CN114571939A - 一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及移动机器人技术领域，具体为一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统及其控制方法，该力矩平衡系统包括力矩自平衡分配机构，设有两组，分布在全地形移动机器人前后两侧且与四个车轮对应连接；力矩自平衡分配控制系统，设置在全地形移动机器人车体底部，分别与两组力矩自平衡分配机构、四个车轮对应连接。本发明可自动实时调节力矩自平衡机构中电控液压阻尼器的阻尼大小，以调节悬架刚度、车轮回弹速度及车轮与地面正压力，提高车身稳定性及负载能力，力矩自平衡分配机构可拆卸；力矩自平衡分配控制系统可实时调节电控液压阻尼器阻尼大小，使车身转向姿态、悬架减振刚度与行驶路面相匹配，提升行驶平顺性。

Description

一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统及其控制 方法
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域，具体为一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统及其控制方法。
背景技术
全地形移动机器人由于需在复杂路面作业，其行走平顺性及其负载能力制约其发展。四轮差速滑动转向具有结构简单可靠、运行灵活稳定、控制简单等优点，但限制移动机器人的负载能力，复杂路面导致移动机器人行走颠簸，难以高效作业，或采用悬架结构用以缓解车身振动，但悬架调节问题只适用于单一地形，不能因地形而改变悬架刚度；在移动机器人复杂路面行驶过程中，特别在其转向时，由于振动，四轮与地面摩擦力不一，电机输出扭矩不一，导致其负载能力下降。
如中国申请号为201911097045.4，提出的一种全地形移动机器人的平衡系统及其控制方法，其通过调节机器人的四肢动作、速度、角度等参数，进而使全地形移动机器人整体结构保持平衡，但在地面复杂程度高时，其因没有应用机械平衡系统，无法达到平衡作用。
又如，中国专利申请号为201811301142.6，提出的一种具有主动独立悬架系统的全地形移动机器人，该机器人具有优良的越障性能、主动调姿功能、差速转向功能和优良动力学行驶平顺性能，但不具有四轮力矩平衡机构及其控制方法，其转向行驶平顺性有限。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统及其控制方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，包括：
力矩自平衡分配机构，设有两组，分布在全地形移动机器人前后两侧且与四个车轮对应连接；
力矩自平衡分配控制系统，设置在全地形移动机器人车体底部，分别与两组力矩自平衡分配机构、四个车轮对应连接，通过力矩自平衡分配机构实时调整悬架刚度、车轮回弹速度及车轮与地面摩擦力大小，动态调节车身姿态以适应复杂路面。
优选的，每组力矩自平衡分配机构均包括电控液压阻尼器、连接在电控液压阻尼器两端的扭杆、与扭杆螺纹连接的铰接套座、与铰接套座铰接的接头安装铰，所述接头安装铰与全地形移动机器人的车轮对应连接。
优选的，所述扭杆上滑动配合有安装在全地形移动机器人上的法兰衬套，所述法兰衬套连接有安装在全地形移动机器人上的压板。
优选的，每组力矩自平衡分配机构还均包括有用于调节电控液压阻尼器阻尼大小的阻尼调节旋钮。
优选的，所述阻尼调节旋钮连接有柔性轴，所述柔性轴连接有阻尼调节电机，所述阻尼调节电机受力矩自平衡分配控制系统控制。
优选的，所述力矩自平衡分配控制系统包括设置在全地形移动机器人上的电控安装板、对应安装在电控安装板上的移动机器人控制器、阻尼调节电机驱动器、伺服驱动器、电流传感器、稳压电源、总电源断路器、总电源接触器，所述阻尼调节电机驱动器、伺服驱动器分别受移动机器人控制器控制，所述阻尼调节电机受阻尼调节电机驱动器控制，所述电流传感器与移动机器人控制器连接。
优选的，所述力矩自平衡分配控制系统还包括设置在全地形移动机器人上的驱动伺服电机、与驱动伺服电机连接的减速器，所述减速器与全地形移动机器人的车轮连接且通过减速器安装座设置在全地形移动机器人上，所述驱动伺服电机受伺服驱动器控制。
一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统的控制方法，具体步骤如下：
(一)移动机器人控制器通过伺服驱动器控制驱动伺服电机控制全地形移动机器人在路面上行走；
(二)电流传感器实时监控伺服驱动器中的电流，并将电流信号反馈给移动机器人控制器；
(三)当全地形移动机器人在复杂地面上行走时，伺服驱动器电流发生变化，移动机器人控制器接收并处理变化的电流信号；
(四)移动机器人控制器将处理后的电流信号传递给阻尼调节电机驱动器，通过阻尼调节电机驱动器控制阻尼调节电机带动阻尼调节旋钮调节电控液压阻尼器的阻尼速度，以使全地形移动机器人适应复杂地面。
本发明的有益效果是：
