基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺的制作方法
【專利摘要】一種基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，包括主車體(1)，左、右旋麥克納姆輪組件(3)、(5)，搖桿懸架一、二(2)、(15)和平衡機構(6)；所述的搖桿懸架一、二的中部對稱地以轉動副與主車體的左右兩側相鉸聯(lián)；所述的平衡機構的橫搖桿(8)的中部與主車體一端以轉動副(10)相鉸聯(lián)，所述的平衡機構的側連桿一、二(9)、(11)一端分別與橫搖桿的左右兩端以球副相鉸聯(lián)，另一端分別與搖桿懸架一、二以球副相鉸聯(lián)；所述的搖桿懸架的兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，且搖桿懸架一、二同端的麥克納姆輪旋向相反；本實用新型的車輪能始終與地面接觸且分擔載荷，使本實用新型具有較好的運動可控性和地形通過性。
【專利說明】基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種全方位移動平臺，屬于移動平臺行走機構研宄領域。

【背景技術】
[0002]全方位移動技術在移動機器人、叉車、搬運車和輪椅等領域得到廣泛的應用。通常采用麥克納姆輪作為行走機構。使用麥克納姆輪作為行走機構時，移動平臺運動時，要求四輪與地面能夠良好的接觸，且均衡承重，因此，要求基于麥克納姆輪的移動平臺使用場合的地面盡量的平整。但，實際的地面不一定都十分理想，可能存在起伏、變坡、凸臺、臺階、溝道等障礙地形，在這種路況下，麥克納姆輪移動平臺可能存在某個車輪懸空和車輪承重不均勻的情況。這樣，麥克納姆輪移動平臺的運動將不能得到良好的控制，運動與控制將存在較大的偏差，越障性能和地形適應性不佳。因此，研宄一種能夠自適應地形的，運行時與地面接觸良好，較均勻的分擔承重，具有一定的越障與地形通過能力的全方位移動平臺十分必要。
[0003]為了解決上述問題，國家自然科學基金青年基金(51205391)的支持下，本研宄團隊通過進一步研宄，探索了一種基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是為了解決上述的問題，提供一種基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，該移動平臺能夠被動的自適應不平地形，保證所有車輪均能夠接觸地面，分擔移動平臺的載荷，提高移動平臺可控性以及越障與地形通過能力。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，包括主車體、左旋麥克納姆輪組件和右旋麥克納姆輪組件，其特征在于:還包括搖桿懸架一、搖桿懸架二和平衡機構；所述的搖桿懸架一和搖桿懸架二的結構左右對稱，二者對稱地布置在主車體的左右兩側，所述的搖桿懸架一和搖桿懸架二的中部分別與主車體左右兩側以轉動副相鉸聯(lián)，且兩個轉動副同軸線；所述的平衡機構呈左右對稱設置，由呈幾何對稱的橫搖桿以及呈左右對稱的側連桿一和側連桿二組成，橫搖桿的中部與主車體一端的中部以轉動副相鉸聯(lián)，且該轉動副軸線處于主車體左右對稱面上，橫搖桿的左右兩端分別與側連桿一和側連桿二的一端以球副相鉸聯(lián)，側連桿一和側連桿二的另一端分別與左右兩側的搖桿懸架一和搖桿懸架二以球副相鉸聯(lián)，且鉸聯(lián)位置左右對稱；所述的左旋麥克納姆輪組件由左旋麥克納姆輪與驅動單元聯(lián)接而成，所述的右旋麥克納姆輪組件由右旋麥克納姆輪與驅動單元聯(lián)接而成；所述的搖桿懸架一的前后兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，所述的搖桿懸架二的前后兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，且搖桿懸架一和搖桿懸架二的同端的麥克納姆輪組件的麥克納姆輪旋向相反。
