[實用新型]一種針對麥克納姆輪全向移動的新型傳動結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020392329.8
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN212890577U
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉錦元;張欣;黃岳釗;王俊杰;付明磊
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B62D11/12
• 分類號: B62D11/12;B60K17/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種針對麥克納姆輪全向移動的新型傳動結構，包括一個主傳動結構、兩個差速結構和四個速度疊加結構，兩個差速結構分別為前輪差速結構、后輪差速結構；四個速度疊加結構分別為前左速度疊加結構、前右速度疊加結構、后左速度疊加結構、后右速度疊加結構；主傳動結構分別與四個速度疊加結構相連，前輪差速結構分別與前左速度疊加結構、前右速度疊加結構相連，后輪差速結構分別與后左速度疊加結構、后右速度疊加結構相連。本實用新型有效避免控制麥克納姆輪全向移動時出現(xiàn)[1 1 ?1 ?1]^T的運動分量導致無法正常運動，結構自行阻轉導致?lián)p壞的情況的發(fā)生，同時僅需三個動力源即可完成底盤在平面上的全向運動。

技術領域

本實用新型涉及機械及自動化控制領域，是一種針對麥克納姆輪全向移動的新型傳動結構。

背景技術

麥克納姆輪是瑞典麥克納姆公司的專利。這種全方位移動方式是基于一個有許多位于機輪周邊的輪軸的中心輪的原理上，這些成角度的周邊輪軸把一部分的機輪轉向力轉化到一個機輪法向力上面。

依靠各自機輪的方向和速度，這些力的最終合成在任何要求的方向上產生一個合力矢量從而保證了這個平臺在最終的合力矢量的方向上能自由地移動，而不改變機輪自身的方向。在它的輪緣上斜向分布著許多小滾子，故輪子可以橫向滑移。小滾子的母線很特殊，當輪子繞著固定的輪心軸轉動時，各個小滾子的包絡線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動。麥克納姆輪結構緊湊，運動靈活，是很成功的一種全方位輪。有4個這種新型輪子進行組合，可以更靈活方便的實現(xiàn)全方位移動功能。

現(xiàn)有實現(xiàn)麥克納姆輪全向移動的傳動結構主要如圖1所示，由四個電機分別控制對應麥克納姆輪機輪的轉動方向和轉速，根據(jù)四個麥克納姆輪轉動方向和轉速的線性疊加實現(xiàn)全向移動。

具體運動原理如下，麥克納姆輪全向移動是一個純線性系統(tǒng)，而剛體運動又可以線性分解為三個分量即沿X軸平移、沿Y軸平移、繞幾何中心自傳。在實際調試中，只要計算出麥克納姆輪底盤在沿X軸平移、沿Y軸平移、繞幾何中心自轉，四個輪子對應的轉動速度和方向，就可以通過簡單的加法進行線性疊加，計算出這三種簡單運動所合成的全向運動時所需要的四個輪子的轉速。最后控制電機進行相應的轉動就能實現(xiàn)麥克納姆輪底盤全向運動。

其全方位運動圖解如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)，當1號、2號麥克納姆輪的運動方向和3號、4號麥克納姆輪運動方向相反時底盤無法移動，在此情況下，電機會出現(xiàn)卡死損壞的問題。

用向量形式表示麥克納姆輪幾種簡單運動情況，對麥克納姆輪轉速進行單位化，其中用1表示單位正轉，用-1表示單位反轉。

橫向運動(沿x軸平動)單位向量：[1 -1 -1 1]^T

縱向運動(沿y軸平動)單位向量：[1 1 1 1]^T

轉動運動(繞幾何中心轉動)單位向量：[1 -1 1 -1]^T

無法運動單位向量為：[1 1 -1 -1]^T

經計算，各個向量都是線性獨立的，因此麥克納姆輪全向運動的向量可以看作是上述幾種簡單運動向量的簡單線性疊加。

發(fā)明內容

為了克服現(xiàn)有4動力源控制麥克納姆輪全向移動時可能出現(xiàn)[1 1 -1 -1]^T的運動分量導致無法正常運動，結構自行阻轉導致?lián)p壞的不足，本實用新型提供一種針對麥克納姆輪全向移動的新型傳動結構，通過對各部分的設計與組合，使得本實用新型有效避免控制麥克納姆輪全向移動時出現(xiàn)[1 1 -1 -1]^T的運動分量導致無法正常運動，結構自行阻轉導致?lián)p壞的情況的發(fā)生，同時僅需三個動力源即可完成底盤在平面上的全向運動。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：