CN111791968A - 一种麦克纳姆轮底盘系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于麦克纳姆轮技术领域，尤其为一种麦克纳姆轮底盘系统，包括底盘本体、固定圈和底板，所述底盘本体的底端安置有驱动机构，所述固定圈的左侧连接有安装块，所述安装块的上方安装有底板，所述底板的上方设置有调节机构。该麦克纳姆轮底盘系统通过驱动机构的设置，驱动伺服电机带动驱动轮，谐波减速器对其进行减速，谐波减速器结构简单、体积小、重量轻，其稳定地设置于麦克纳姆轮内，可大大减小装配空间，有利于装配有该麦克纳姆轮平台的产品向小型化轻型化的发展，谐波减速器的减速比高，传递啮合的齿轮数量多，传动扭力力矩大，传动精度高，装配有该谐波发生器的麦克纳姆轮的承载能力和变速平稳性均有所增强。

Description

一种麦克纳姆轮底盘系统

技术领域

本发明涉及麦克纳姆轮技术领域，具体为一种麦克纳姆轮底盘系统。

背景技术

麦克纳姆轮是基于全方位移动方式进行移动的一种车轮，这种全方位移动方式是基于一个有许多位于轮毂周边的辊轮的中心轮原理，这些成角度的周边辊轮把一部分的轮毂转向力转化到一个轮毂法向力上面，依靠各自轮毂的方向和速度，这些力最终在任何要求的方向上产生一个合力矢量，从而保证了平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变轮毂自身的方向。基于这个结构原理，四轮麦轮AGV可以通过调节4个轮子的转向来驾驶小车沿着任意方向运动，包括侧向运动，因此，不同于其他类型的底盘只能朝着车头方向前进，麦轮底盘在运动空间上将不受转弯半径的影响，有着更加广泛的适用场景。

但是现有的麦克纳姆轮是直接锁付在AGV小车的底板上或者其他机器人产品上的，并未设有悬挂装置，导致在行走过程中容易产生震动、轮子之间受力不平衡等缺陷，降低了行驶的平稳性，提高了对行驶地面平整性要求，此外，传统的麦克纳姆轮采用外装传统减速机完成减速，占用装配空间的同时，传统减速器的减速比也达不到使用要求，因此设计一种既有减震功能、又能以较大减速比实现减速的麦克纳姆轮底盘迫在眉睫。

针对上述问题，急需在原有麦克纳姆轮底盘的基础上进行创新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种麦克纳姆轮底盘系统，以解决上述背景技术中提出的同类产品是直接锁付在AGV小车的底板上或者其他机器人产品上的，并未设有悬挂装置，导致在行走过程中容易产生震动、轮子之间受力不平衡等缺陷，降低了行驶的平稳性，提高了对行驶地面平整性要求，此外，传统的麦克纳姆轮采用外装传统减速机完成减速，占用装配空间的同时，传统减速器的减速比也达不到使用要求的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种麦克纳姆轮底盘系统，包括底盘本体、固定圈和底板，所述底盘本体的底端安置有驱动机构，且驱动机构的右侧设置有连接杆，所述固定圈的左侧连接有安装块，且固定圈位于连接杆的下方，所述安装块的上方安装有底板，所述底板的上方设置有调节机构，且底板位于底盘本体的上方，所述调节机构的右侧连接有双激光雷达数据获取模块，且调节机构的左侧安置有双雷达点云数据匹配拼接模块，所述双激光雷达数据获取模块的右侧安装有SLAM模块，且SLAM模块的下方设置有避障/运动控制模块。

优选的，所述驱动机构包括驱动伺服电机、谐波减速器和驱动轮，且驱动伺服电机的上方连接有驱动轮，所述驱动轮的上方固定有谐波减速器。

优选的，所述驱动轮通过谐波减速器和驱动伺服电机之间的配合与底盘本体构成转动结构，且驱动轮之间分别位于底盘本体底端的四个端点。

优选的，所述固定圈呈螺旋状结构，且减震悬挂通过固定圈与底盘本体之间构成弹性结构，并且减震悬挂通过安装块和连接杆之间的配合与底盘本体固定连接，而且减震悬挂之间关于底盘本体的竖直中心线相对称。

优选的，所述调节机构包括马达、主动轮、凹槽、连接带和从动轮，且马达的上方连接有主动轮，所述主动轮的外部表面设置有凹槽，且凹槽的内部安装有连接带，所述连接带的右侧安置有从动轮。

