CN201744996U - 全方位移动机器人传动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全方位移动机器人传动机构。现有的传动机构自由度低。本实用新型中基板安装转动驱动电机，转动驱动电机带动主动转动测量轮和主动转动传动轮，主动转动测量轮下装有编码器，主动转动传动轮通过转动传动带与被动转动传动轮连接，被动转动传动轮设置在上盖和下盖之间的轴承内，转动传动轮驱动转动轴，转动轴的底部与轮子支架固定连接，轮子支架内装有滚动轮，轮子支架的上下运动由减震弹簧和转动轴共同作用完成。本实用新型中的滚动轮具有三个自由度，在崎岖的地形上增加了对地形的适应能力。

Description

全方位移动机器人传动机构 

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种全方位移动机器人传动机构。 

背景技术

轮式移动机器人由于其良好的稳定性、较快的移动能力等优点，得到了广泛的应用。全方位移动机器人是轮式移动机器人的一种特殊形式。全方位移动机器人能够在保持机体姿态不变的前提下沿任意方向移动，实现全方位移动的功能，这种特性使移动机器人的路径规划、轨迹跟踪等问题变的相对简单。一般的非全方位的轮式移动机器人虽然在开阔的工作空间中经过姿态的调整可以达到任意的方向和位置，但是由于不具有侧向运动的能力，在相对狭小的空间中就不再适用。在这种情况下，全方位移动机器人就可以发挥它结构方面的优势，在狭小的工作空间中很好的完成任务。 

全方位移动机器人的运动特性主要由其行走机构万向轮来实现，万向轮的发展情况也在一定程度上决定了全方位移动机器人的发展情况。为了让移动机器人具有全方位移动的能力，不断有人进行完整性约束的轮子的研究，于是出现了几类有代表性的全方位移动轮。较早被广泛采用的万向轮为瑞典轮。瑞典轮也称麦克纳姆轮，由轮辐和固定在外周的话多小滚子构成，轮子和滚子之间的夹角为y，通常y为45度。每个瑞典轮具有三个自由度，分别绕轮子轴心、滚子轴心以及轮子和地面的接触点转动。轮子是由电机驱动的，其余两个自由度自由运动。还有几种典型结构，如球轮、三個全方位轮、连续切换轮、和正交轮，尽管结构形式差别很大，但都具有一个共同的特点一具有两个自由度：一个沿轮体表面方向的主动驱动自由度，和一个与表面方向垂直的随动自由度，其运动形式可以认为是瑞典轮的一种特例。另外一种类型结构为每个轮子具有两个自由度，分别为绕轮子轴心转动和绕轮子支架轴心转动，两个转动轴正交，都由电机驱动。由于偏心方向轮没有采用轮盘上非连续滚子切换的运动方式，轮子在滚动和换向过程中同地面的接触点不变，因而在运动过程中不会使机器人振动，同时明显减少了机器人打滑现象的发生。 

发明内容

本实用新型的目的就是提供一种结构简单、传动效率高、定位精度高的全方位移动机器人传动机构。 

全方位移动机器人传动机构包括基板、转动驱动电机、主动转动传动轮、被动转动传动轮、转动传动带、压带轮、转动轴，主动转动测量轮、被动转动测量轮、传感器测量传动带、编码器，伺服电机、滚动轮、减震弹簧、轮子支架、主动滚动皮带轮、被动滚动皮带轮、皮带传动带。 

基板为水平设置的平板，转动驱动电机通过电机法兰安装在基板下方，转动驱动电机输出轴贯穿基板设置，转动驱动电机输出轴从上至下依次同轴设置有主动转动测量轮和主动转动传动轮。主动转动测量轮通过传感器测量传动带与被动转动测量轮连接，被动转动测量轮，编码器与被动转动测量轮同轴设置，主动转动测量轮、被动转动测量轮和编码器形成联动，编码器用于感知主动转动测量轮的角位移。 

主动转动传动轮通过转动传动带与被动转动传动轮连接，压带轮设置在基板上，主动转动传动轮、被动转动传动轮和压带轮的转轴平行且与基板平面垂直，压带轮设置在传动带中部的外侧，用于调节转动传动带张紧。 

