CN203705959U - 一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于物流机械领域，具体来说，涉及一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，包括机械系统和控制系统、电源装置和驱动装置，所述机械系统包括车架和安装在车架上的麦克纳姆轮，所述控制系统包括运动控制装置和无线手持式控制器；所述运动控制装置安装在车架上，所述无线手持控制器位于车架的外部；所述运动控制装置通过外部接口与电源装置连接，所述驱动装置与驱动装置连接，所述驱动装置还与运动控制装置连接。本实用新型平台控制系统和驱动装置具有良好的可靠性和良好的可维护性，适合在复杂工业环境中应用，并且响应快、传输速度快、即实时性高，具有动态扩展功能，可根据需要动态扩充功能节点。
Description
技术领域
本实用新型属于物流机械领域，具体来说，涉及一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，该全方位移动平台特别适用于在狭小空间内实现全方位移动。
背景技术
麦克纳姆轮(Mecanum Wheel )是一种全方位移动车轮，1973年由瑞士人Bengt Lion发明，所以也叫Lion轮。该轮的特点是在传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成450方向安装若干可以自由旋转的小滚子，这样在车轮滚动时，小滚子就会产生测向运动。通过麦克纳姆轮的组合使用和控制，可以使车体产生运动平面内的任意方向移动和转动。
1975年，Lion获得美国专利(专利号3, 746, 112，直接稳定自驱动车，("Directionally Stable Self Propelled Vehicle")，1980年美国海军买得该专利并进行军事应用开发，1996年该专利失效后，美国及世界众多大学、研究机构和公司进行应用开发和再发明，应用领域涉及全方位移动的叉车、搬运车、轮椅、弹药运输车、移动机器人等。
目前，国际上的基于麦克纳姆轮的全方位移动机构，多采用四个电机驱动、并进行转速控制，然后经减速后分别驱动四个轮子转动，实现车体的全方位移动。由于需要同时控制四个电机的转速，需要对各电机转速进行精确反馈测量和控制，通讯数据量大，实时性要求高，另外，常见的方案多采用低压的直流电机，驱动功率小，不满足某些应用实际的大负载需求。
发明内容
为了克服现有的全方位移动平台存在的上述不足之处，现在特提出一种控制精度高、大负载、基于麦克纳姆轮的基于麦克纳姆轮的全方位移动平台。
为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：
一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：包括机械系统和控制系统、电源装置和驱动装置，所述机械系统包括车架和安装在车架上的麦克纳姆轮，所述控制系统包括运动控制装置和无线手持式控制器；所述运动控制装置安装在车架上，所述无线手持控制器位于车架的外部；所述运动控制装置通过外部接口与电源装置连接，所述电源装置与驱动装置连接，所述驱动装置还与运动控制装置连接。
所述运动控制装置包括平台控制器、控制面板、指示灯、无线路由器；所述平台控制器与控制面板及指示灯连接；平台控制器和无线路由器连接；所述平台控制器通过外部接口和电源装置及驱动装置连接。
所述平台控制器为贝加莱PCC，型号为X20。
所述电源装置包括蓄电池和电源控制器；所述电源控制器连接蓄电池，所述电源控制器通过外部接口与运动控制装置和驱动装置连接。
所述驱动装置包括两个双路电机伺服控制器及四个伺服电机，每个双路电机伺服控制器与两个伺服电机连接，所述两个双路电机伺服控制器均与运动控制装置的平台控制器连接。
所述麦克纳姆轮为四个，所述四个伺服电机分别独立与所述四个麦克纳姆轮相连。
所述麦克纳姆轮包括车体连接法兰、轴承、轮芯套筒、内侧辊子安装盘、轮缘辊子、环形永磁体、传动轴连接件、外侧辊子安装盘，所述车体连接法兰与车体固定连接，所述轮芯套筒与所述车体连接法兰固定连接，所述内侧辊子安装盘和外侧辊子安装盘安装在轮芯套筒上，所述轮缘辊子安装在内侧辊子安装盘和外侧辊子安装盘之间，所述环形永磁体的一端与内侧辊子安装盘的内侧固定连接，另一端与外侧辊子安装盘的内侧固定连接，所述传动轴连接件与外侧辊子安装盘固定连接，所述内侧辊子安装盘和外侧辊子安装盘分别通过轴承安装在轮芯套筒的两端；所述轮缘辊子、内侧辊子安装盘、外侧辊子安装盘和环形永磁体构成的轮缘组合体，所述轮缘组合体安装在轮芯套筒上。