优选的，所述主动轮与马达之间为转动连接，且连接带通过凹槽与主动轮卡合连接，并且从动轮通过连接带与主动轮之间构成带传动结构。

优选的，所述双激光雷达数据获取模块包括顶盖、延伸块、外螺纹、外壳、激光雷达本体、隔板和玻璃板，且顶盖的下方固定有延伸块，所述延伸块的外部设置有外螺纹，且外螺纹的外部安置有外壳，所述延伸块的下方安装有激光雷达本体，且激光雷达本体的左侧固定有隔板，所述激光雷达本体的右侧设置有玻璃板。

优选的，所述顶盖通过延伸块和外螺纹之间的配合与外壳构成可拆卸结构，且激光雷达本体之间沿外壳的竖直方向等距分布，并且激光雷达本体之间关于隔板的竖直中心线相对称。

优选的，所述该麦克纳姆轮底盘系统具体步骤如下：

1）双激光雷达数据获取模块：获取设置在AGV车辆本体上的两个激光雷达的两组距离数据；

2）双雷达点云数据匹配拼接模块：将两组距离数据转化为点云数据，并进行点云数据坐标系统匹配拼接，获得360°无死角的点云数据；

3）SLAM模块：常见的SLAM算法包括MonteCarloMethod、KalmanFilterbasedMethods、OccupancyGridSlam等方法，通过SLAM方法获得小车当前位置在地图中的定位匹配情况以及更新当前地图；

4）避障/运动控制模块：根据既定路线、小车当前位置以及预设的到位精度，控制小车角度到达目标位置的速度及位姿，以及途径位置对应的避障逻辑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该麦克纳姆轮底盘系统通过驱动机构的设置，驱动伺服电机带动驱动轮，谐波减速器对其进行减速，谐波减速器结构简单、体积小、重量轻，其稳定地设置于麦克纳姆轮内，可大大减小装配空间，有利于装配有该麦克纳姆轮平台的产品向小型化轻型化的发展，提高了其适用性，谐波减速器的减速比高，传递啮合的齿轮数量多，传动扭力力矩大，传动精度高，装配有该谐波发生器的麦克纳姆轮的承载能力和变速平稳性均有所增强；

2、该麦克纳姆轮底盘系统通过固定圈和减震悬挂的设置，固定圈通过螺旋状结构延长了作用力的传导时间，从而减小了相同动量变化下物体所受到的作用力，起到了缓冲的作用，使减震悬挂能够对作用力进行缓冲，减震悬挂提高了该底盘的平稳性，降低了对地面平整性的要求，使麦克纳姆轮可以适应更加复杂的地面且不失平衡，将谐波减速器和减震悬挂统一地设置在麦克纳姆轮底盘上，形成一套完整的麦克纳姆轮系统，既能够满足麦克纳姆轮的减震要求、又能以较大减速比实现减速，适用于多种机器人产品和场合使用；

3、该麦克纳姆轮底盘系统通过调节结构的设置，通过马达带动主动轮进行转动，主动轮通过连接带带动从动轮进行转动，从而使外壳能够被带动进行旋转，连接带通过凹槽与主动轮和从动轮连接，凹槽防止了连接带在主动轮或从动轮上发生偏移而脱落的情况，通过外壳的转动使其内部的激光雷达能够对不同的角度进行激光测距；

4、该麦克纳姆轮底盘系统通过双激光雷达数据获取模块的设置，转动顶盖通过延伸块和外螺纹之间的配合能够将其从外壳上拆下，便于使用者对外壳内部的组件进行维修或清理，两个激光雷达为一组，外壳的内部对称设置有两组激光雷达，从而使激光雷达的工作不会受到遮挡的干扰；

5、该麦克纳姆轮底盘系统通过RSS调度系统的任务分派模块与工厂的制造执行系统对接，负责接收MES下发的生产任务，随着生产订单的日益增加，系统单位时间需要完成的运输任务量也随之上升，提升运输效率迫在眉睫，目前80%以上的小车都采用单次单任务的作业模式，即小车同一任务周期只执行一个任务，这虽然简化了任务与运输车调度的复杂程度，但是会增加相同任务量级下完成所有任务的总体时间和总体路径，且相比多任务模式在相同任务数量和时间条件下，需要的小车数量更多，加大了小车间协调调度的难度，因此，我们跳出固有单任务作业模式，不对运输车单次执行任务的数量做限制，采用在小车最大荷载允许的条件下可同时承担多个任务点物料的运输工作模式，同时深入研究任务组合分配策略和物料与运输车匹配策略，优化任务分配模型，力求在小车数量稳定的前提下最大化单位时间的物料吞吐量，通过降低每个任务的平均路径和平均完成时间达到提升总体运输效率的目的。