被动转动传动轮的上端面设置有圆环片状的上盖，上盖的下端设置有上盖轴承；被动转动传动轮的下端面设置有圆环片状的下盖，下盖的上端设置有下盖轴承；下盖固定设置在基板上，上盖与下盖通过连接件固定连接，上盖轴承和下盖轴承套置在被动转动传动轮的两端，被动转动传动轮的轴心开有通孔，转动轴穿过该通孔，转动轴与被动转动传动轮同步转动，贯穿转动轴的轴心开有导线孔。 

轮子支架包括相互垂直的水平安装板和竖直安装板，其中水平安装板平面与基板平面平行，轮子支架设置在基板的下方，转动轴的底部与轮子支架的水平安装板固定连接，减震弹簧套置于转动轴上，减震弹簧的一端与基板的下端面连接，减震弹簧的另一端与水平安装板的上端面连接。伺服电机通过法兰安装在水平安装板的下端面上，主动滚动皮带轮设置在伺服电机的输出轴上；传动轴与水平安装板平行设置，传动轴的一端与轮子支架的竖直安装板通过轴承连接，滚动轮固定设置在传动轴的另一端，传动轴的中部固定设置有被动滚动皮带轮，主动滚动皮带轮与被动滚动皮带轮通过皮带传动带连接，滚动轮由伺服电机驱动沿轴向转动。 

本实用新型相对现有技术具有以下优点：本实用新型中的滚动轮具有三个自由度，相对于常规的绕轮子轴心转动和轮子支架轴心转动两个自由度外，还增加了滚动轮在支架轴心方向上的上下移动自由度，在崎岖的地形上增加了对地形的适应能力；利用本实用新型组成的多个滚动轮的协调转动时，增加了绝对编码器对每个滚动轮转动位置的精确测量，保证滚动轮的协调；在转动轴的设计上，转动轴的为一中空轴，电源及信号线可以通过该轴内部通过，避免滚动轮在转动、绕动及上下移动上线缆产生缠绕现象。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。 

如图1所示，一种全方位移动机器人传动机构包括基板1、转动驱动电机20、主动转动传动轮21、被动转动传动轮8、转动传动带22、压带轮19、转动轴6，和主动转动测量轮2、被动转动测量轮4、传感器测量传动带3、编码器5，以及伺服电机13、滚动轮16、减震弹簧11、轮子支架12、主动滚动皮带轮14、被动滚动皮带轮17、皮带传动带16。 

基板1为水平设置的平板，转动驱动电机20通过电机法兰安装在基板1下方，转动驱动电机20输出轴贯穿基板1设置，转动驱动电机20输出轴从上至下依次同轴设置有主动转动测量轮2和主动转动传动轮21。主动转动测量轮2通过传感器测量传动带3与被动转动测量轮4连接，被动转动测量轮4，编码器5与被动转动测量轮4同轴设置，主动转动测量轮2、被动转动测量轮4和编码器5形成联动，编码器5用于感知主动转动测量轮2的角位移。 

主动转动传动轮21通过转动传动带22与被动转动传动轮8连接，压带轮19设置在基板1上，主动转动传动轮21、被动转动传动轮8和压带轮19的转轴平行且与基板1平面垂直，压带轮19设置在传动带22中部的外侧，用于调节转动传动带22张紧。 

被动转动传动轮8的上端面设置有圆环片状的上盖7，上盖7的下端设置有上盖轴承23；被动转动传动轮8的下端面设置有圆环片状的下盖10，下盖10的上端设置有下盖轴承9；下盖10固定设置在基板1上，上盖7与下盖10通过连接件固定连接，上盖轴承23和下盖轴承9套置在被动转动传动轮8的两端，被动转动传动轮8的轴心开有通孔，转动轴6穿过该通孔，转动轴6与 被动转动传动轮8同步转动，贯穿转动轴6的轴心开有导线孔24。 