所述轮芯套筒外侧安装有作为轴承的限位的轴端挡圈，环形永磁体设置在轮缘辊子和轮芯套筒之间；所述传动轴连接件中央设有键槽孔与减速器输出轴连接。所述减速器输出轴通过传动轴连接件带动内侧辊子安装盘、轮缘辊子、环形永磁体和外侧辊子安装盘构成的轮缘组合体绕轮芯套筒旋转。
所述传动轴连接件与减速器输出轴为平键连接、花键连接或者抱紧连接。
所述轮芯套筒为中空的环形套筒结构，减速器输出轴穿过轮芯套筒与传动轴连接件相连；所述内侧辊子安装盘和外侧辊子安装盘为低碳钢安装盘。
本实用新型的优点在于：
1、本实用新型平台控制系统和驱动装置具有良好的可靠性和良好的可维护性，适合在复杂工业环境中应用，并且响应快、传输速度快、即实时性高，具有动态扩展功能，可根据需要动态扩充功能节点。
2、本实用新型采用模块化设计，模块间的耦合度低，独立性高，可扩展性好，提高了系统的灵活性，并使得系统的开放性大大提高，有利于系统维护、扩展和功能增加。
3、本实用新型采用高性能的双路电机伺服控制器提供控制的精度，不仅可以实现平面各个角度平动、自转、二者合成速度的精确控制，还可以实现位移和轨迹控制；
4、本实用新型采用高压的直流伺服电机，提升了负载能力，可以满足工厂物流需求；
5、本实用新型采用蓄电池（锂电池）作为系统电源、无线控制方式，提升工作范围。
6、本实用新型提供多重故障报警提示功能，可将报警信息通过平台上指示灯显示，同时通过无线通信上传到外部手持控制或者远程服务端的控制中心，使得监控人员可以同步获取报警提示信息，以便于及时排除故障。
7、本实用新型的麦克纳姆轮中轮缘辊子及辊子安装盘由安装在轮芯套筒上的轴承支撑，使得轮缘辊子及辊子安装盘产生的径向负载作用在与车体固接的轮芯套筒上，而减速器输出轴通过传动轴连接件带动轮缘辊子及辊子安装盘旋转，只提供扭矩，不承受径向负载，大大改善了减速器输出轴的受力情况。
8、本实用新型的麦克纳姆轮在轮芯套筒和轮缘辊子之间的空间内设置沿厚度方向充磁的环形永磁体，并配合低碳钢制造的辊子安装盘，与导磁壁面构成磁路，使得麦克纳姆轮在保持结构紧凑的同时能够提供较强的磁吸附力。
附图说明
图1为本实用新型结构示意框图。
图2为本实用新型控制系统、电源装置和驱动装置的结构示意图。
图3是本实用新型麦克纳姆轮的立体结构示意图。
图4是本实用新型麦克纳姆轮的剖视图。
图5是本实用新型麦克纳姆轮磁路示意图。
附图中：机械系统20，控制系统21，电源装置22，驱动装置23，车架201，麦克纳姆轮202，运动控制装置211，无线手持式控制器212，平台控制器2111、控制面板2112、无线路由器2113，蓄电池221，电源控制器222，双路电机伺服控制器231，伺服电机232。
车体连接法兰1、轴承2、轮芯套筒3、轴承定位套筒4、内侧辊子安装盘5、轮缘辊子6、环形永磁体7、轴端挡圈8、传动轴连接件9、外侧辊子安装盘10、减速器输出轴11。
具体实施方式
实施例1
一种基于麦克纳姆轮202的全方位移动平台包括机械系统20和控制系统21、电源装置22和驱动装置23，所述机械系统20包括车架201和安装在车架201上的麦克纳姆轮202，所述控制系统21包括运动控制装置211和无线手持式控制器212；所述运动控制装置211安装在车架201上，所述无线手持控制器位于车架201的外部；所述运动控制装置211通过外部接口与电源装置22连接，所述驱动装置23与驱动装置23连接，所述驱动装置23还与运动控制装置211连接。本实用新型平台控制系统21和驱动装置23具有良好的可靠性和良好的可维护性，适合在复杂工业环境中应用，并且响应快、传输速度快、即实时性高，具有动态扩展功能，可根据需要动态扩充功能节点。
实施例2
一种基于麦克纳姆轮202的全方位移动平台包括机械系统20和控制系统21、电源装置22和驱动装置23，所述机械系统20包括车架201和安装在车架201上的麦克纳姆轮202，所述控制系统21包括运动控制装置211和无线手持式控制器212；所述运动控制装置211安装在车架201上，所述无线手持控制器位于车架201的外部；所述运动控制装置211通过外部接口与电源装置22连接，所述驱动装置23与驱动装置23连接，所述驱动装置23还与运动控制装置211连接。
运动控制装置211包括平台控制器2111、控制面板2112、指示灯、无线路由器2113；所述平台控制器2111与控制面板2112及指示灯连接；平台控制器2111和无线路由器2113连接；所述平台控制器2111通过外部接口和电源装置22及驱动装置23连接。所述平台控制器2111为贝加莱PCC，型号为X20。电源装置22包括蓄电池221和电源控制器222；所述电源控制器222连接蓄电池221，所述电源控制器222通过外部接口与运动控制装置211和驱动装置23连接。驱动装置23包括两个双路电机伺服控制器231及四个伺服电机232，每个双路电机伺服控制器231与两个伺服电机232连接，所述两个双路电机伺服控制器231均与运动控制装置211的平台控制器2111连接。麦克纳姆轮202为四个，所述四个伺服电机232分别独立与所述四个麦克纳姆轮202相连。
