阅读说明：本技术 一种全向全驱移动平台 (Omnidirectional full-drive mobile platform ) 是由 孙丹颖 李圣巍 张帅帅 李胜 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种全向全驱移动平台,包括：车体,设置在所述车体上的四组移动机构,与所述移动机构相连的车轮,驱动所述移动机构的控制系统；所述移动机构包括转向移动机构和直行移动机构。本发明具有更好的移动性能,省却了云台结构,在进行全向移动时仍可保证车身姿态不变。(The invention provides an omnidirectional full-drive mobile platform, which comprises: the device comprises a vehicle body, four groups of moving mechanisms arranged on the vehicle body, wheels connected with the moving mechanisms, and a control system for driving the moving mechanisms; the moving mechanism comprises a steering moving mechanism and a straight moving mechanism. The invention has better moving performance, saves the structure of a tripod head, and can still ensure that the posture of the car body is not changed when the car moves in all directions.)

一种全向全驱移动平台

技术领域

本发明属于智能仓储技术，具体为一种全向全驱移动平台。

背景技术

全向移动平台是指在xy平面内，以任意的姿态进行平移和旋转的平台，具有转向空间小，各方向运动独立的优势，可广泛地应用于工业、玩具、机器人等涉轮式驱动的移动平台。现有的全向移动平台大都基于车轮实现，如麦克纳姆轮式和全方位轮式，通过对车轮的特殊设计实现全向移动，但是通过模式实现的全向移动具有一定局限，由于组成结构的复杂性，该种全向移动平台系统的可靠性低、成本高，且对于环境地形拥有很高的要求，具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种全向全驱移动平台。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种全向全驱移动平台，包括：车体，设置在所述车体上的四组移动机构，与所述移动机构相连的车轮，驱动所述移动机构的控制系统；所述移动机构包括转向移动机构和直行移动机构。

优选地，所述转向移动机构包括车身支架、直流蜗轮蜗杆减速电机、 8mm-8mm联轴器、8mm-6mm联轴器、滑环、编码器支架和绝对式编码器；所述车身支架设置在车体上；所述直流蜗轮蜗杆减速电机设置在车身支架上部，上出轴通过8mm-6mm联轴器与绝对式编码器连接，下出轴通过8mm-8mm联轴器与直行移动机构连接；所述滑环设置在车身支架下部，定子部分与控制系统连接，转子部分与直行移动机构连接；所述编码器支架设置在车体上，位置为车身支架正上方；所述绝对式编码器设置在编码器支架上方，出轴通过8mm-6mm联轴器与直流涡轮蜗杆减速电机连接。

优选地，所述车身支架呈半工字型，所述直流涡轮蜗杆减速电机的减速箱部分固定于所述车身支架顶部的上侧，所述直流涡轮蜗杆减速电机的电机部分通过所述车体侧面预留的方形凹槽延伸入所述车体内部，所述直流涡轮蜗杆减速电机的下出轴与所述8mm-8mm联轴器相连，所述直流涡轮蜗杆减速电机的上出轴与所述8mm-6mm联轴器的8mm孔相连；所述滑环的定子固定于所述车身支架底部的上侧，其定子部分的出线与所述车体内部的控制系统相连，其转子部分的出线与所述直行移动机构的信号线相连；所述编码器支架呈L形，所述编码器支架的侧边设有与车体相连的安装孔，所述编码器支架顶部设有与绝对式编码器相连的安装孔；所述绝对式编码器固定于编码器支架顶部的上侧，所述绝对式编码器的出轴与所述8mm-6mm联轴器的6mm孔相连。

优选地，所述直行移动机构包括车轮支架、六角联轴器、直流减速电机、霍尔增量式编码器、法兰盘和纵向连接轴；

所述法兰盘设置在车轮支架上部，与纵向连接轴下端连接；所述直流减速电机设置在车轮支架侧边，与六角联轴器和连接；所述霍尔增量式编码器与直流减速电机连接；所述六角联轴器与车轮连接；所述纵向连接轴下端与法兰盘连接，上端与转向移动机构连接。