本发明可自动实时调节力矩自平衡机构中电控液压阻尼器的阻尼大小，以调节悬架刚度、车轮回弹速度及车轮与地面正压力，提高车身稳定性及负载能力。在移动机器人负载大时，根据负载调节电控液压阻尼器的阻尼，增大电控液压阻尼器的阻尼，增加悬架刚度，保证底盘高度，提高其通过性；在移动机器人前两轮或后两轮与地面摩擦力不一致时，可缩小两轮与地面摩擦力差值，也就是减小两驱动伺服驱动电机输出功率差值，提高负载；在车轮弹跳时，可使车轮快速回弹，与地面接触，保证车身稳定性，力矩自平衡分配机构可拆卸；力矩自平衡分配控制系统可实时调节电控液压阻尼器阻尼大小，使车身转向姿态、悬架减振刚度与行驶路面相匹配，提升行驶平顺性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明中力矩自平衡分配机构的结构示意图；
图2为本发明中力矩自平衡分配控制系统的结构示意图；
图3为本发明中全地形移动机器人力矩自平衡系统的布局图；
图4为本发明中全地形移动机器人力矩自平衡系统的控制流程图。
图5为本发明中全地形移动机器人力矩自平衡系统的控制原理图。
图中：1、力矩自平衡分配机构；101、铰接套座；102、柔性轴；103、阻尼调节电机；104、法兰衬套；105、压板；106、扭杆；107、阻尼调节旋钮；108、电控液压阻尼器；109、接头安装铰；2、力矩自平衡分配控制系统；201、电控安装板；202、移动机器人控制器；203、驱动伺服电机；204、减速器；205、阻尼调节电机驱动器；206、减速器安装座；207、伺服驱动器；208、电流传感器；209、稳压电源；210、总电源断路器；211、总电源接触器。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1至图3所示，一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，包括两组分布在全地形移动机器人车身前后顶部的力矩自平衡分配机构1、位于全地形移动机器人车身底部且实现两组力矩自平衡分配机构1实时调控的力矩自平衡分配控制系统2。
如图1所示，所述力矩自平衡分配机构1包括铰接套座101、柔性轴102、阻尼调节电机103、法兰衬套104、压板105、扭杆106、阻尼调节旋钮107、电控液压阻尼器108、接头安装铰109。
具体的，所述扭杆106连接在电控液压阻尼器108的两端，所述阻尼调节旋钮107设置在电控液压阻尼器108上。
所述铰接套座101螺纹连接在扭杆106的另一端上，使得扭杆106长度可调节，便于安装拆卸；所述铰接套座101与接头安装铰109铰接，所述接头安装铰109焊接在全地形移动机器人上焊接在全地形移动机器人上的车轮减震臂上，通过接头安装铰109，所述扭杆106能够对车轮一个向下的推力，以增大摩擦力或使车轮快速回弹，以适应复杂路面，提高车身稳定性及负载能力。
所述法兰衬套104与扭杆106滑动配合且安装在全地形移动机器人上；所述压板105用于压紧法兰衬套104，且固定安装在全地形移动机器人上。
所述柔性轴102一端与阻尼调节电机103连接，另一端与阻尼调节旋钮107连接；所述阻尼调节电机103固定安装在全地形移动机器人上。
如图2和图3所示，所述力矩自平衡分配控制系统2包括电控安装板201、移动机器人控制器202、驱动伺服电机203、减速器204、阻尼调节电机驱动器205、减速器安装座206、伺服驱动器207、电流传感器208、稳压电源209、总电源断路器210、总电源接触器211。
具体的，所述电控安装板201安装在全地形移动机器人上，所述移动机器人控制器202、阻尼调节电机驱动器205、伺服驱动器207、电流传感器208、稳压电源209、总电源断路器210、总电源接触器211对应安装在电控安装板201上；所述驱动伺服电机203与减速器204相连接，构成动力模块，为车轮提供动力，所述减速器204通过减速器安装座206固定在全地形移动机器人上；所述驱动伺服电机203受伺服驱动器207控制；所述阻尼调节电机103受阻尼调节电机驱动器205控制；所述阻尼调节电机驱动器205、伺服驱动器207分别受移动机器人控制器202控制；所述电流传感器208与移动机器人控制器202连接；所述稳压电源209用于将电池输入的DC60V锂电池电源转换成DC24V、DC12V、DC5V三路稳压直流电源，给全地形移动机器人的传感器、控制器等供电；所述总电源断路器210用于移动机器人的电路保护，当设备发生短路或者过载时，及时跳闸保护；所述总电源接触器211用于连接电池和移动机器人的内部电路，当总电源接触器211吸合时，全地形移动机器人上电，反之断电。
如图4所示，一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统的控制方法，具体步骤如下：
(一)移动机器人控制器202通过伺服驱动器207控制驱动伺服电机203控制全地形移动机器人在路面上行走。
(二)电流传感器208实时监控伺服驱动器207中的电流，并将电流信号反馈给移动机器人控制器202。
(三)当全地形移动机器人在复杂地面上行走时，伺服驱动器207电流发生变化，移动机器人控制器202接收并处理变化的电流信号。
