CN110816646A - 一种自动运输用全方位移动平台及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动运输用全方位移动平台及其应用，包括移动平台框架、驱动机构、转向机构、转向驱动机构和车轮；四个车轮两两通过前车轮轴、后车轮轴连接，前、后车轮轴上设置有前、后直齿轮，前直齿轮与后直齿轮通过第三同步带连接；驱动机构通过齿轮传动将动力传递到前车轮轴上；转向驱动机构连接转向动力齿轮，转向动力齿轮通过第一同步带连接转向动力副齿轮，转向动力副齿轮与其中一个转向齿轮同轴连接，四个转向齿轮之间通过第二同步带连接，四个转向齿轮分别通过支撑轴连接半轴。本发明通过一个伺服电机和一个步进电机提供行走动力和转向动力，实现四个车轮同步转动、转向及旋转，控制简单，动作一致。

Description

一种自动运输用全方位移动平台及其应用

技术领域

本发明涉及一种自动运输用全方位移动平台及其应用，属于智能设备技术领域。

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。

传统全方位轮大致有以下几种：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，这都会造成不利影响。2、在越障性能上，传统全方位轮轮体的越障能力备受限制，主要是因为被动轮的直径过小，在很小的障碍上被动轮可能被卡住，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越障能力方面都较差，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

针对现有技术的不足，本发明提供一种自动运输用全方位移动平台。

本发明还提供了上述一种自动运输用全方位移动平台的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种自动运输用全方位移动平台，包括移动平台框架、驱动机构、转向机构、转向驱动机构和车轮；

移动平台框架的下方设置有四个车轮，其中两个车轮通过半轴、联轴器、前车轮轴连接，另两个车轮通过半轴、联轴器、后车轮轴连接，前车轮轴上设置有前直齿轮，后车轮轴上设置有后直齿轮，前直齿轮与后直齿轮通过第三同步带连接；

驱动机构安装在移动平台框架上，并通过齿轮传动连接设置在前车轮轴上的小锥齿轮；

转向机构包括四个转向齿轮、转向动力齿轮、转向动力副齿轮；转向驱动机构连接转向动力齿轮，转向动力齿轮通过第一同步带连接转向动力副齿轮，转向动力副齿轮与其中一个转向齿轮同轴连接，四个转向齿轮之间通过第二同步带连接，四个转向齿轮分别通过支撑轴连接半轴。

优选的，所述驱动机构选用伺服电机，伺服电机的输出轴连接动力齿轮、动力齿轮啮合动力副齿轮，动力副齿轮通过传动轴连接大锥齿轮，大锥齿轮啮合小锥齿轮。

优选的，所述转向驱动机构包括步进电机、减速器，步进电机连接减速器，减速器连接转向动力齿轮。

优选的，所述联轴器选用万向联轴器。

优选的，所述转向动力副齿轮安装在支撑轴上并位于转向齿轮的下方。

优选的，所述半轴上设置有连接件，支撑轴的底端与连接件连接。

优选的，所述支撑轴通过轴承贯穿移动平台框架。

优选的，所述移动平台框架上部通过载物外壳密封安装。此设计的好处是，安装载物外壳后，电机、齿轮等部件可以避免污染，工作更稳定，同时载物外壳上面可以放置要运输的物品。

一种自动运输用全方位移动平台的工作方法，包括以下步骤：

驱动机构启动，通过齿轮传动驱动前车轮轴旋转，从而带动后车轮轴同步旋转，驱使车轮行进；

当需要转向时，转向驱动机构启动，通过转向动力齿轮、转向动力副齿轮、转向齿轮、支撑轴同步带动四个车轮发生角度旋转，实现转向。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过一个步进电机即可带动四个车轮同步转动起来，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。

2)本发明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，移动平台转向驱动装置采用直齿轮传动，同步带传动，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。

3)本发明驱动机构选用伺服电机驱动，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

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的转向机构示意图；

图3为本发明的驱动机构示意图；

图4为本发明的平台框架示意图；

图5为本发明的动力传递及转向移动示意图。

其中：1.转向机构，2.驱动机构，3.移动平台框架；4.半轴，5.前车轮轴，6.后车轮轴，11.转向动力齿轮，12.转向动力副齿轮，13.支撑轴，14.连接件，15.联轴器，16.减速器，17.步进电机，18.第一同步带，19.第二同步带，20.转向齿轮；21.伺服电机，22.动力齿轮，23.动力副齿轮，24.小锥齿轮，25.前直齿轮，26.后直齿轮，27.第三同步带，28.传动轴，29.大锥齿轮；31.载物外壳，32.电机支撑架。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-5所示，本实施例提供一种自动运输用全方位移动平台，包括移动平台框架、驱动机构、转向机构、转向驱动机构和车轮；

移动平台框架的下方设置有四个车轮，其中两个车轮通过半轴、联轴器、前车轮轴连接，另两个车轮通过半轴、联轴器、后车轮轴连接，前车轮轴上设置有前直齿轮，后车轮轴上设置有后直齿轮，前直齿轮与后直齿轮通过第三同步带连接；

驱动机构安装在移动平台框架上，并通过齿轮传动连接设置在前车轮轴上的小锥齿轮；

转向机构包括四个转向齿轮、转向动力齿轮、转向动力副齿轮；转向驱动机构连接转向动力齿轮，转向动力齿轮通过第一同步带连接转向动力副齿轮，转向动力副齿轮与其中一个转向齿轮同轴连接，四个转向齿轮之间通过第二同步带连接，四个转向齿轮分别通过支撑轴连接半轴。