实施例3
一种基于麦克纳姆轮202的全方位移动平台包括机械系统20和控制系统21、电源装置22和驱动装置23，所述机械系统20包括车架201和安装在车架201上的麦克纳姆轮202，所述控制系统21包括运动控制装置211和无线手持式控制器212；所述运动控制装置211安装在车架201上，所述无线手持控制器位于车架201的外部；所述运动控制装置211通过外部接口与电源装置22连接，所述驱动装置23与驱动装置23连接，所述驱动装置23还与运动控制装置211连接。
运动控制装置211包括平台控制器2111、控制面板2112、指示灯、无线路由器2113；所述平台控制器2111与控制面板2112及指示灯连接；平台控制器2111和无线路由器2113连接；所述平台控制器2111通过外部接口和电源装置22及驱动装置23连接。所述平台控制器2111为贝加莱PCC，型号为X20。电源装置22包括蓄电池221和电源控制器222；所述电源控制器222连接蓄电池221，所述电源控制器222通过外部接口与运动控制装置211和驱动装置23连接。驱动装置23包括两个双路电机伺服控制器231及四个伺服电机232，每个双路电机伺服控制器231与两个伺服电机232连接，所述两个双路电机伺服控制器231均与运动控制装置211的平台控制器2111连接。麦克纳姆轮202为四个，所述四个伺服电机232分别独立与所述四个麦克纳姆轮202相连。
参照图3和图4，麦克纳姆轮包括车体连接法兰1、轴承2、轮芯套筒3、内侧辊子安装盘5、轮缘辊子6、环形永磁体7、传动轴连接件9、外侧辊子安装盘10，所述车体连接法兰1与车体固定连接，所述轮芯套筒3与所述车体连接法兰1固定连接，所述内侧辊子安装盘5和外侧辊子安装盘10安装在轮芯套筒3上，所述轮缘辊子6安装在内侧辊子安装盘5和外侧辊子安装盘10之间，所述环形永磁体7的一端与内侧辊子安装盘5的内侧固定连接，另一端与外侧辊子安装盘10的内侧固定连接，所述传动轴连接件9与外侧辊子安装盘10固定连接，所述内侧辊子安装盘5和外侧辊子安装盘10分别通过轴承2安装在轮芯套筒3的两端；所述轮缘辊子6、内侧辊子安装盘5、外侧辊子安装盘10和环形永磁体7构成的轮缘组合体，所述轮缘组合体安装在轮芯套筒3上。
所述轮芯套筒3外侧安装有作为轴承2的限位的轴端挡圈8。所述环形永磁体7设置在轮缘辊子6和轮芯套筒3之间。所述传动轴连接件9中央设有键槽孔与减速器输出轴11连接。所述减速器输出轴11通过传动轴连接件9带动内侧辊子安装盘5、轮缘辊子6、环形永磁体7和外侧辊子安装盘10构成的轮缘组合体绕轮芯套筒3旋转。所述传动轴连接件9与减速器输出轴11为平键连接、花键连接或者抱紧连接。
所述轮芯套筒3为中空的环形套筒结构，减速器输出轴11穿过轮芯套筒3与传动轴连接件9相连。所述内侧辊子安装盘5和外侧辊子安装盘10为低碳钢安装盘。
参照图5，环形永磁体7一端与内侧辊子安装盘5固接，另一端与外侧辊子安装盘10固接，环形永磁体7沿厚度方向充磁，内侧辊子安装盘5和外侧辊子安装盘10采用低碳钢（如Q235）制造，环形永磁体7配合内侧辊子安装盘5和外侧辊子安装盘10，与导磁壁面构成磁路，由于该磁路的气隙较小，因此可以对导磁壁面形成较强的磁吸附力。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而己，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：包括机械系统（20）和控制系统（21）、电源装置（22）和驱动装置（23），所述机械系统（20）包括车架（201）和安装在车架（201）上的麦克纳姆轮（202），所述控制系统（21）包括运动控制装置（211）和无线手持式控制器（212）；所述运动控制装置（211）安装在车架（201）上，所述无线手持控制器位于车架（201）的外部；所述运动控制装置（211）通过外部接口与电源装置（22）连接，所述电源装置（22）与驱动装置（23）连接，所述驱动装置（23）还与运动控制装置（211）连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述运动控制装置（211）包括平台控制器（2111）、控制面板（2112）、指示灯、无线路由器（2113）；所述平台控制器（2111）与控制面板（2112）及指示灯连接；平台控制器（2111）和无线路由器（2113）连接；所述平台控制器（2111）通过外部接口和电源装置（22）及驱动装置（23）连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述平台控制器（2111）为贝加莱PCC，型号为X20。
