CN110614625A - 一种三轮全向移动机器人平台 - Google Patents

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丛明
刘冬
邹强
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Abstract

一种三轮全向移动机器人平台，属于机器人领域，由全向移动底盘、电气模块等组成。电机模组通过电机座固定在底盘中，并成120°均匀分布于底盘的一周，通过运动学控制实现全向移动，编码器安装于直流伺服电机上，直流伺服电机固定在电机座上，并通过联轴器将力传动给连接轴，连接轴一端通过一体化轴承座固定，另一端安装于全向轮上，从而实现直流伺服电机对全向轮的控制。该移动平台能够在平面上向任一方向移动也可以在平面上原地旋转任意的角度，实现机器人全向自由移动，使机器人可以在狭小的空间内灵活移动。本发明采用Mecanum轮作为移动机构，无需转动装置，控制简单可靠。本发明解决了现有的移动底盘大多数存在转弯半径大，自由度少的缺点。

Description

一种三轮全向移动机器人平台
技术领域
本发明属于机器人领域，具体涉及一种三轮全向移动机器人平台。
背景技术
目前，市场上被广泛应用的机器人，其移动底盘多数为双轮差速，存在转弯半径大，自由度少的缺点，非常不适合在狭小的空间内工作，其不灵活的运动特性也大大限制了机器人的应用场合，所以我们急需设计一款结构小巧紧凑，能够精准灵活移动，而且控制方便的机器人移动平台。
轮式移动平台由于其速度快、控制方便简单、运动平稳等优点，越来越广泛的被应用于实际应用中。在轮式移动平台的发展中，全向移动机构一直是研究的热点，所谓全向移动是指移动平台在平面上向任意方向运动的能力，即在平面内可实现3个及3个以上自由度的运动。其底部采用的Mecanum轮具有非常独特的优势，原因是其固定在悬架上，无须转向装置，控制简单可靠。
三轮全向移动底盘因其结构稳定可靠，运动特性优异，近年来受到广泛关注。其机械结构采用的是三个互相间隔120°的轮子，每个全向轮都是由许多个小滚轮构成的，每个小滚轮在其切线方向的线连接在一起可以构成一个整圆。机器人不仅可以沿着轮面切线方向移动，还可以沿着轮子轴线的方向移动，两种移动方式的组合就可以实现在平面内向任意方向运动。这大大解决了现有的移动底盘大多数存在转弯半径大，自由度少的缺点。
发明内容
考虑到所述背景技术，本发明的目的是设计一种三轮全向移动机器人平台，该机器人能够实现全向自由移动，解决了大多数移动底盘转弯半径大，自由度少的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种三轮全向移动机器人平台，所述的三轮全向移动机器人平台包括全向移动底盘1、电器模块，电气模块安置于全向移动底盘1中，整体结构紧凑，重心布置合理，集成大量传感器，可以作为单独模块运行，底部采用Mecanum轮作为移动方式。
所述全向移动底盘1包括下层安装板101、中层安装板103、上层安装板108、下连接柱102、上连接柱112、电机模组110、超声波传感器104、激光测距传感器105、惯性测量单元116、48V电池109、12V电池115、驱动器114、控制器111和12V电池安装板113。全向移动底盘1装有三个全向轮110-5，成间隔120°均匀布置在全向移动底盘1底部，全向移动底盘1具有三个自由度，用于机器人在工作平面上的移动。所述下层安装板101、中层安装板103和上层安装板108均为圆形板，下层安装板101和中层安装板103通过三个下连接柱102连接，中层安装板103和上层安装板108通过三个上连接柱112连接；所述电机模组110共有三个，均匀分布在下层安装在下层安装板101上外侧，每个电机模组110的轴线夹角为120°；所述控制器111安装在下层安装板101上，用于控制电机模组；所述电机模组110包括编码器110-1、直流伺服电机110-2、电机座110-3、联轴器110-4、全向轮110-5、连接轴110-6、一体化轴承座110-7和驱动器114；所述电机座110-3安装在下层安装板101上；所述直流伺服电机110-2安装在电机座110-3上；所述编码器110-1安装在直流伺服电机110-2上；所述驱动器114安装在包括下层安装板101上；所述连接轴110-6一端通过联轴器110-4与直流伺服电机110-2的转轴相连，另一端安装有全向轮110-5，连接轴110-6通过一体化轴承座110-7安装在下层安装板101上；所述一体化轴承座110-7用于支撑连接轴110-6转动；所述惯性测量单元116安装在下层安装板101中心处，用于惯性测量；所述12V电池安装板113为∏型，安装在下层安装板101上；所述12V电池115安装在电池安装板113上侧，用于给控制器111及激光测距传感器105供电；所述超声波传感器104共有六个均匀分布在上中层安装板103上侧边缘，用于自主运动过程中感知障碍物的距离；所述激光测距传感器105通过激光传感器安装板106安装在上层安装板108下方，用于测量机器人与目标物体的距离；所述48V电池109通过电池夹板107固定在中层安装板103上侧。
电气模块包括继电器，两个接线端子，空气开关，电气盒底板以及电气盒盖。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明针对机器人移动领域所面临的移动不灵活、转动半径大等亟待解决的问题，设计出了三轮全向移动机器人平台，该移动平台能够在平面上向任一方向移动也可以在平面上原地旋转任意的角度，实现了机器人全向自由移动，使得机器人可以在狭小的空间内灵活移动。
(2)本发明采用Mecanum轮作为移动机构，无需转动装置，控制简单可靠，非常适合在空间有限、对机器人的性能要求较高的场合下工作。本设计解决了现有的移动底盘大多数存在转弯半径大，自由度少的缺点。
(3)在三轮全向移动底盘的设计过程中，将三个120°的全向轮均匀布置在全向移动底盘1上圆周，通过运动控制算法实现全向移动，相比于差速移动底盘，本发明的机器人转弯半径小、自由度多，运动灵活，相比于四轮移动底盘，本发明的机器人避免了路面不平引起的与地面接触问题，减少了结构设计的复杂度。
