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CN108275211A - 一种履带式全向移动机器人 - Google Patents

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CN108275211A
CN108275211A CN201810258091.7A CN201810258091A CN108275211A CN 108275211 A CN108275211 A CN 108275211A CN 201810258091 A CN201810258091 A CN 201810258091A CN 108275211 A CN108275211 A CN 108275211A
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CN
China
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fixed
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Pending
Application number
CN201810258091.7A
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English (en)
Inventor
费思先
吕磊
孙青�
盛蕊
范凯杰
李宪华
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Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D55/00—Endless track vehicles
    • B62D55/06—Endless track vehicles with tracks without ground wheels
    • B62D55/065—Multi-track vehicles, i.e. more than two tracks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种履带式全向移动机器人，包括主体底板、主体外壳、电池单元、控制单元、通信单元、电机驱动单元和履带单元；所述的履带单元由转轴、履带、履带轮固定板、履带支架、驱动电机、减速器、测速编码器组成；主体底板采用铝合金结构，主体底板上方承载机器人本体的设备，包含电池单元、控制单元、通信单元以及电机驱动单元；主体底板下方为4个履带单元，每个履带单元构成一组转向结构，通过轴承座与角接触轴承安装在机器人主体底板下方；履带单元可绕偏转轴±90°偏转，偏转角由角度传感器测量，角度传感器通过角度传感器支架固定在主体底板上；整机不需要复杂的主动转向结构，同时具备履带式机器人载重能力强、运行平稳等特点。

