CN209683858U - 坐标式移动底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种坐标式移动底盘，涉及底盘技术领域；其包括底盘型架，底盘型架上安装有由驱动组件控制的车轮，车轮包括四个全向轮，驱动组件包括分别与四个全向轮连接的驱动件，每个驱动件均连接有用于控制对应全向轮转速的控制模块，底盘型架底部的形状呈矩形状，四个全向轮分别位于底盘型架的四个拐角处，沿对角线方向的两个全向轮的轮轴轴线相互平行，相邻的两个全向轮的轮轴轴线相互垂直。通过实施本技术方案，可实现底盘在XY二维平面实现坐标式的全向移动，并可有效提高底盘的横向移动速度，以适应在特殊环境中使用。

Description

坐标式移动底盘

技术领域

本实用新型涉及底盘技术领域，更具体的是涉及一种坐标式全向移动底盘。

背景技术

传统的移动地盘一般为平行四轮结构，两轮驱动提供动力，两轮转向，转弯半径大，在一些狭小的空间则不能达到自由灵活的移动和转动。现有国内外能自由移动的底盘结构主要是通过莱克拉姆轮来实现。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。麦克纳姆轮的特点是在传统车轮的基础上，在轮缘上安装有与轮轴线构成一定角度且可以自由旋转的小辊子，小辊子的母线很特殊，当车轮绕着固定的轮心轴转动时，各个小辊子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动，在车轮滚动时，小辊子会产生侧向运动。通过麦克纳姆轮的组合使用和控制，可使车体产生运动平面内的任意方向移动和转动。

发明人在实现本发明实施例的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：底盘四个全向轮采用纵向布局，四个全向轮的轮轴线相互平行，底盘横向移动速度慢；在运动过程中车轮与地面摩擦力大，车轮磨损快，使用寿命短，底盘车轮对地面要求高，而一般在部队或舰船上等特殊环境中使用的底盘对移动速度及耐磨性均具有较高要求，进而现有底盘难以适应特殊环境中使用。

实用新型内容

为解决上述底盘横向移动速度慢的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种坐标式移动底盘，可有效提高底盘的横向移动速度，以适应在特殊环境中使用。

本实用新型为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

坐标式移动底盘，包括底盘型架，底盘型架上安装有由驱动组件控制的车轮，所述车轮包括四个全向轮，所述驱动组件包括分别与四个全向轮连接的驱动件，所述底盘型架底部的形状呈矩形状，四个全向轮分别位于底盘型架的四个拐角处，沿对角线方向的两个全向轮的轮轴轴线相互平行，相邻的两个全向轮的轮轴轴线相互垂直。

可选地，每个所述驱动件均连接有用于控制对应全向轮转速的控制模块。通过控制模块准确地对四个全向轮的转速控制，以实现底盘不同角度的万向行走，且可有效精确控制底盘行走移动的位置及行走精度，且底盘在移动过程中，驱动组件为其前后两侧提供的同方向动力，可有效提高底盘移动的平稳性。

可选地，所述底盘型架与每个全向轮轮缘底部的距离为X，且X≥1/3全向轮直径。在保证轮轴与底盘型架连接可靠的情况下，设计延伸出底盘型架底面的全向轮高度大于或等于全向轮直径的1/3，可满足底面障碍物高度不超过全向轮直径的1/3均可顺利通过，可有效降低车轮对底面的要求，以适应在特殊环境中使用，如舰船上使用。

可选地，所述驱动件包括电机、与电机输出轴连接的减速机，所述电机减速机通过十字联轴器与对应的所述轮轴连接。如此，驱动件的动力输出方向与轮轴在同一方向，传动稳定，且结构简单，安装及故障维修简便，避免增加额外传动件而降低底盘的行走移动精度。

可选地，所述驱动件还包括离合器，所述离合器设于减速机与轮轴之间，用于切断或传递电机向轮轴输出的动力。在底盘需要牵引的时候，利用离合器将与牵引方向相同的两个全向轮的动力断开，达到全向轮是自由滑动状态，并利用减速机将与牵引方向相垂直方向的两个全向轮锁紧，避免底盘沿牵引方向的两侧不稳定性运动，如此可有效提高底盘的牵引效果，以适应在特殊环境中使用。