优选地，所述控制系统由主控芯片、电机驱动板和通信模块三个部分构成；所述通信模块与所述主控芯片连接，所述电机驱动板与所述主控芯片连接，所述主控芯片通过所述通信模块接收到来自上位机的控制命令，向所述电机驱动板发送PWM波，使电机驱动板输出电压驱动所述直流减速电机和所述直流蜗轮蜗杆减速电机工作。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明具有更好的移动性能，省却了云台结构，在进行全向移动时仍可保证车身姿态不变；本发明不依赖于麦克纳姆轮完成全向移动功能，受地形限制相对较小，该运动模式具有扩展性，在公路地形上可能会有更好的应用。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

附图说明

图1是全向全驱平台结构示意图。

图2是转向移动机构结构示意图。

图3是直行移动机构与车轮结构示意图。

图4是控制系统结构示意图。

图5是全向原理示意图。

图中：1是车体，2是移动机构，3是车轮，4是绝对式编码器，5是编码器支架，6是8mm-6mm联轴器，7是直流涡轮蜗杆减速电机，8是车身支架，9是 8mm-8mm联轴器，10是滑环，11是纵向连接轴，12是法兰盘，13是车轮支架，14是直流减速电机，15是六角联轴器。

具体实施方式

如图1所示，一种全向全驱移动平台，包括车体(1)，设置在所述车体(1)上的四组移动机构(2)，与所述移动机构(2)相连的车轮(3)，驱动所述移动机构(2)的控制系统；所述移动机构(2)包括转向移动机构和直行移动机构。所述控制系统接收上位机发出的远程命令，驱动所述移动机构(2)进行直行或者转向。

如图2所示，进一步的实施例中，所述转向移动机构包括车身支架、直流蜗轮蜗杆减速电机、8mm-8mm联轴器(9)、8mm-6mm联轴器(6)、滑环(10)、编码器支架(5)和绝对式编码器(4)；所述车身支架设置在车体(1)上；所述直流蜗轮蜗杆减速电机设置在车身支架上部，上出轴通过8mm-6mm联轴器(6)与绝对式编码器(4)连接，下出轴通过8mm-8mm联轴器(9)与直行移动机构连接；所述滑环 (10)设置在车身支架下部，定子部分出线与控制系统连接，转子部分出线与直行移动机构连接；所述编码器支架(5)设置在车体(1)上，位置为车身支架正上方；所述绝对式编码器(4)设置在编码器支架(5)上方，出轴通过8mm-6mm联轴器(6)与直流涡轮蜗杆减速电机连接。

进一步的实施例中，所述车身支架呈半工字型，所述车身支架顶部设有用于安装所述直流蜗轮蜗杆减速电机的安装孔，所述车身支架底部设有与所述滑环 (10)内径相同的通孔和用于安装所述滑环(10)的安装槽，所述车身支架的侧边设有与车体(1)相连的安装孔。

所述直流涡轮蜗杆减速电机的减速箱部分固定于所述车身支架顶部的上侧，所述直流涡轮蜗杆减速电机的电机部分通过所述车体(1)侧面预留的方形凹槽延伸入所述车体(1)内部，所述直流涡轮蜗杆减速电机的下出轴与所述8mm-8mm联轴器(9)相连，所述直流涡轮蜗杆减速电机的上出轴与所述8mm-6mm联轴器(6) 的8mm孔相连；所述滑环(10)的定子固定于所述车身支架底部的上侧，其定子部分的出线与所述车体(1)内部的控制系统相连，其转子部分的出线与所述直行移动机构的信号线相连；所述编码器支架(5)呈L形，所述编码器支架(5)的侧边设有与车体(1)相连的安装孔，所述编码器支架(5)顶部设有与绝对式编码器(4)相连的安装孔；所述绝对式编码器(4)固定于编码器支架(5)顶部的上侧，所述绝对式编码器(4)的出轴与所述8mm-6mm联轴器(6)的6mm孔相连。

如图3所示，所述直行移动机构包括车轮支架(13)、六角联轴器(15)、直流减速电机(14)、霍尔增量式编码器、法兰盘(12)和纵向连接轴(11)；

所述法兰盘(12)设置在车轮支架(13)上部，与纵向连接轴(11)下端连接；所述直流减速电机(14)设置在车轮支架(13)侧边，与六角联轴器(15)和连接；所述霍尔增量式编码器与直流减速电机(14)连接；所述六角联轴器(15)与车轮(3)连接；所述纵向连接轴(11)下端与法兰盘(12)连接，上端与转向移动机构连接。