Description

一种履带式全向移动机器人
技术领域：
本发明涉及一种全向机器人，尤其涉及一种履带式全向移动机器人。
背景技术：
随着机器人技术的飞速发展，机器人在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用。全向移动机器人可以实现转弯半径为零的旋转或者在保持机器人姿态不变的情况下向任何方向移动。由于独特的运动性能，全向移动机器人在智能轮椅、搬运机器人、巡检机器人等产品中具有明显的优越性。
目前全向移动机器人的常用运动结构有麦克纳姆轮、同心转向轮等。但麦克纳姆轮外缘的辊子交替与地面接触，在滚动过程中辊子不断受到地面的冲击载荷，使得轮子在转动过程中与地面接触点的高度不断变化，导致车体振动或打滑；转向轮组成的全向移动机器人轮子朝向的偏转需要主动转向结构驱动，因此需要复杂的转向结构，且机器人在直线运行时转向驱动结构成为额外的负载，能量利用率低。
发明内容：
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种设计合理、承载力强、安全可靠的全向移动机器人。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。
一种履带式全向移动机器人，包括主体底板、主体外壳、电池单元、控制单元、通信单元、电机驱动单元和履带单元，其特征在于：所述机器人主体底板采用铝合金结构，主体底板上方固定有机器人本体的设备和结构，包含通信单元、电池单元、控制单元以及电机驱动单元，四周围有主体外壳。主体底板下方为4个履带单元，每个履带单元构成一组转向结构，通过轴承座与角接触轴承安装在机器人主体底板下方。
所述机器人主体底板采用铝合金结构，上面打有安装螺纹口及通孔，主体外壳、通信单元、电池单元、控制单元以及电机驱动单元通过螺钉固定于主体底板上方。
所述履带单元由转轴、履带、履带轮固定板、履带支架、驱动电机、减速器、测速编码器组成。所述履带轮固定板上打有安装用的螺纹孔及通孔，所述转轴以及履带支架通过螺钉固定在履带轮固定板上，所述驱动电机为直流电机且固定在减速机上，驱动电机动力输出端与减速机输入端连接用以将电机的动力输出，所述驱动电机后端连接有编码测速器，用以测量电机转速。所述减速器固定在履带支架上，输出端与履带主动轮相连，用以增强输出扭矩。
所述轴承座通过螺钉固定在主体底板上，轴承座内装有角接触轴承，所述履带单元通过角接触轴承与主体底板连接，履带单元轴可±90°偏转，偏转角由角度传感器测量，所述角度传感器外壳固定在传感器支架上，角度传感器的旋转轴通过联轴器与履带单元的转轴连接，所述传感器支架通过螺钉固定在主体底板上。
由于角接触轴承可同时承受较大的径向负荷和轴向负荷，所以履带单元既可以起到承载机器人本体和负载重量的作用，又能通过履带运转牵引机器人水平运动。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)机器人用具有被动转向结构的履带单元转向结构代替主动转向轮，使该机器人不需要复杂的主动转向结构，消除了机器人在直线运行时转向驱动结构行成额外的负载。
(2)与传统麦克纳姆轮式全方向机器人相比，履带式全方向机器人具备履带式机器人所拥有的载重能力强、运行平稳等特点。
附图说明：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的履带单元与主体连接示意图；
图3是本发明的履带单元结构示意图；
图4是本发明的单个履带单元控制流程图；
图5是本发明的整体控制流程图。
图中：1、电机驱动单元；2、电池单元；3、控制单元；4、主体外壳；5、通信单元；6、主体底板；7、履带单元；601、角度传感器；602、角度传感器支架；603、联轴器；604、平键；605、轴承座；606、角接触轴承；607、履带单元；701、转轴；702、履带轮固定板；703、履带支架；704、履带；705、减速器；706、驱动电机；707、测速编码器。
具体实施方式：
为了使本发明所实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效简单明了，下面结合具体附图和具体实施方式对本发明做进一步详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参见附图1～3，一种履带式全向移动机器人，包括电机驱动单元1、电池单元2、控制单元3、主体外壳4、通信单元5、主体底板6、履带单元7。其特征在于：所述机器人主体底板6采用铝合金结构，主体底板6上方固定有机器人本体的设备和结构，包含电机驱动单元1、电池单元2、控制单元3以及通信单元5，四周围有主体外壳4。主体底板6下方为4个履带单元7，每个履带单元7构成一组转向结构，通过轴承座605与角接触轴承606安装在机器人主体底板6下方。
所述机器人主体底板6采用铝合金结构，上面打有安装螺纹口及通孔，电机驱动单元1、电池单元2、控制单元3、主体外壳4以及通信单元5通过螺钉固定于主体底板6上方。
所述履带单元7由转轴701、履带轮固定板702、履带支架703、履带704、减速器705、驱动电机706、测速编码器707组成。所述履带轮固定板702上打有安装用的螺纹孔及通孔，所述转轴701以及履带支架703通过螺钉固定在履带轮固定板702上，所述驱动电机706为直流电机且固定在减速机705上，驱动电机706动力输出端与减速机705输入端连接用以将电机的动力输出，所述驱动电机706后端连接有编码测速器707，用以测量电机转速。所述减速器705固定在履带支架上，输出端与履带主动轮相连，用以增强输出扭矩。
所述轴承座605通过螺钉固定在主体底板6上，轴承座605内装有角接触轴承606，所述履带单元7通过角接触轴承606与主体底板6连接，履带单元7轴可±90°偏转，偏转角由角度传感器测量601，所述角度传感器601外壳固定在传感器支架602上，角度传感器601的旋转轴通过联轴器603与履带单元7的转轴701连接，所述传感器支架602通过螺钉固定在主体底板6上。
由于角接触轴承可同时承受较大的径向负荷和轴向负荷，所以履带单元既可以起到承载机器人本体和负载重量的作用，又能通过履带运转牵引机器人水平运动。
所述通信单元5用以机器人与其他设备通信，所述电池单元2提供机器人整机的用电需求，所述控制单元3对机器人的运动状态进行运动学姿态解算，电机驱动单元1用以驱动电机转动，
如图4所示，单个履带单元7的运动可以分解为直线运动和绕转轴701的旋转，其输入控制量为两个履带704的运动速度和转轴701偏转角度。首先通过角度传感器601测量实际偏转角度和控制信号中偏转角度的差，通过控制单元3计算并输出两个驱动电机706转速的调整值。每个驱动电机706的实际转速和控制指令中的转速差叠加电机转速调整值，输入到控制单元3中，调整每个驱动电机706的转速，驱动电机706输出的运动通过减速器705传递到履带704上，通过方向和速度配合来输出履带单元的偏转角度和移动速度，进而完成单个履带单元的差速运动。
如图5所示，机器人从通讯单元5接收的运动指令包括主体的运动速度、方向和主体朝向，机器人控制单元3根据运动学姿态解算将机器人主体的指令分解为每个履带单元7的控制指令，并将指令传送至电机驱动单元1进而驱动电机706，通过每个履带单元7带动机器人整体移动。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明所要求保护的范围内，本发明所要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种履带式全向移动机器人，其特征在于：所述机器人主体底板(6)采用铝合金结构，主体底板(6)上方固定有机器人本体的设备和结构，包含电机驱动单元(1)、电池单元(2)、控制单元(3)以及通信单元(5)，四周围有主体外壳(4)。主体底板(6)下方为4个履带单元(7)，每个履带单元(7)构成一组转向结构，通过轴承座(605)与角接触轴承(606)安装在机器人主体底板(6)下方；所述机器人主体底板(6)采用铝合金结构，上面打有安装螺纹口及通孔，电机驱动单元(1)、电池单元(2)、控制单元(3)、主体外壳(4)以及通信单元(5)通过螺钉固定于主体底板(6)上方；所述履带单元(7)由转轴(701)、履带轮固定板(702)、履带支架(703)、履带(704)、减速器(705)、驱动电机(706)、测速编码器(707)组成；所述履带轮固定板(702)上打有安装用的螺纹孔及通孔，所述转轴(701)以及履带支架(703)通过螺钉固定在履带轮固定板(702)上，所述驱动电机(706)为直流电机且固定在减速机(705)上，驱动电机(706)动力输出端与减速机(705)输入端连接用以将电机的动力输出，所述驱动电机(706)后端连接有编码测速器(707)，用以测量电机转速；所述减速器(705)固定在履带支架上，输出端与履带主动轮相连，用以增强输出扭矩；所述轴承座(605)通过螺钉固定在主体底板(6)上，轴承座(605)内装有角接触轴承(606)，所述履带单元(7)通过角接触轴承(606)与主体底板(6)连接，履带单元(7)轴可±90°偏转，偏转角由角度传感器测量(601)，所述角度传感器(601)外壳固定在传感器支架(602)上，角度传感器(601)的旋转轴通过联轴器(603)与履带单元(7)的转轴(701)连接，所述传感器支架(602)通过螺钉固定在主体底板(6)上。
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