可选地，所述底盘型架包括安装架以及设置在安装架上的轮座体，每个全向轮的轮轴两端均设置有轮座体，且每个所述全向轮的轮轴两端均通过轴承与轮座体转动连接，所述驱动组件固定在安装架上，每个所述驱动件分别与对应的轮轴转动连接。通过轮座体与轴承的配合设计，可有效防止轮轴在转动过程直接与安装架产生摩擦，提升全向轮的转动效率，并为全向轮提供稳定性的支撑。

可选地，所述轮座体包括沿竖直方向设置的轨道、与轨道滑动连接的滑动块，每组全向轮的轮轴两端均通过轴承与滑动块连接，以使轮轴与滑动块可沿竖直方向滑动。轮座体轨道的设计有效限制全向轮的轮轴在水平方向移动，避免全向轮在移动或转动过程中在水平方向发生不稳定滑动而出现卡死或行走不精确的现象；而轮座体上滑动块的设计可使得全向轮在受到硬性碰撞的时候，轮轴可带动全向轮沿竖直方向滑动，可有效避免全向轮受到硬性碰损，延长全向轮的使用寿命。

可选地，所述滑动块的上端设置有弹性件，所述弹性件的下端与滑动块连接，弹性件的上端与底盘型架可拆卸连接。弹性件优选为复位弹簧，可使得全向轮在碰撞过程中能够迅速复位，且弹性件具有减震作用，全向轮在高速运动中能有效的避震，增加底盘运动的稳定性。

可选地，所述安装架包括与轮座体平行设置的立板，所述立板上设置有沿竖直方向的条形孔，条形孔的设置位置与滑动块的滑动空间相对应，所述轮轴的一端经条形孔与对应的驱动件连接。立板上条形孔的设计可对轮轴沿底盘型架水平面的设置位置起进一步的限位支撑作用，同时也为轮轴提供了竖直方向的滑动空间，避免全向轮在高速转动过程中产生硬性撞损。

可选地，每个所述全向轮均包括至少两个轮盘，且轮盘的轮缘圆周面上均匀分布有多个辊子，且多个辊子对应的多个辊轴与全向轮的轮轴相互垂直，且每个全向轮上至少有两个轮盘上的辊轴相互交错布置。轮盘上辊子以及辊轴采用此种布局方式，用以保证每个全向轮在转动过程中，全向轮的中心离地面的高度相同，进而实现全向轮平稳转动。

如上所述，本实用新型至少具有如下有益效果：

1.本实用新型底盘采用沿对角线方向的两个全向轮的轮轴轴线相互平行的结构设计，以使得沿对角线方向的两个全向轮转动方向相同；相邻的两个全向轮的轮轴轴线相互垂直，以使得相邻的两个全向轮转动方向相互垂直，即可实现底盘在XY二维平面实现坐标式的全向移动。

2.本实用新型上述四个全向轮的布局方式以及四个全向轮与驱动组件的连接方式，可为驱动组件提供便捷的安装空间，可将驱动组件的载荷均匀分布在底盘型架上，便于驱动组件安装及检修，且可有效提高底盘的运动稳定性。

3.本实用新型通过控制模块单独控制四个驱动件分别为四个全向轮提供的动力，便可精确控制四个全向轮的转速，实现底盘直线移动以及曲线方向移动的全方位无死角移动，规避常规底盘车轮的移动死角盲区，可有效精确控制底盘行走移动的位置及精度。

4.本实用新型采用四个全向轮轮缘圆周面上辊子的辊轴与全向轮的轮轴相互垂直的结构设计，相对麦克纳姆轮形成一定角度的设计方式，底盘可便捷地实现直行或横向行进，可有效提高底盘横向移动速度；且底盘旋转过程中可有效降低对地面的磨损，有效降低对地面的要求。