4.根据权利要求2所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述电源装置（22）包括蓄电池（221）和电源控制器（222）；所述电源控制器（222）连接蓄电池（221），所述电源控制器（222）通过外部接口与运动控制装置（211）和驱动装置（23）连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述驱动装置（23）包括两个双路电机伺服控制器（231）及四个伺服电机（232），每个双路电机伺服控制器（231）与两个伺服电机（232）连接，所述两个双路电机伺服控制器（231）均与运动控制装置（211）的平台控制器（2111）连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述麦克纳姆轮（202）为四个，所述四个伺服电机（232）分别独立与所述四个麦克纳姆轮（202）相连。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述麦克纳姆轮包括车体连接法兰（1）、轴承（2）、轮芯套筒（3）、内侧辊子安装盘（5）、轮缘辊子（6）、环形永磁体（7）、传动轴连接件（9）、外侧辊子安装盘（10），所述车体连接法兰（1）与车体固定连接，所述轮芯套筒（3）与所述车体连接法兰（1）固定连接，所述内侧辊子安装盘（5）和外侧辊子安装盘（10）安装在轮芯套筒（3）上，所述轮缘辊子（6）安装在内侧辊子安装盘（5）和外侧辊子安装盘（10）之间，所述环形永磁体（7）的一端与内侧辊子安装盘（5）的内侧固定连接，另一端与外侧辊子安装盘（10）的内侧固定连接，所述传动轴连接件（9）与外侧辊子安装盘（10）固定连接，所述内侧辊子安装盘（5）和外侧辊子安装盘（10）分别通过轴承（2）安装在轮芯套筒（3）的两端；所述轮缘辊子（6）、内侧辊子安装盘（5）、外侧辊子安装盘（10）和环形永磁体（7）构成的轮缘组合体，所述轮缘组合体安装在轮芯套筒（3）上。
8.根据权利要求7所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述轮芯套筒（3）外侧安装有作为轴承（2）的限位的轴端挡圈（8）；所述环形永磁体（7）设置在轮缘辊子（6）和轮芯套筒（3）之间；所述传动轴连接件（9）中央设有键槽孔与减速器输出轴（11）连接。
9.根据权利要求8所述的一种基于麦克纳姆轮的全方位移动平台，其特征在于：所述传动轴连接件（9）与减速器输出轴（11）为平键连接、花键连接或者抱紧连接；所述轮芯套筒（3）为中空的环形套筒结构，减速器输出轴（11）穿过轮芯套筒（3）与传动轴连接件（9）相连；所述内侧辊子安装盘（5）和外侧辊子安装盘（10）为低碳钢安装盘。
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|---|---|---|---|---|
| CN104787144A (zh) * | 2015-04-20 | 2015-07-22 | 东北大学 | 磁吸附多功能探伤机器人 |
| CN106325267A (zh) * | 2015-06-26 | 2017-01-11 | 北京卫星环境工程研究所 | 具有自主巡线和避障功能的全方位移动平台车 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180502 Address after: 610000 18 West core road, hi-tech West District, Chengdu, Sichuan Patentee after: DONGFANG ELECTRIC Co.,Ltd. Address before: 610036 Shu Han Road, Jinniu District, Chengdu, Sichuan Province, No. 333 Patentee before: DONGFANG ELECTRIC Corp. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140709 |
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| CX01 | Expiry of patent term |