轮子支架12包括相互垂直的水平安装板和竖直安装板，其中水平安装板平面与基板1平面平行，轮子支架12设置在基板1的下方，转动轴6的底部与轮子支架12的水平安装板固定连接，减震弹簧11套置于转动轴6上，减震弹簧11的一端与基板1的下端面连接，减震弹簧11的另一端与水平安装板的上端面连接。伺服电机13通过法兰安装在水平安装板的下端面上，主动滚动皮带轮14设置在伺服电机13的输出轴上；传动轴18与水平安装板平行设置，传动轴18的一端与轮子支架12的竖直安装板通过轴承连接，滚动轮16固定设置在传动轴18的另一端，传动轴18的中部固定设置有被动滚动皮带轮17，主动滚动皮带轮14与被动滚动皮带轮17通过皮带传动带15连接，滚动轮16由伺服电机13驱动沿轴向转动。 

本实用新型的工作流程为：当滚动轮要进行绕轮子轴进行滚动时，伺服电机驱动主动滚动皮带轮，主动滚动皮带轮通过皮带传动带带动被动滚动皮带轮，被动滚动皮带轮和滚动轮同轴，从而带动滚动轮进行滚动。当滚动轮要进行垂直轴进行旋转时，转动驱动电机驱动主动转动传动轮、主动转动测量轮同时进行旋转运动，主动转动测量轮和被动转动测量轮通过传感器测量传动带进行传动，被动转动测量轮和编码器同轴连接，编码器对被动转动测量轮的旋转位移进行精确计量。主动转动传动轮和被动转动传动轮通过转动传动带进行连接传动。被动转动传动轮通过内齿带动转动轴，转动轴带动轮子支架转动，轮子支架带动轮子绕垂直轴绕动。当减震弹簧受到一定压力挤压时，转动轴可以沿着轴向相对于被动转动传动轮上下移动。利用本实用新型构建三个滚动轮传动系统一般配置成正三角形的三轮传动，四个滚动轮传动系统一般配置成正方形的四轮传动。 

Claims (1)

1.全方位移动机器人传动机构，包括基板、转动驱动电机、主动转动传动轮、被动转动传动轮、转动传动带、压带轮、转动轴，主动转动测量轮、被动转动测量轮、传感器测量传动带、编码器，伺服电机、滚动轮、减震弹簧、轮子支架、主动滚动皮带轮、被动滚动皮带轮、皮带传动带，其特征在于：

基板为水平设置的平板，转动驱动电机通过电机法兰安装在基板下方，转动驱动电机输出轴贯穿基板设置，转动驱动电机输出轴从上至下依次同轴设置有主动转动测量轮和主动转动传动轮；主动转动测量轮通过传感器测量传动带与被动转动测量轮连接，被动转动测量轮，编码器与被动转动测量轮同轴设置，主动转动测量轮、被动转动测量轮和编码器形成联动，编码器用于感知主动转动测量轮的角位移；

主动转动传动轮通过转动传动带与被动转动传动轮连接，压带轮设置在基板上，主动转动传动轮、被动转动传动轮和压带轮的转轴平行且与基板平面垂直，压带轮设置在传动带中部的外侧，用于调节转动传动带张紧；

被动转动传动轮的上端面设置有圆环片状的上盖，上盖的下端设置有上盖轴承；被动转动传动轮的下端面设置有圆环片状的下盖，下盖的上端设置有下盖轴承；下盖固定设置在基板上，上盖与下盖通过连接件固定连接，上盖轴承和下盖轴承套置在被动转动传动轮的两端，被动转动传动轮的轴心开有通孔，转动轴穿过该通孔，转动轴与被动转动传动轮同步转动，贯穿转动轴的轴心开有导线孔；

轮子支架包括相互垂直的水平安装板和竖直安装板，其中水平安装板平面与基板平面平行，轮子支架设置在基板的下方，转动轴的底部与轮子支架的水平安装板固定连接，减震弹簧套置于转动轴上，减震弹簧的一端与基板的下端面连接，减震弹簧的另一端与水平安装板的上端面连接；伺服电机通过法兰安装在水平安装板的下端面上，主动滚动皮带轮设置在伺服电机的输出轴上；传动轴与水平安装板平行设置，传动轴的一端与轮子支架的竖直安装板通过轴承连接，滚动轮固定设置在传动轴的另一端，传动轴的中部固定设置有被动滚动皮带轮，主动滚动皮带轮与被动滚动皮带轮通过皮带传动带连接，滚动轮由伺服电机驱动沿轴向转动。