5.本实用新型上述四个全向轮的轮轴在同一水平面，在保证轮轴与底盘型架连接可靠的情况下，设计延伸出底盘型架底面的全向轮高度大于或等于全向轮直径的1/3，可满足底面障碍物高度不超过全向轮直径的1/3均可顺利通过，可有效降低车轮对底面的要求，以适应在特殊环境(如舰船)使用。

6.本实用新型采用的驱动组件可使得底盘具有牵引功能，在底盘需要牵引的时候，利用离合器将与牵引方向相同的两个全向轮的动力断开，达到全向轮是自由滑动状态，并利用减速机将与牵引方向相垂直方向的两个全向轮锁紧，避免底盘沿牵引方向的两侧不稳定性运动，如此可有效提高底盘的牵引效果，可适应在特殊环境(如部队)使用。

7.本实用新型采用将全向轮轮轴通过轮座体与底盘型架连接，底盘型架与轮座体上均设有水平方向的限位支撑结构，避免全向轮运动过程中在水平方向发生不稳定滑动而出现卡死或行走不精确的现象；且轮座体内设计有滑动式安装结构，滑动式安装结构具体包括弹性件，可使得全向轮在碰撞过程中能够迅速复位，且弹性件具有减震作用，全向轮在高速运动中能有效的避震，增加底盘运动的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型一种坐标式移动底盘的结构示意图；

图2为图1的仰视图。

图3为本实用新型一种坐标式移动底盘的另一结构示意图；

图4为本实用新型一种坐标式移动底盘的另一结构示意图；

图5为本实用新型一种坐标式移动底盘的局部结构示意图；

图6为本实用新型一种坐标式移动底盘的另一局部结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：1、底盘型架；11、安装架；111、立板；112、条形孔；12、轮座体；121、轨道；122、滑动块；123、弹性件；2A、2B、2C、2D、全向轮；21、轮轴；22、轮盘；23、辊子；24、辊轴；3、驱动件；31、电机；32、减速机；33、离合器；34、十字联轴器；4、支撑架。

实施列1

实施例基本如图1和图2所示：本实施例提供一种坐标式移动底盘，包括车轮、与车轮连接的驱动组件以及用于安装车轮和驱动组件的底盘型架1；本实施底盘型架1底部的形状具体为矩形状，车轮包括四个全向轮，四个全向轮分别位于底盘型架1底部的四个拐角处，分别为全向轮2A、全向轮2B、全向轮2C和全向轮2D；沿对角线方向的两个全向轮(例如：全向轮2A与全向轮2D、全向轮2B与全向轮2C)的轮轴21轴线相互平行，相邻的两个全向轮(例如：全向轮2A与全向轮2B、全向轮2C与全向轮2D)的轮轴21轴线相互垂直，如此沿对角线方向的两个全向轮的转动方向相同，相邻的两个全向轮的转动方向相互垂直，四个全向轮的布局位置安全可靠，且可便捷的实现底盘直行移动及横向移动。

驱动组件包括分别与四个全向轮单独连接的四个驱动件3，四个驱动件3均安装在底盘型架1的适当位置处，需要说明的是，为简化图示，图2中仅示出一个驱动件3，实际在使用时在每个轮轴21处均设置有相应的驱动件3；每个驱动件3均连接有用于控制对应全向轮转速的控制模块(未示出)，控制模块可安装在车架上或远程控制端，并可通过电连接或通信组件与每个驱动件3单独连接，利用控制模块单独控制每个驱动件3为全向轮提供的动力，四个全向轮依靠驱动件3提供的动力控制全向轮的行进的方向及角度，可有效精确控制行走移动的位置尺寸精度，实现底盘在XY二维平面坐标式的自由移动行进。本实施例中控制模块可以选用处理器，通信组件可以选用Wi-Fi组件，需要说明的是，关于上述控制模块实现的控制方法均为现有技术，且并非本实用新型的改进点，故本公开对其不作赘述。

