[發明專利]一種全方位輪式移動機器人

無效

• 申請號: 201110177875.5
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102267504A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 宋春雨;趙京;杜濱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種全方位輪式移動機器人，涉及機械工程領域，尤其是涉及通過徑向回轉車輪，改變車輪的旋轉方向，從而實現移動機器人全方位移動。

背景技術

移動機器人按移動特性可分為非全方位移動機器人和全方位移動機器人兩種。全方位移動機器人系統在平面上能實現3自由度全方位運動，這種全向運動特性使得全方位運動機構在各行業中有著廣泛的應用前景，已經成為機器人研究領域的一個重要分支，得到越來越多的關注。所謂全方位移動機器人，就是指如果不考慮驅動電機轉速限制，機器人能夠在任何時刻向平面上任何方向運動。通常，輪式機器人大部分都使用差分驅動輪系作為機器人的驅動系統，這樣的機器人能夠在不同曲率半徑的圓弧或直線上運動，也能夠原地旋轉自身；但它不能沿輪子平面的法線方向運動。這個限制對全方位移動機器人來說并不存在。

全方位移動機器人具有其它移動機構無法取代的獨特性，能夠更好的服務于人類生產、生活。全方位移動機器人利用車輪所具有的定向和定位功能，實現二維平面上從當前位置向任意方向運動而不需改變車體姿態，全方位移動機器人因其回轉半徑為零而可以在較狹窄或擁擠的場所靈活自由地穿行。同時在需要精確定位和高精度軌跡跟蹤的時候，全方位移動機器人可以對自己的位置進行細微的調整。

目前國內外用于生產、生活的移動機器人多為非全方位移動機器人，而已有全方位移動機器人多數采用麥克納姆輪來實現機器人的全方位行走，但是麥克納姆輪本身存在缺陷，其車輪的外廓線不是純圓，只是一個近似于圓形的多邊形，行走時不穩定，容易產生震動。

發明內容

本發明的目的是設計一種新型的全方位輪式移動機器人，通過改變車輪的旋轉方向來實現移動機器人全方位移動。非常適合在空間狹窄、對機器人的機動性要求高的場合，可用于工廠生產流水線運輸裝置，人類生活服務設施，代替人類在高危險地段工作。

本發明是通過以下技術方案實現的，一種全方位移動機器人包括：圓盤形的移動機器人本體2，三個復合車輪1，分別對于三個復合車輪1進行軸向旋轉控制的三個軸向驅動電機12，分別對于三個復合車輪1進行車輪徑向零半徑回轉控制的三個轉向驅動電機11；在移動機器人本體2的下方呈120°夾角均布安裝復合車輪1，且每個復合車輪1的輪心離移動機器人本體2中心的距離相等。

復合車輪1包括有車輪輪體6和與其固定連接的車輪輪轂7，其中車輪輪體6內部為空心結構，其內部空心結構通過滾動軸承13連接有電機套筒5，電機套筒5一部分位于車輪輪體6內，一部分位于車輪輪體外；電機套筒5內裝有軸向驅動電機12，軸向驅動電機12的輸出軸連接至車輪輪轂7驅動復合車輪軸向旋轉。

U形夾板4與電機套筒5的伸出端相連，通過U形夾板4將電機套筒5與車輪徑向旋轉軸3相連，車輪徑向旋轉軸3通過聯軸器9與轉向驅動電機11連接，而轉向驅動電機11通過法蘭盤10與移動機器人本體2相連；車輪徑向旋轉軸3的旋轉中心位于車輪輪體中心的正上方。

本發明可以取得如下有益效果：

每個復合輪在平面上都能實現3自由度全方位運動，可實現車輪軸向旋轉和車輪徑向零半徑回轉，由兩個不同的電機獨立驅動，相互間互不干擾。驅動車輪軸向旋轉的電機內嵌在車輪內部，這樣既縮小車輪占用空間，又減輕了車輪整體質量；電機輸出軸與車輪輪轂直接連接，這樣既簡化了車輪結構又降低了中間環節功率損耗。驅動車輪徑向旋轉的電機通過法蘭盤固定在移動機器人本體中，電機輸出軸通過聯軸器與車輪徑向軸連接，直接驅動車輪徑向回轉，由于車輪轉向旋轉軸位于車輪中心，無偏心距，故可實現車輪的零半徑回轉，并可實現移動機器人零半徑的原地旋轉。

移動機器人直線行走時，徑向電機自鎖，三個車輪軸向平行，通過軸向電機驅動使得車輪旋轉前進，通過改變電機轉速來調整移動機器人速度；當移動機器人要轉向時，徑向電機按轉向方向旋轉所需角度，使得車輪到達指定方向，從而實現轉向。由于車輪軸向驅動電機與徑向驅動電機互不干擾，在移動機器人轉向的同時移動機器人仍可繼續前進，通過軸向驅動電機與徑向驅動電機之間的協調以及三個車輪方向的調整，從而實現移動機器人的全方位移動。

附圖說明

圖1本發明整體結構示意圖；

圖2本發明復合車輪結構示意圖；

圖3本發明復合車輪剖視圖。