附图说明

图1为本发明的正视结构示意图；

图2为本发明的底盘本体正面局部结构示意图；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为本发明的图2中A处放大结构示意图；

图5为本发明的工作流程示意图；

图中：1、底盘本体；2、驱动机构；201、驱动伺服电机；202、谐波减速器；203、驱动轮；3、连接杆；4、固定圈；5、安装块；6、减震悬挂；7、底板；8、调节机构；801、马达；802、主动轮；803、凹槽；804、连接带； 805、从动轮；9、双激光雷达数据获取模块；901、顶盖；902、延伸块；903、外螺纹；904、外壳；905、激光雷达本体；906、隔板；907、玻璃板；10、双雷达点云数据匹配拼接模块；11、SLAM模块；12、避障/运动控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种麦克纳姆轮底盘系统，包括底盘本体1、固定圈4和底板7，底盘本体1的底端安置有驱动机构2，且驱动机构2的右侧设置有连接杆3，固定圈4的左侧连接有安装块5，且固定圈4位于连接杆3的下方，安装块5的上方安装有底板7，底板7的上方设置有调节机构8，且底板7位于底盘本体1的上方，调节机构8的右侧连接有双激光雷达数据获取模块9，且调节机构8的左侧安置有双雷达点云数据匹配拼接模块10，双激光雷达数据获取模块9的右侧安装有SLAM模块11，且SLAM模块11的下方设置有避障/运动控制模块12；

进一步的，驱动机构2包括驱动伺服电机201、谐波减速器202和驱动轮203，且驱动伺服电机201的上方连接有驱动轮203，驱动轮203的上方固定有谐波减速器202；

进一步的，驱动轮203通过谐波减速器202和驱动伺服电机201之间的配合与底盘本体1构成转动结构，且驱动轮203之间分别位于底盘本体1底端的四个端点，驱动伺服电机201带动驱动轮203，谐波减速器202对其进行减速，谐波减速器202结构简单、体积小、重量轻，其稳定地设置于麦克纳姆轮内，可大大减小装配空间，有利于装配有该麦克纳姆轮平台的产品向小型化轻型化的发展，提高了其适用性，谐波减速器202的减速比高，传递啮合的齿轮数量多，传动扭力力矩大，传动精度高，装配有该谐波发生器的麦克纳姆轮的承载能力和变速平稳性均有所增强；

进一步的，固定圈4呈螺旋状结构，且减震悬挂6通过固定圈4与底盘本体1之间构成弹性结构，并且减震悬挂6通过安装块5和连接杆3之间的配合与底盘本体1固定连接，而且减震悬挂6之间关于底盘本体1的竖直中心线相对称，固定圈4通过螺旋状结构延长了作用力的传导时间，从而减小了相同动量变化下物体所受到的作用力，起到了缓冲的作用，使减震悬挂6能够对作用力进行缓冲，减震悬挂6提高了该底盘的平稳性，降低了对地面平整性的要求，使麦克纳姆轮可以适应更加复杂的地面且不失平衡，将谐波减速器202和减震悬挂6统一地设置在麦克纳姆轮底盘上，形成一套完整的麦克纳姆轮系统，既能够满足麦克纳姆轮的减震要求、又能以较大减速比实现减速，适用于多种机器人产品和场合使用；

进一步的，调节机构8包括马达801、主动轮802、凹槽803、连接带804和从动轮805，且马达801的上方连接有主动轮802，主动轮802的外部表面设置有凹槽803，且凹槽803的内部安装有连接带804，连接带804的右侧安置有从动轮805；

进一步的，主动轮802与马达801之间为转动连接，且连接带804通过凹槽803与主动轮802卡合连接，并且从动轮805通过连接带804与主动轮802之间构成带传动结构，通过马达801带动主动轮802进行转动，主动轮802通过连接带804带动从动轮805进行转动，从而使外壳904能够被带动进行旋转，连接带804通过凹槽803与主动轮802和从动轮805连接，凹槽803防止了连接带804在主动轮802或从动轮805上发生偏移而脱落的情况，通过外壳904的转动使其内部的激光雷达本体905能够对不同的角度进行激光测距；