本实施例中作为驱动件3的动力元件优选为电机31，当然也可以采用其他动力元件，例如基于汽油的汽油机或柴油驱动的柴油机，关于驱动件3的具体结构为现有技术，本公开对其不作赘述；与此同时，本实施例还包括为驱动组件和控制模块提供电力的供电组件，供电组件安装在底盘的适当位置处，供电组件的具体结构为现有技术，故本公开对其不作赘述。

具体地，驱动件3包括电机31、与电机31输出轴连接的减速机32，减速机32经十字联轴器34与对应的轮轴21连接；如此，驱动件3的动力输出方向与轮轴21在同一方向，传动稳定，且结构简单，安装及故障维修简便，避免增加额外传动件而降低底盘的行走移动精度；进一步地，驱动件3还包括离合器33，离合器33设于减速机32与轮轴21之间，用于切断或传递电机31向轮轴21输出的动力，离合器33一端与电机31减速机32的输出轴连接，另一端经十字联轴器34与对应的轮轴21连接。

本实施例全向轮驱动组件的结构设计，使得底盘具有牵引功能，在底盘需要牵引的时候，利用离合器33将与牵引方向相同的两个全向轮的动力断开，达到全向轮是自由滑动状态，并利用减速机32将与牵引方向相垂直方向的两个全向轮锁紧，避免底盘沿牵引方向的两侧不稳定性运动，如此可有效提高底盘的牵引效果，以适应在特殊环境中使用，如部队、舰船上使用。

本实施例的具体实施方式可以为：

1.底盘向X方向(直行)前后移动：通过控制模块控制全向轮2A与全向轮2D的驱动件3驱动全向轮2A与全向轮2D(沿顺时针或逆时针)以相同速度同步转动，并控制全向轮2B与全向轮2C保持静止状态，即实现底盘向X方向前后移动，其运动速度V_X为全向轮2A与全向轮2D的转动速度：

即满足以下关系式：V_X＝V_A＝V_D；式中，Vx为底盘沿X方向前后移动的速度，V_A和V_D分别为全向轮2A与全向轮2D的速度；

2.底盘向Y方向(横向)前后移动:通过控制模块控制全向轮2B与全向轮2C的驱动件3驱动全向轮2B与全向轮2C(沿顺时针或逆时针)以相同速度同步转动，并控制全向轮2A与全向轮2D保持静止状态，即实现底盘向Y方向前后移动，其运动速度V_Y为全向轮2B与全向轮2C的转动速度：

即满足以下关系式：V_Y＝V_B＝V_C；式中，VY为底盘沿Y方向前后移动的速度，V_B和V_C分别为全向轮2B与全向轮2C的速度；

3.底盘沿45°角方向移动:通过控制模块控制驱动组件分别驱动全向轮2A、全向轮2B、全向轮2C与全向轮2D(沿顺时针或逆时针)以相同速度同步转动，即实现底盘沿XY二维坐标平面45°方向自由移动行进，其运动速度V速为四个全向轮的转动速度的合成：

即满足以下关系式：V_速 ²＝V_X ²+V_Y ²；式中，V_速为底盘沿XY二维坐标平面45°方向自由移动的速度，V_X为全向轮2A、全向轮2D的速度,V_Y为全向轮2B、全向轮2C的速度；

4.底盘沿任意方向移动：通过控制模块控制驱动组件分别驱动X方向运动的全向轮2A、全向轮2D以及Y方向的全向轮2B、全向轮2C(沿顺时针或逆时针)同步转动，并通过控制模块改变X方向运动和Y方向运动的速度差，即实现底盘沿XY二维坐标平面任意方向自由移动行进，其运动速度V速为四个全向轮的转动速度的合成：

即满足以下关系式：V_速 ²＝V_X ²+V_Y ²；式中，V_速为底盘沿XY二维坐标平面任意方向自由移动的速度，V_X为全向轮2A、全向轮2D的速度,V_Y为全向轮2B、全向轮2C的速度；

5.底盘沿原地旋转：通过控制模块控制驱动组件分别驱动X方向运动的全向轮2A、全向轮2D沿顺时针及逆时针相反方向转动，以及驱动Y方向的全向轮2B、全向轮2C沿顺时针及逆时针相反方向转动，并通过控制模块控制四个全向轮的速率相同，即实现底盘沿XY二维坐标平面原地旋转，其运动速率S速为四个全向轮的转动速率：

