CN212667026U - 一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，包括底盘、控制模块和麦克纳姆轮，所述底盘包括带有霍尔效应编码器的减速电机、九轴陀螺仪、超声波测距模块等，控制模块包括主控芯片及其外围电路、霍尔效应编码器数据读取电路、陀螺仪数据读取模块、电机驱动模块(PWM波)等。本实用新型不需要专门为轮子设计转向机构，而只需利用各轮之间转速与转向的相互配合就可实现移动平台在平面内任意方向的运动，使得机器人的运动灵活性得到明显的提高，同时创造性地将高精度陀螺仪与带有霍尔效应编码器的减速电机相结合，可以实现任意位置迅速到位。

Description

一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置

技术领域

本实用新型属于控制装置技术领域，具体涉及一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置。

背景技术

近年来智能车迅速发展，智能车又称轮式机器人，它集中运用了多传感器信息融合技术、物联网、人工智能等技术。对于智能车的研究自其兴起之时起，就受到世界各国的广泛关注。当机器人工作在空间狭窄、障碍物较多的环境中时，实现机器人的全向精准到位就变得尤为关键。所谓全方位移动，是指移动平台在其运动的平面内具有三个自由度，即在保持车体自身姿态不变的情况下，实现前后、左右、原地旋转等运动，以此达到在运动平面内实现任意方向的运动。

当机器人需要在狭窄的空间中实现精准到位时，全方向移动轮式机器人可以发挥其自身优势，灵活自如地穿梭于有限的场景并完成指定的任务，这可以大大拓宽机器人的应用范围。

但是目前的轮式机器人主要是采用电磁线或者寻迹方式来引导机器人的运行，很难实现全方向的运行，也很难保证机器人运行的平稳性，并且目前的机器人大部分采用的是传统PID控制器，传统PID控制器包括三个参数：比例单元(P)、积分单元(I) 和微分单元(D)。但是这三个参数一旦确定以后就无法调整，在一些特殊场景下被控对象的系统参数很难掌握，传统PID控制器很难对这种时变状态的被控对象取得最佳的预期响应。

发明人在实际使用过程中发现，这些现有技术至少存在以下技术问题：

现有轮式机器人很难保证运行的平稳性。

发明内容

为克服上述存在之不足，本实用新型的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其可以实现轮式机器人的全方向精准运行，动态控制机器人的运行速度，实时纠正机器人的航向角等。

为实现上述目的本实用新型所采用的技术方案是：提供一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，包括：底盘和麦克纳姆轮,所述麦克纳姆轮安装在底盘四周，还包括控制模块和驱动电机，所述控制模块安装在底盘上，包括数据采集模块、数据分析模块和运动控制器，所述驱动电机安装在底盘上，所述运动控制器通过控制驱动电机来驱动麦克纳姆轮进行运动。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述底盘包括上底板和下底板，并安装有减速电机、陀螺仪、超声波测距模块。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述减速电机上安装有霍尔效应编码器，且减速电机采用直流供电。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述减速电机通过联轴器分别与四个麦克纳姆轮连接。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述数据采集模块包括多个传感器。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述的数据分析模块有PID算法模块、霍尔效应编码器数据处理模块和陀螺仪数据处理模块。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述运动控制器可拆卸安装在底盘上。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述的九轴陀螺仪通过UART串口与数据分析模块相连接。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：每个减速电机安装有一个输出控制接口和一个编码器输入接口。

根据本实用新型所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其进一步的优选技术方案是：所述数据分析模块安装有PID调节器和多传感器信息融合处理器。

相比现有技术，本实用新型的技术方案具有如下优点/有益效果：

创造性地将高精度陀螺仪与带有霍尔效应编码器的减速电机相结合，可以实现任意位置迅速到位，相较于传统车轮及控制方法，本车无需旋转车体方向即可到位，降低了控制难度，极大增加了稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型的正视图。