进一步的，双激光雷达数据获取模块9包括顶盖901、延伸块902、外螺纹903、外壳904、激光雷达本体905、隔板906和玻璃板907，且顶盖901的下方固定有延伸块902，延伸块902的外部设置有外螺纹903，且外螺纹903的外部安置有外壳904，延伸块902的下方安装有激光雷达本体905，且激光雷达本体905的左侧固定有隔板906，激光雷达本体905的右侧设置有玻璃板907；

进一步的，顶盖901通过延伸块902和外螺纹903之间的配合与外壳904构成可拆卸结构，且激光雷达本体905之间沿外壳904的竖直方向等距分布，并且激光雷达本体905之间关于隔板906的竖直中心线相对称，转动顶盖901通过延伸块902和外螺纹903之间的配合能够将其从外壳904上拆下，便于使用者对外壳904内部的组件进行维修或清理，两个激光雷达本体905为一组，外壳904的内部对称设置有两组激光雷达本体905，从而使激光雷达本体905的工作不会受到遮挡的干扰；

进一步的，该麦克纳姆轮底盘系统具体步骤如下：

1）双激光雷达数据获取模块9：获取设置在AGV车辆本体上的两个激光雷达的两组距离数据；

2）双雷达点云数据匹配拼接模块10：将两组距离数据转化为点云数据，并进行点云数据坐标系统匹配拼接，获得360°无死角的点云数据；

3）SLAM模块11：常见的SLAM算法包括MonteCarloMethod、KalmanFilterbasedMethods、OccupancyGridSlam等方法，通过SLAM方法获得小车当前位置在地图中的定位匹配情况以及更新当前地图；

4）避障/运动控制模块12：根据既定路线、小车当前位置以及预设的到位精度，控制小车角度到达目标位置的速度及位姿，以及途径位置对应的避障逻辑。

工作原理：该麦克纳姆轮底盘系统的使用原理为，驱动伺服电机201带动驱动轮203，谐波减速器202对其进行减速，谐波减速器202结构简单、体积小、重量轻，其稳定地设置于麦克纳姆轮内，可大大减小装配空间，有利于装配有该麦克纳姆轮平台的产品向小型化轻型化的发展，提高了其适用性，谐波减速器202的减速比高，传递啮合的齿轮数量多，传动扭力力矩大，传动精度高，装配有该谐波发生器的麦克纳姆轮的承载能力和变速平稳性均有所增强，固定圈4通过螺旋状结构延长了作用力的传导时间，从而减小了相同动量变化下物体所受到的作用力，起到了缓冲的作用，使减震悬挂6能够对作用力进行缓冲，减震悬挂6提高了该底盘的平稳性，降低了对地面平整性的要求，使麦克纳姆轮可以适应更加复杂的地面且不失平衡，将谐波减速器202和减震悬挂6统一地设置在麦克纳姆轮底盘上，形成一套完整的麦克纳姆轮系统，既能够满足麦克纳姆轮的减震要求、又能以较大减速比实现减速，适用于多种机器人产品和场合使用；

通过马达801带动主动轮802进行转动，主动轮802通过连接带804带动从动轮805进行转动，从而使外壳904能够被带动进行旋转，连接带804通过凹槽803与主动轮802和从动轮805连接，凹槽803防止了连接带804在主动轮802或从动轮805上发生偏移而脱落的情况，通过外壳904的转动使其内部的激光雷达本体905能够对不同的角度进行激光测距，转动顶盖901通过延伸块902和外螺纹903之间的配合能够将其从外壳904上拆下，便于使用者对外壳904内部的组件进行维修或清理，两个激光雷达本体905为一组，外壳904的内部对称设置有两组激光雷达本体905，从而使激光雷达本体905的工作不会受到遮挡的干扰；