即满足以下关系式：S_速＝S_A＝S_B＝S_C＝S_D；式中，S_速为底盘沿XY二维坐标平面原地旋转的速率，S_A为全向轮2A的速率，S_B为全向轮2B的速率，S_C为全向轮2C的速率，S_D为全向轮2D的速率。

在实际操作中，根据需要选择控制模块控制驱动组件驱动底盘做直行移动、横向移动、任意方向移动以及原地旋转运动，即实现移动底盘在XY二维平面坐标式的自由移动行进，相对传统移动底盘及采用麦克纳姆轮底盘的设计方式，本申请可便捷地调节全向轮的转向与运动方向相同，尤其在底盘需要直行或横向行走时，可有效提高底盘直行或横向的移动速度；且底盘旋转过程中可有效降低对地面的磨损，从而降低底盘对地面的要求，特别是将对角线方向的两个全向轮的轮轴21轴线设计为相互平行，可有效分散全向轮对底盘型架1的作用力，全向轮的布局方式可为对应的驱动件3提供便捷的安装空间，为底盘型架1提供平稳支撑，保证底盘整体移动的平稳性，可适应在特殊环境(如部队)使用。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，参考图2，与实施例1的不同之处在于：本实施例提供的底盘型架1包括安装架11以及设置在安装架11上的轮座体12，每个全向轮的轮轴21两端均设置有轮座体12，轮座体12通过螺钉固定在安装架11上，且每个全向轮的轮轴21两端均通过轴承与轮座体12转动连接，本实施例中的轴承为推力轴承，当然可也选择其他轴承，通过轮座体12与轴承的配合设计，可有效防止轮轴21在转动过程直接与安装架11产生摩擦，提升全向轮的转动效率，并为全向轮提供稳定性的支撑。

驱动组件固定在安装架11上，具体地，在安装架11靠近底盘型架1每侧的中部位置均安装有用于支撑相应驱动件3的支撑架4，驱动件3通过矩钢5固定在支撑架4上，支撑架4的设计与驱动件3的动力输出方向相互垂直，每个驱动件3分别与对应的轮轴21转动连接，支撑架4用于承载驱动件3的载荷，而支撑架4沿底盘型架1每侧的中部延伸设置，一方面保证驱动件3的动力输出方向与轮轴21的轴向一致，二是底盘型架1可提供有效的安装空间且将驱动件3的载荷更均匀分布在底盘型架1上，便于驱动组件安装及检修，且进一步提高底盘的运动稳定性。

实施例3

实施例3与实施例2基本相同，参考图3至图6，与实施例2的不同之处在于：本实施例提供的轮座体12具体包括沿竖直方向设置的轨道121以及与轨道121滑动连接的滑动块122，每组全向轮的轮轴21两端均通过轴承与滑动块122连接，以使轮轴21与滑动块122可沿竖直方向滑动；轮座体12轨道121的设计有效限制全向轮的轮轴21在水平方向移动，避免全向轮在移动或转动过程中在水平方向发生不稳定滑动而出现卡死或行走不精确的现象；而轮座体12上滑动块122的设计可使得全向轮在受到硬性碰撞的时候，轮轴21可带动全向轮沿竖直方向滑动，可有效避免全向轮受到硬性碰损，延长全向轮的使用寿命。

为进一步增加底盘运动的稳定性，在滑动块122的上端设置有弹性件123，弹性件123的下端与滑动块122连接，弹性件123的上端与底盘型架1可拆卸连接或可拆卸连接，弹性件123的选择有多种，本实施例优选为一组复位弹簧，可使得全向轮在碰撞过程中能够迅速复位，且在滑动块122与底盘型架1间安装复位弹簧，使其具有减震作用，全向轮在高速运动中能有效的避震，进而增强底盘运动的稳定性。