所述车轮支架(13)侧面设有用于固定所述直流减速电机(14)的安装孔和用于通过所述直流减速电机(14)出轴的通孔，顶部设有用于固定法兰盘(12)的安装孔；所述直流减速电机(14)通过所述车轮支架(13)与所述六角联轴器(15)的圆柱端相连；所述编码器固定于直流减速电机(14)的末端；所述车轮(3)经螺丝固定于所述六角联轴器(15)的六角端；所述法兰盘(12)的底部圆盘固定于车轮支架(13)上侧；所述纵向连接轴(11)线段与所述法兰盘(12)连接，上端通过所述转向移动机构中的车身支架和滑环(10)的内孔与所述8-8mm联轴器的下端连接。

如图4所示，所述控制系统由主控芯片、电机驱动板和通信模块三个部分构成；所述通信模块与所述主控芯片连接，所述电机驱动板与所述主控芯片连接。

所述主控芯片为一高性能的嵌入式控制芯片,内含一套程序控制所述全向全驱平台的工作；所述电机驱动板即电机驱动控制器，根据不同的脉宽调制波 (PWM)的输入输出不同的电机驱动电压，其电压阈值由电机驱动板的供电电压决定；所述通信模块为一无线串口收发模块，在此配置成USART接口全双工无线传输模块，其功能为实现上位机和所述全向全驱平台之间双向的信息交互；所述上位机即可以直接发出操控命令的设备，在此为安装了专门为所述全向全驱平台开发的应用程序的计算机。

进一步地，所述控制系统的具体工作方式为：所述主控芯片通过所述通信模块接收到来自上位机的控制命令，向所述电机驱动板发送PWM波，使电机驱动板输出电压驱动所述直流减速电机(14)和所述直流蜗轮蜗杆减速电机工作；所述霍尔增量式编码器向所述主控芯片反馈所述直流减速电机(14)的实时转速；所述绝对式编码器(4)向所述主控芯片反馈所述直流蜗轮蜗杆减速电机的实时角位置；所述主控芯片得到反馈的速度信息和角位置信息后，根据闭环算法调整输出给所述电机驱动板发送的PWM波的频率，使所述电机驱动板输出不同的工作电压，进而使所述直流减速电机(14)的转速和所述直流蜗轮蜗杆减速电机的角位置向理想值靠拢，即使所述移动机构(2)按照指令运作。

所述移动机构(2)的具体工作方式为，通过机械上的连接，转向移动机构带动直行移动机构，使所述车轮(3)按照理想的朝向和转速滚动，四个车轮(3)在满足速度几何约束的前提下转动，进一步带动整个所述全向全驱平台进行全方位移动。为了保证各组移动机构(2)的一致性，在正常工作前，应先通过所述上位机向所述控制系统发送初始化命令，使各组转向移动机构恢复至零位，再调整各组直行移动机构的朝向至正前方，保证四组移动机构(2)的转向一致。

所述全向全驱平台进行全方位移动的原理为，如图5所示，在xoy坐标系向，将轮A的位置用一个矢量R_A表示，将全向全驱平台的中心位置P用矢量R_P表示，则根据矢量相加的原理有：

R_A＝R_P+R_AP

将矢量的具体值用该矢量的幅值和该矢量与x轴的夹角表示，则有：

其中φ_A为矢量R_AP与x’oy’坐标系的坐标轴oy’的夹角，φ₀为xoy坐标系与x’oy’坐标系的夹角。

对两边同时求导，有：

其中

v_A：车轮(3)A的滚动速度；

v_p：全向全驱平台中心点P的移动速度；

则左右同除以有：

ω：全向全驱平台绕中心点P的旋转速度

故可得车轮(3)A的滚动速度和车轮(3)A的朝向φ_A：

即已知整个平台的速度和角速度值，即可得各车轮(3)的速度和朝向。各车轮(3)相互配合，即可使平台全向移动。