(四)移动机器人控制器202将处理后的电流信号传递给阻尼调节电机驱动器205，通过阻尼调节电机驱动器205控制阻尼调节电机103带动阻尼调节旋钮107调节电控液压阻尼器108的阻尼速度，以使全地形移动机器人适应复杂地面。
具体的，当移动机器人在复杂路面行驶时，前或后两轮与地面正压力不一致时，导致其中一个驱动伺服电机203输出功率较低时，电流传感器208将对应的电流信号反馈至移动机器人控制器202上，移动机器人控制器202通过阻尼调节电机驱动器205控制相应的阻尼调节电机103带动阻尼调节旋钮107调节电控液压阻尼器108的阻尼，使其阻尼增大，使相应的车轮快速回弹，接触地面，增大正压力，使其驱动伺服电机增大输出，提高负载能力，增加车身稳定性；当前后两侧的伺服驱动器207的电流差值小且电流小，按照同样的原理，通过阻尼调节电机103带动阻尼调节旋钮107调节电控液压阻尼器108的阻尼，使其阻尼减小，提高移动机器人的减震性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：包括：
力矩自平衡分配机构(1)，设有两组，分布在全地形移动机器人前后两侧且与四个车轮对应连接；
力矩自平衡分配控制系统(2)，设置在全地形移动机器人车体底部，分别与两组力矩自平衡分配机构(1)、四个车轮对应连接，通过力矩自平衡分配机构(1)实时调整悬架刚度、车轮回弹速度及车轮与地面摩擦力大小，动态调节车身姿态以适应复杂路面。
2.根据权利要求1所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：每组力矩自平衡分配机构(1)均包括电控液压阻尼器(108)、连接在电控液压阻尼器(108)两端的扭杆(106)、与扭杆(106)连接的铰接套座(101)、与铰接套座(101)铰接的接头安装铰(109)，所述接头安装铰(109)与全地形移动机器人的车轮对应连接。
3.根据权利要求2所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：所述扭杆(106)上滑动配合有安装在全地形移动机器人上的法兰衬套(104)，所述法兰衬套(104)连接有安装在全地形移动机器人上的压板(105)。
4.根据权利要求2所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：每组力矩自平衡分配机构(1)还均包括有用于调节电控液压阻尼器(108)阻尼大小的阻尼调节旋钮(107)。
5.根据权利要求4所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：所述阻尼调节旋钮(107)连接有柔性轴(102)，所述柔性轴(102)连接有阻尼调节电机(103)，所述阻尼调节电机(103)受力矩自平衡分配控制系统(2)控制。
6.根据权利要求5所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：所述力矩自平衡分配控制系统(2)包括设置在全地形移动机器人上的电控安装板(201)、对应安装在电控安装板(201)上的移动机器人控制器(202)、阻尼调节电机驱动器(205)、伺服驱动器(207)、电流传感器(208)、稳压电源(209)、总电源断路器(210)、总电源接触器(211)，所述阻尼调节电机驱动器(205)、伺服驱动器(207)分别受移动机器人控制器(202)控制，所述阻尼调节电机(103)受阻尼调节电机驱动器(205)控制，所述电流传感器(208)与移动机器人控制器(202)连接。
7.根据权利要求6所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统，其特征在于：所述力矩自平衡分配控制系统(2)还包括设置在全地形移动机器人上的驱动伺服电机(203)、与驱动伺服电机(203)连接的减速器(204)，所述减速器(204)与全地形移动机器人的车轮连接且通过减速器安装座(206)设置在全地形移动机器人上，所述驱动伺服电机(203)受伺服驱动器(207)控制。
8.应用权利要求1至7中任一项所述的一种可增强移动机器人路面通过性的力矩平衡系统的控制方法，其特征在于：具体步骤如下：
(一)移动机器人控制器(202)通过伺服驱动器(207)控制驱动伺服电机(203)控制全地形移动机器人在路面上行走；
(二)电流传感器(208)实时监控伺服驱动器(207)中的电流，并将电流信号反馈给移动机器人控制器(202)；
(三)当全地形移动机器人在复杂地面上行走时，伺服驱动器(207)电流发生变化，移动机器人控制器(202)接收并处理变化的电流信号；
(四)移动机器人控制器(202)将处理后的电流信号传递给阻尼调节电机驱动器(205)，通过阻尼调节电机驱动器(205)控制阻尼调节电机(103)带动阻尼调节旋钮(107)调节电控液压阻尼器(108)的阻尼速度，以使全地形移动机器人适应复杂地面。
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