[發明專利]履帶式全方位移動平臺

在審

• 申請號: 201210347188.8
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102826135A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 張豫南;黃濤;顏南明;張健;尚穎輝;李年裕;李瀚飛;王雙雙;田鵬;閆永寶;趙玉慧;孫曉雨;吳中堅;李輝;張舒陽;王恒
• 申請（專利權）人: 張豫南
• 主分類號: B62D55/08
• 分類號: B62D55/08;B62D11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于移動機械裝置技術領域，具體涉及一種具有全方位運動特性的履帶式移動平臺。

背景技術

近年來，移動平臺在各行業的應用逐漸深入和拓寬，例如倉儲運輸、航空航天、軍事安全和服務業等領域。其按運動特性可以分為全方位和非全方位兩種，但現有的大多數移動平臺都是非全方位的。與非全方位相比，全方位移動平臺在空間坐標系XYZ下，具有在XY平面上的三個運動自由度，即沿X軸、Y軸的平動和繞Z軸的轉動。它具有更加靈活的機動性能，可以朝平面上的任意方向移動而不需要改變平臺的姿態，也可實現以任意一點為中心、任意半徑的轉向運動。因此，全方位移動平臺在狹小和擁擠的空間工作時，能夠靈活自如地行進，還可對自身的位置和姿態進行細微調整，非常適用于需要精確定位和高精度軌跡跟蹤的場合。

移動機構是移動平臺運動的基礎，通常可分為輪式、履帶式和腿足式，此外還有適用于特定場合的步進式、蠕動式和蛇形式。目前，絕大多數的全方位移動平臺都采用輪式機構，主要有：麥克納姆輪(Mecanum?wheel)、連續切換輪(Alternate?wheel)、正交輪(Orthogonal?wheel)、球輪(ball?wheel)和Rover輪等。輪式全方位移動平臺在工程上已得到了廣泛的應用。

履帶式全方位移動平臺的發展則相對滯后，直到上世紀90年代初才出現了相關的研究成果。由于現有的履帶式全方位移動機構還不夠完善、種類也較少，使得履帶式全方位移動平臺迄今未在工程上得到應用，仍停留在試驗平臺階段。

Mecanum輪是一種典型的輪式全方位移動機構，如圖1所示，它主要由輪轂1和固定在輪轂上的一系列均勻分布的鼓形輥子3組成，輥子的外廓包絡線2與輪子的理論圓周線相重合，輥子可以繞其軸線自由旋轉，輥子軸線和輪轂軸線的夾角為輥子的偏置角，通常為±45°。

Mecanum輪式全方位移動平臺是目前應用最廣泛的一種全方位移動平臺，它為了實現全方位運動需要三個或三個以上的Mecanum輪，通常采用四個Mecanum輪。對于四輪結構，為使平臺運行平穩，支撐結構穩定，一般合理的輪組布局結構形式為縱向對稱布局，類似小型汽車的輪組結構形式。但由于Mecanum輪的結構特殊，在實際應用中，為使制造經濟合理，一般四個輪結構參數取相同值，在安裝時采取正反向兩種安裝方式，因此平臺上輪的輥子偏置角只有±α兩種(通常取為±45°)。通過對平臺運動學的解析，得到最優的輪組布局方案如圖2所示，圖中的四個矩形框表示四個輪子，方框中斜線表示各輪接地輥子的軸線方向，即偏置方向。

由于Mecanum輪與地面之間為點接觸，這就造成整個平臺與地面只有4個點接觸，接地面積非常小。并且Mecanum輪是一種剛性輪，所以平臺在運動過程中容易產生顛簸，在高速情況下尤為明顯。Mecanum輪式全方位移動平臺的理想工作條件是平坦路面。它在不平路面上難以保證全方位運動的精度和穩定性。因為整個平臺與地面之間只有4個點接觸，而不平路面上有凹凸和起伏等，所以容易出現某個輪或某幾個輪不觸地的情況，這樣將導致平臺無法完成全方位運動。

“VUTON”Crawler是由日本的Shigeo?Hirose教授發明履帶式移動機構，他的發明靈感來源于某全方位輪。Hirose教授想通過一連串的自由輥子代替了原有的全方位輪，從而將其演變成一種履帶式全方位移動機構。如圖3所示，它的結構主要是由一對鏈條4、5和若干個圓柱形的自由輥子7構成，兩條鏈條之間保持固定的間距，它們之間用矩形框6連接，自由輥子則固定在矩形框上，它們可繞自身軸線轉動，但保持始終水平姿態。這種機構的特點是結構平坦、緊湊；相比原有的全方位輪，接地面積增大，載重能力也增強；同時由于與地面之間不發生滑移現象且接地面積較大，所以對地面的破壞程度較小。“VUTON”移動履帶(crawler)的實物結構主要由主動輪軸、內側鏈條、外側鏈條、調速帶、矩形框、框支架、輥子及張緊裝置構成，其中輥子軸線與主動輪軸線的夾角為90°，即輥子的偏置角為90°。“VUTON”移動履帶中的部分結構設計，例如采用90°偏置角輥子和矩形框等，導致其通過具有臺階、槽溝等障礙的路面的能力較差，從而降低了其通過性。