双激光雷达数据获取模块9获取设置在AGV车辆本体上的两个激光雷达的两组距离数据，双雷达点云数据匹配拼接模块10将两组距离数据转化为点云数据，并进行点云数据坐标系统匹配拼接，获得360°无死角的点云数据，SLAM模块11常见的SLAM算法包括MonteCarloMethod、KalmanFilterbasedMethods、OccupancyGridSlam等方法，通过SLAM方法获得小车当前位置在地图中的定位匹配情况以及更新当前地图，避障/运动控制模块12根据既定路线、小车当前位置以及预设的到位精度，控制小车角度到达目标位置的速度及位姿，以及途径位置对应的避障逻辑，通过RSS调度系统提供对小车进行路径规划、任务分配和实时监控等工作，RSS调度系统通过任务分派模块与工厂的制造执行系统对接，负责接收MES下发的生产任务。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种麦克纳姆轮底盘系统，包括底盘本体（1）、固定圈（4）和底板（7），其特征在于：所述底盘本体（1）的底端安置有驱动机构（2），且驱动机构（2）的右侧设置有连接杆（3），所述固定圈（4）的左侧连接有安装块（5），且固定圈（4）位于连接杆（3）的下方，所述安装块（5）的上方安装有底板（7），所述底板（7）的上方设置有调节机构（8），且底板（7）位于底盘本体（1）的上方，所述调节机构（8）的右侧连接有双激光雷达数据获取模块（9），且调节机构（8）的左侧安置有双雷达点云数据匹配拼接模块（10），所述双激光雷达数据获取模块（9）的右侧安装有SLAM模块（11），且SLAM模块（11）的下方设置有避障/运动控制模块（12）。

2.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述驱动机构（2）包括驱动伺服电机（201）、谐波减速器（202）和驱动轮（203），且驱动伺服电机（201）的上方连接有驱动轮（203），所述驱动轮（203）的上方固定有谐波减速器（202）。

3.根据权利要求2所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述驱动轮（203）通过谐波减速器（202）和驱动伺服电机（201）之间的配合与底盘本体（1）构成转动结构，且驱动轮（203）之间分别位于底盘本体（1）底端的四个端点。

4.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述固定圈（4）呈螺旋状结构，且减震悬挂（6）通过固定圈（4）与底盘本体（1）之间构成弹性结构，并且减震悬挂（6）通过安装块（5）和连接杆（3）之间的配合与底盘本体（1）固定连接，而且减震悬挂（6）之间关于底盘本体（1）的竖直中心线相对称。

5.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述调节机构（8）包括马达（801）、主动轮（802）、凹槽（803）、连接带（804）和从动轮（805），且马达（801）的上方连接有主动轮（802），所述主动轮（802）的外部表面设置有凹槽（803），且凹槽（803）的内部安装有连接带（804），所述连接带（804）的右侧安置有从动轮（805）。

6.根据权利要求5所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述主动轮（802）与马达（801）之间为转动连接，且连接带（804）通过凹槽（803）与主动轮（802）卡合连接，并且从动轮（805）通过连接带（804）与主动轮（802）之间构成带传动结构。

7.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述双激光雷达数据获取模块（9）包括顶盖（901）、延伸块（902）、外螺纹（903）、外壳（904）、激光雷达本体（905）、隔板（906）和玻璃板（907），且顶盖（901）的下方固定有延伸块（902），所述延伸块（902）的外部设置有外螺纹（903），且外螺纹（903）的外部安置有外壳（904），所述延伸块（902）的下方安装有激光雷达本体（905），且激光雷达本体（905）的左侧固定有隔板（906），所述激光雷达本体（905）的右侧设置有玻璃板（907）。

8.根据权利要求7所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述顶盖（901）通过延伸块（902）和外螺纹（903）之间的配合与外壳（904）构成可拆卸结构，且激光雷达本体（905）之间沿外壳（904）的竖直方向等距分布，并且激光雷达本体（905）之间关于隔板（906）的竖直中心线相对称。

9.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮底盘系统，其特征在于：所述该系统具体步骤如下：

1）双激光雷达数据获取模块（9）：获取设置在AGV车辆本体上的两个激光雷达的两组距离数据；

2）双雷达点云数据匹配拼接模块（10）：将两组距离数据转化为点云数据，并进行点云数据坐标系统匹配拼接，获得360°无死角的点云数据；

3）SLAM模块（11）：常见的SLAM算法包括MonteCarloMethod、KalmanFilterbasedMethods、OccupancyGridSlam等方法，通过SLAM方法获得小车当前位置在地图中的定位匹配情况以及更新当前地图；

4）避障/运动控制模块（12）：根据既定路线、小车当前位置以及预设的到位精度，控制小车角度到达目标位置的速度及位姿，以及途径位置对应的避障逻辑。

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