图2是本实用新型的侧视图。

图3是本实用新型的俯视图。

图4是本实用新型的原理框图。

图5是本实用新型的底盘控制软件流程图。

图中标记分别为：1.麦克纳姆轮；2.减速电机；3.上底板；4.螺母；5.下底板；6. 铜柱；7.主控板；8.舵机控制板；9.红外传感器；10.驱动电机；11.螺钉；12.电机支架。

具体实施方式

为使本实用新型目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例：

如图1-3所示，本实用新型一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，包括麦克纳姆轮1、减速电机2、上底板3、螺母4、下底板5、铜柱6、主控板7、舵机控制板8、红外传感器9、驱动电机10、螺钉11、电机支架12。本实用新型的主体包括底盘、控制模块和麦克纳姆轮1，底盘由上底板3和下底板5组成，控制模块包括数据采集模块、数据分析模块和运动控制器，所述控制模块安装在下底板5上，所述麦克纳姆轮1可拆卸安装在下底板5的四周。同时在底盘上还安装有减速电机2、陀螺仪、超声波测距模块，用来和控制模块配合使用。

值得一提的是，为了更好地控制本实用新型的运行速度，在减速电机2上安装有霍尔效应编码器，同时，减速电机2采用直流的供电方式，并通过联轴器分别与四个麦克纳姆轮1连接，来实现速度的调整。除此之外，每个减速电机2安装有一个输出控制接口和一个编码器输入接口，用来实现数据的传输。

同时需要指出的是，数据采集模块包括多个传感器，用来收集数据，并通过数据传输电路发送给数据分析模块进行处理，陀螺仪通过UART串口与数据分析模块相连接，数据分析模块有PID算法模块、霍尔效应编码器数据处理模块和陀螺仪数据处理模块，并安装有PID调节器和多传感器信息融合处理器，PID调节器用来调整速度，多传感器信息融合处理器用来处理收集到的信息。

此外，为了对本实用新型的运动轨迹进行控制，在下底板5上可拆卸安装有运动控制器，运动控制器通过控制驱动电机10来控制运动。

如图5所示，系统经过初始化之后，蜂鸣器响两声(表示系统初始化完成)，而后系统等待运动命令，在接收到位置坐标后，经PWM波驱动电机，同时各传感器模块实时读取数据，经数据分析处理模块处理，实时更新位置坐标。

如图4所示，陀螺仪将位姿信息发送给控制模块，同时带有霍尔效应编码器的减速电机2将转速及旋转方向发送给控制模块，控制模块再发出指令进行反馈调节，使本实用新型完成预期指令。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，包括：底盘和麦克纳姆轮,所述麦克纳姆轮安装在底盘四周，其特征在于，还包括控制模块和驱动电机，所述控制模块安装在底盘上，包括数据采集模块、数据分析模块和运动控制器，所述驱动电机安装在底盘上，所述运动控制器通过控制驱动电机来驱动麦克纳姆轮进行运动。

2.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述底盘包括上底板和下底板，并安装有减速电机、陀螺仪、超声波测距模块。

3.根据权利要求2所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述减速电机上安装有霍尔效应编码器，且减速电机采用直流供电。

4.根据权利要求2所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述减速电机通过联轴器分别与四个麦克纳姆轮连接。

5.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述数据采集模块包括多个传感器。

6.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述的数据分析模块有PID算法模块、霍尔效应编码器数据处理模块和陀螺仪数据处理模块。

7.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述运动控制器可拆卸安装在底盘上。

8.根据权利要求2所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述陀螺仪为九轴陀螺仪，所述的九轴陀螺仪通过UART串口与数据分析模块相连接。

9.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，每个减速电机安装有一个输出控制接口和一个编码器输入接口。

10.根据权利要求1所述的一种麦克纳姆轮全向精准到位底盘装置，其特征在于，所述数据分析模块安装有PID调节器和多传感器信息融合处理器。

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