述转向电驱动机构(13)安装在车架上端，并与所述转轴(161)传动连接。

5.根据权利要求1或2所述的全地形移动平台，其特征在于，所述第二减震组件(17)包括立板(171)、摆臂(172)、弹性件(173)和连接架(174)，所述立板(171)竖向设置，两个所述摆臂(172)水平间隔设置并相互平行，且其两端齐平，两个所述摆臂(172)的同一端分别与所述立板(171)垂直连接固定，两个所述摆臂(172)的另一端分别与所述连接架(174)的一侧的下端转动连接，两个所述弹性件(173)与两个所述摆臂(172)一一对应，两个所述弹性件(173)的一端分别与对应所述摆臂(172)上端长度方向对应的中部转动连接，其另一端分别斜向上延伸至与所述连接架(174)的上端连接，所述驱动轮(14)设置在对应所述立板(171)背离所述连接架(174)的一侧，且其轮轴与所述立板(171)垂直转动连接，所述电驱动装置(15)安装在所述立板(171)或摆臂(172)上，且其驱动端与所述驱动轮(14)的轮轴传动连接，两个所述连接架(174)分别安装在所述车架(11)后端的两侧，且两个所述驱动轮(14)位于两个所述连接架(174)相互远离的一侧。

6.根据权利要求5所述的全地形移动平台，其特征在于，所述弹性件(173)为阻尼杆。

7.一种移动式机器人，其特征在于，包括机械手和如权利要求1-6任一项所述全地形移动平台，所述机械手设置在所述车架(11)上端，且所述机械手与所述控制装置电连接。

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