本实施例安装架11包括与轮座体12平行设置的立板111，立板111上设置有沿竖直方向的条形孔112，条形孔112的设置位置与滑动块122的滑动空间相对应，轮轴21的一端经条形孔112与对应的驱动件3连接，立板111上条形孔112的设计可对轮轴21沿底盘型架1水平面的设置位置起进一步的限位支撑作用，同时也为轮轴21提供了竖直方向的滑动空间，避免全向轮在高速转动过程中产生硬性撞损。

实施例4

实施例4与实施例3基本相同，参考图5，与实施例3的不同之处在于：本实施例全向轮均包括至少两个轮盘22，优选为四个轮盘22，且轮盘22的轮缘圆周面上均匀分布有多个辊子23，本实施例优选为八个辊子23，且八个辊子23对应的八个辊轴24与全向轮的轮轴21相互垂直，辊子23与辊轴24之间安装有重型滚针轴承，重型滚针轴承沿全向轮径向设计，可有效提高全向轮的有效载荷，增加底盘的承重能力；且每个全向轮上至少有两个轮盘22上的辊轴24相互交错布置，以保证每个全向轮在转动过程中，全向轮的中心离地面的高度相同，进而实现全向轮平稳转动。

为进一步降低车轮对底面的要求，四个全向轮的轮轴21设计在同一水平面，底盘型架1与每个全向轮轮缘底部的距离为X，且X≥1/3全向轮直径，以使轮轴21与底盘型架1连接可靠的情况下，设计延伸出底盘型架1底面的全向轮高度大于或等于全向轮直径的1/3，可满足底面障碍物高度不超过全向轮直径的1/3均可顺利通过，可有效降低车轮对底面的要求，以适应在特殊环境中使用，使其具有更好的实用性。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.坐标式移动底盘，包括底盘型架，底盘型架上安装有由驱动组件控制的车轮，其特征在于：所述车轮包括四个全向轮，所述驱动组件包括分别与四个全向轮连接的驱动件，所述底盘型架底部的形状呈矩形状，四个全向轮分别位于底盘型架的四个拐角处，沿对角线方向的两个全向轮的轮轴轴线相互平行，相邻的两个全向轮的轮轴轴线相互垂直。

2.根据权利要求1所述的坐标式移动底盘，其特征在于：每个所述驱动件均连接有用于控制对应全向轮转速的控制模块。

3.根据权利要求1所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述底盘型架与每个全向轮轮缘底部的距离为X，且X≥1/3全向轮直径。

4.根据权利要求1所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述驱动件包括电机、与电机输出轴连接的减速机，所述电机减速机通过十字联轴器与对应的轮轴连接。

5.根据权利要求4所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述驱动件还包括离合器，所述离合器设于减速机与轮轴之间。

6.根据权利要求1所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述底盘型架包括安装架以及设置在安装架上的轮座体，每个所述全向轮的轮轴两端均设置有轮座体，且每个全向轮的轮轴两端均通过轴承与轮座体转动连接，所述驱动组件固定在安装架上，每个所述驱动件分别与对应的轮轴转动连接。

7.根据权利要求6所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述轮座体包括沿竖直方向设置的轨道、与轨道滑动连接的滑动块，每组全向轮的轮轴两端均通过轴承与滑动块连接，以使轮轴与滑动块可沿竖直方向滑动。

8.根据权利要求7所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述滑动块的上端设置有弹性件，所述弹性件的下端与滑动块连接，弹性件的上端与底盘型架可拆卸连接。

9.根据权利要求7或8所述的坐标式移动底盘，其特征在于：所述安装架包括与轮座体平行设置的立板，所述立板上设置有沿竖直方向的条形孔，条形孔的设置位置与滑动块的滑动空间相对应，所述轮轴的一端经条形孔与对应的驱动件连接。

10.根据权利要求1所述的坐标式移动底盘，其特征在于：每个所述全向轮均包括至少两个轮盘，且轮盘的轮缘圆周面上均匀分布有多个辊子，且多个辊子对应的多个辊轴与全向轮的轮轴相互垂直，且每个全向轮上至少有两个轮盘上的辊轴相互交错布置。