具体而言，移动框架平台用来放置主要的零部件，并通过载物外壳封装，保证零部件工作环境的洁净度，载物外壳上方可以用来放置需要运输的物品。

动力齿轮22与动力副齿轮23组成齿轮传动系、大锥齿轮29与小锥齿轮24啮合组成锥齿轮传动系、前直齿轮25与后直齿轮26组成同步带传动系，动力齿轮22与伺服电机21输出轴连接，动力副齿轮23通过传动轴28固定连接大锥齿轮29，小锥齿轮24连接在前车轮轴5上(小锥齿轮24与前车轮轴5一体成型制造)，前直齿轮25与后直齿轮26分别固定在前车轮轴5、后车轮轴6上，通过第三同步带27连接，伺服电机21输出的动力经过动力齿轮22与动力副齿轮23组成的齿轮传动系传递到传动轴28，在经过大锥齿轮29、小锥齿轮24传递到前车轮轴5，前直齿轮25与后直齿轮26通过第三同步带27传动，实现前、后车轮轴同步转动，经过以上传动，实现了一个伺服电机带动平台的前、后车轮轴同步转动。传动轴28穿过移动平台框架时通过轴承连接。

转向动力齿轮11与转向副动力齿轮12组成同步带传动系、转向副动力齿轮12与其中一个转向齿轮20之间通过支撑轴13同轴连接，四个转向齿轮20之间通过第二同步带19连接组成同步带传动系；支撑轴13穿过移动平台框架3时通过轴承连接，支撑轴13底端与半轴4通过连接件14连接，连接件为L型，上下两侧固定连接支撑轴13和半轴4。半轴与前车轮轴或后车轮轴之间通过联轴器15连接；步进电机17通过减速器16，将动力传递到转向动力齿轮11，转向动力齿轮11经过第一同步带18传动，将动力传递到转向动力副齿轮12，转向动力副齿轮12通过支撑轴13，将动力传递到转向齿轮20，转向齿轮20之间通过第二同步带19实现同步转动，动力由支撑轴13传递至半轴4，半轴4与前车轮轴或后车轮轴之间通过联轴器15连接，联轴器为万向联轴器，经过以上传动，实现了一个步进电机带动移动平台的四个驱动车轮同步转动起来，实现车轮转向。

步进电机、伺服电机、减速器通过电机支撑架32安装在移动平台框架上。减速器为蜗轮蜗杆减速器，自带自锁功能，能够实现准确转向，避免出现回转现象。

实施例2：

如实施例1所述的一种自动运输用全方位移动平台的工作方法，包括以下步骤：

驱动机构启动，通过齿轮传动驱动前车轮轴5旋转，从而带动后车轮轴6同步旋转，驱使车轮行进；

当需要转向时，转向驱动机构启动，通过转向动力齿轮11、转向动力副齿轮12、转向齿轮20、支撑轴13同步带动四个车轮发生角度旋转，实现转向。

本发明设计的角度旋转实现了零半径(无偏移)旋转，原地旋转，绕着自身的旋转中心(几何中心)旋转，对比普通的车辆旋转都有一定的旋转半径。这样可以节省空间，在仓库环境中，具有一定的优势。

另外，本实施例的技术方案可以通过PLC实现智能行进，通过在PLC内写入程序，由PLC控制步进电机、伺服电机、减速器等，按照内设程序实现自动行进。

Claims (9)

1.一种自动运输用全方位移动平台，其特征在于，包括移动平台框架、驱动机构、转向机构、转向驱动机构和车轮；

移动平台框架的下方设置有四个车轮，其中两个车轮通过半轴、联轴器、前车轮轴连接，另两个车轮通过半轴、联轴器、后车轮轴连接，前车轮轴上设置有前直齿轮，后车轮轴上设置有后直齿轮，前直齿轮与后直齿轮通过第三同步带连接；

驱动机构安装在移动平台框架上，并通过齿轮传动连接设置在前车轮轴上的小锥齿轮；

转向机构包括四个转向齿轮、转向动力齿轮、转向动力副齿轮；转向驱动机构连接转向动力齿轮，转向动力齿轮通过第一同步带连接转向动力副齿轮，转向动力副齿轮与其中一个转向齿轮同轴连接，四个转向齿轮之间通过第二同步带连接，四个转向齿轮分别通过支撑轴连接半轴。

2.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述驱动机构选用伺服电机，伺服电机的输出轴连接动力齿轮、动力齿轮啮合动力副齿轮，动力副齿轮通过传动轴连接大锥齿轮，大锥齿轮啮合小锥齿轮。

3.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述转向驱动机构包括步进电机、减速器，步进电机连接减速器，减速器连接转向动力齿轮。

4.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述联轴器选用万向联轴器。

5.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述转向动力副齿轮安装在支撑轴上并位于转向齿轮的下方。

6.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述半轴上设置有连接件，支撑轴的底端与连接件连接。

7.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述支撑轴通过轴承贯穿移动平台框架。

8.如权利要求1所述的自动运输用全方位移动平台，其特征在于，所述移动平台框架上部通过载物外壳密封安装。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的自动运输用全方位移动平台的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

驱动机构启动，通过齿轮传动驱动前车轮轴旋转，从而带动后车轮轴同步旋转，驱使车轮行进；

当需要转向时，转向驱动机构启动，通过转向动力齿轮、转向动力副齿轮、转向齿轮、支撑轴同步带动四个车轮发生角度旋转，实现转向。

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