附图说明
图1是本发明实例中三轮全向移动机器人平台的整体结构图。
图2是本发明实例中三轮全向移动机器人的底盘布置形式的结构图。
图中，101下层安装板；102下连接柱；103中层安装板；104超声波传感器；105激光测距传感器；106激光传感器安装板；107电池夹板；108上层安装板；10948V电池；110电机模组；111控制器；112上连接柱；113 12V电池安装板；114驱动器；115 12V电池；116惯性测量单元；
110-1编码器；110-2直流伺服电机；110-3电机座；110-4联轴器；110-5全向轮；110-6连接轴；110-7一体化轴承座。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，所述全向移动底盘1包括下层安装板101、中层安装板103、上层安装板108、下连接柱102、上连接柱112、电机模组110、超声波传感器104、激光测距传感器105、惯性测量单元116、48V电池109、12V电池115、控制器111和12V电池安装板113。所述下层安装板101、中层安装板103和上层安装板108均为圆形板，下层安装板101和中层安装板103通过三个下连接柱102连接，中层安装板103和上层安装板108通过三个上连接柱112连接；所述电机模组110共有三个，安装下层安装板101上侧，每个电机模组110的轴线夹角为120°；所述控制器111安装在下层安装板101上，用于控制电机模组；所述电机模组110包括编码器110-1、、直流伺服电机110-2电机座110-3、联轴器110-4、全向轮110-5、连接轴110-6、一体化轴承座110-7和驱动器114；所述电机座110-3安装在下层安装板101上；所述直流伺服电机110-2安装在电机座110-3上；所述编码器110-1安装在直流伺服电机110-2上；所述驱动器114安装在包括下层安装板101上；所述连接轴110-6一端通过联轴器110-4与直流伺服电机110-2的转轴相连，另一端安装有全向轮110-5，连接轴110-6通过一体化轴承座110-7安装在下层安装板101上；所述一体化轴承座110-7用于支撑连接轴110-6转动；所述惯性测量单元116安装在下层安装板101中心处，用于惯性测量；所述12V电池安装板113为∏型，安装在下层安装板101上；所述12V电池115安装在电池安装板113上侧，用于给控制器111及激光测距传感器105供电；所述超声波传感器104共有六个均匀分布在中层安装板103上侧边缘，用于自主运动过程中感知障碍物的距离；所述激光测距传感器105通过激光传感器安装板106安装在上层安装板108下方，用于测量机器人与目标物体的距离；所述48V电池109通过电池夹板107固定在中层安装板103上侧；所述电气模块6通过各个电气元件的协调配合对48V电池109进行变压，通过此模块电池输出24V线路分别为电机模组110供电。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种三轮全向移动机器人平台，其特征在于，所述的三轮全向移动机器人平台包括全向移动底盘(1)、电器模块(2)，电气模块(2)安置于全向移动底盘(1)中，全向移动底盘(1)具有三个自由度，用于机器人在工作平面上的移动；
所述全向移动底盘(1)包括下层安装板(101)、中层安装板(103)、上层安装板(108)、下连接柱(102)、上连接柱(112)、电机模组(110)、超声波传感器(104)、激光测距传感器(105)、惯性测量单元(116)、48V电池(109)、12V电池(115)、控制器(111)和12V电池安装板(113)；所述电机模组(110)包括编码器(110-1)、直流伺服电机(110-2)、电机座(110-3)、联轴器(110-4)、全向轮(110-5)、连接轴(110-6)、一体化轴承座(110-7)和驱动器(114)；
所述全向移动底盘(1)装有三个全向轮(110-5)，成间隔120°均匀布置在全向移动底盘(1)底部；所述下层安装板(101)、中层安装板(103)和上层安装板(108)均为圆形板，下层安装板(101)和中层安装板(103)通过三个下连接柱(102)连接，中层安装板(103)和上层安装板(108)通过三个上连接柱(112)连接；所述电机模组(110)共有三个，均匀分布在下层安装在下层安装板(101)上外侧，每个电机模组(110)的轴线夹角为120°；所述控制器(111)安装在下层安装板(101)上，用于控制电机模组；
所述电机座(110-3)安装在下层安装板(101)上；所述直流伺服电机(110-2)安装在电机座(110-3)上；所述编码器(110-1)安装在直流伺服电机(110-2)上；所述驱动器(114)安装在包括下层安装板(101)上；所述连接轴(110-6)一端通过联轴器(110-4)与直流伺服电机(110-2)的转轴相连，另一端安装全向轮(110-5)，连接轴(110-6)通过一体化轴承座(110-7)安装在下层安装板(101)上；所述一体化轴承座(110-7)用于支撑连接轴(110-6)转动；所述惯性测量单元(116)安装在下层安装板(101)中心处，用于惯性测量；所述12V电池安装板(113)为∏型，安装在下层安装板(101)上；所述12V电池(115)安装在电池安装板(113)上侧，用于给控制器(111)及激光测距传感器(105)供电；所述超声波传感器(104)共有六个均匀分布在上中层安装板(103)上侧边缘，用于自主运动过程中感知障碍物的距离；所述激光测距传感器(105)通过激光传感器安装板(106)安装在上层安装板(108)下方，用于测量机器人与目标物体的距离；所述48V电池(109)通过电池夹板(107)固定在中层安装板(103)上侧。
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