[0007]優(yōu)選地，所述的平衡機構的橫搖桿的中部與主車體構成的轉動副的軸線垂直于主車體的前視投影面；側連桿一和側連桿二呈上下方向設置，側連桿一和搖桿懸架一相鉸聯(lián)的球副的位置與搖桿懸架一中部的轉動副的軸線在搖桿懸架一的前后水平方向存在一定的偏距；側連桿二和搖桿懸架二之間的連接結構與側連桿一和搖桿懸架一的連接結構對稱。
[0008]優(yōu)選地，所述的平衡機構的橫搖桿的中部與主車體構成的轉動副的軸線垂直于主車體的上視投影面，側連桿一和側連桿二呈前后方向設置，側連桿一和搖桿懸架一相鉸聯(lián)的球副的位置與搖桿懸架一中部的轉動副的軸線在搖桿懸架一的豎直方向存在一定的偏距；側連桿二和搖桿懸架二之間的連接結構與側連桿一和搖桿懸架一的連接結構對稱。
[0009]通過上述技術方案與結構，本實用新型的主車體、左右兩搖桿懸架通過平衡機構連接在一起，其左右兩搖桿懸架均可相對主車體搖動，且實現(xiàn)了三者聯(lián)動。因此，主車體的載荷通過搖桿懸架一、搖桿懸架二和平衡機構分擔在四個麥克納姆輪上；當本移動平臺行駛在平整地面上時，左右兩側的搖桿懸架相對主車體保持不動。當本實用新型行駛在高低不平的地面上時，主車體的載荷迫使兩搖桿懸架相對主車體搖動，使四個麥克納姆輪始終與地面接觸，同時主車體的載荷也通過平衡機構分擔在四個麥克納姆輪上。這樣，無論平整地面還是非平整地面，每一個麥克納姆輪均能始終為本移動平臺提供驅動力，這樣本移動平臺的運動可得到較好的控制。通過控制四個麥克納姆輪的轉動速度和方向，可以實現(xiàn)移動平臺的前進、后退、左右橫向行駛、任意角度行駛、原地轉向、任意轉彎半徑的轉向等全方位移動。麥克納姆輪的轉動速度、方向與各種運動形式的關系已是公知的技術本說明書不作詳細羅列。因此，本移動平臺尤其是作正向、反向、轉向等運動時，具有良好的地形適應性和一定的越障能力。主車體也隨搖桿懸架的搖動產(chǎn)生一定的仰俯運動，平衡機構可對左右搖桿懸架的擺角進行近似平均，使主車體產(chǎn)生較小的仰俯角，保證了移動平臺的運行平穩(wěn)性。
[0010]利用本實用新型可以設計全方位移動機器人，也可用于搬運車和叉車以及全方位移動輪椅的設計，使其具有更好的地面適應性，擴大使用場所與應用范圍。
[0011]采用上述的方案，可以達到以下幾點有益效果:(I)采用麥克納姆輪行走機構，實現(xiàn)了移動平臺的全方位移動(2)采用搖桿懸架和平衡機構，使本移動平臺能夠被動適應地形，使四個麥克納姆輪始終與地面接觸，同時主車體的載荷分擔在四個麥克納姆輪上，這樣本移動平臺的運動可得到較好的控制；(3)本移動平臺具有一定的越障與地形通過能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型實施例一的立體圖；
[0013]圖2為圖1所示實施例一在不平整地面上行駛時的狀態(tài)圖；
[0014]圖3為本實用新型實施例二的立體圖；
[0015]圖4為圖1所示實施例二在不平整地面上行駛時的狀態(tài)圖；
[0016]圖5為利用圖1所示實施例一設計的全方位輪椅的結構簡圖；
[0017]圖6為利用圖3所示實施例二設計的全方位輪椅的結構簡圖；
[0018]圖7為利用圖3所示實施例二設計的巡檢機器人的結構簡圖。
[0019]圖中:1、主車體2、搖桿懸架一 3、左旋麥克納姆輪組件3-1、左旋麥克納姆輪3-2、驅動單元4、轉動副5、右旋麥克納姆輪組件6、平衡機構7、球副8、橫搖桿9、側連桿一 10、轉動副11、側連桿二 12、球副13、球副14、球副15、搖桿懸架二

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0021]參照附圖1、2、3、4:
[0022]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0023]基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，包括主車體1、左旋麥克納姆輪組件3和右旋麥克納姆輪組件5，其特征在于:還包括搖桿懸架一 2、搖桿懸架二 15和平衡機構6 ；所述的搖桿懸架一 2和搖桿懸架二 15的結構呈左右對稱，二者對稱地布置在主車體I的左右兩側，所述的搖桿懸架一 2和搖桿懸架二 15的中部分別與主車體I左右兩側以轉動副相鉸聯(lián)，且兩個轉動副同軸線；所述的平衡機構6呈左右對稱設置，由呈幾何對稱的橫搖桿8以及呈左右對稱的側連桿一 9和側連桿二 11組成，橫搖桿8的中部與主車體I 一端的中部以轉動副10相鉸聯(lián)，且該轉動副軸線處于主車體左右對稱面上，橫搖桿8的左右兩端分別與側連桿一 9和側連桿二 11的一端以球副相鉸聯(lián)，側連桿一 9和側連桿二 11的另一端分別與左右兩側的搖桿懸架一 2和搖桿懸架二 15以球副相鉸聯(lián)，且鉸聯(lián)位置左右對稱；所述的左旋麥克納姆輪組件3由左旋麥克納姆輪3-1與驅動單元3-2聯(lián)接而成，所述的右旋麥克納姆輪組件5由右旋麥克納姆輪與驅動單元聯(lián)接而成；所述的搖桿懸架一 2的前后兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，所述的搖桿懸架二 15的前后兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，且搖桿懸架一 2和搖桿懸架二 15的同端的麥克納姆輪組件的麥克納姆輪旋向相反。
[0024]實施例一
[0025]參照附圖1、2:
[0026]圖1為本實用新型的實施例一的立體圖，該實施例中，所述的搖桿懸架一 2和搖桿懸架二 15的結構呈左右對稱，二者對稱地布置在主車體I的左右兩側，所述的搖桿懸架一2與主車體I左側以轉動副4相鉸聯(lián)，所述的搖桿懸架二 15與主車體I右側同樣以轉動副相鉸聯(lián)，且兩個轉動副同軸線。所述的平衡機構6的橫搖桿8的中部與主車體I構成的轉動副10的軸線垂直于主車體I的前視投影面；側連桿一 9和側連桿二 11呈上下方向設置，側連桿一 9下端與橫搖桿8的一端以球副7相鉸聯(lián)，側連桿一 9的上端與搖桿懸架一 2的一端以球副13相鉸聯(lián)；側連桿一 9和搖桿懸架一 2相鉸聯(lián)的球副13的位置與搖桿懸架一I中部的轉動副4的軸線在搖桿懸架一 2的前后方向存在一定的偏距，圖1中所述的球副13的位置處于搖桿懸架一 2的后端；側連桿二 11下端與橫搖桿8以球副12鉸聯(lián)，側連桿二11上端與搖桿懸架二 15以球副14鉸聯(lián)，側連桿二 11和搖桿懸架二 15之間的連接結構與側連桿一 9和搖桿懸架一 2的連接結構對稱。在本實施例一中，采用關節(jié)軸承實現(xiàn)球副鉸接，側連桿的兩端均設有關節(jié)軸承，采用聯(lián)接銷軸將關節(jié)軸承與搖桿懸架和橫搖桿相聯(lián)接。麥克納姆輪組件由麥克納姆輪與驅動單元聯(lián)接而成，本實施例一中，驅動單元采用了直流減速電機，麥克納姆輪組件通過直流減速電機的固定在搖桿懸架的前后兩端。搖桿懸架一 2的前后兩端分別聯(lián)接有左旋麥克納姆輪組件3和右旋麥克納姆輪組件5，搖桿懸架二 15的前后兩端分別聯(lián)接有右旋麥克納姆輪組件5和左旋麥克納姆輪組件3。
[0027]通過上述技術方案與結構，本實用新型的主車體1、搖桿懸架一 2和搖桿懸架二 15通過平衡機構6連接在一起，其左右兩搖桿懸架均可相對主車體I搖動，且實現(xiàn)了三者聯(lián)動。因此，主車體I的載荷通過搖桿懸架一 2、搖桿懸架二 15和平衡機構6分擔在四個麥克納姆輪上；當本移動平臺行駛在平整地面上時，左右兩側的搖桿懸架相對主車體I保持不動。當本實用新型行駛在高低不平的地面上時，如圖2所示，當其左側的搖桿懸架一 2的前端的麥克納姆輪攀爬障礙地形時，搖桿懸架一 2的前端相對地面抬起一定角度；右側的麥克納姆輪均處于平整地面，右側的搖桿懸架二 15則與地面平行，搖桿懸架一 2通過平衡機構6使主車體I有一定的仰角；同樣，主車體I的載荷迫使搖桿懸架一 2和搖桿懸架二15相對主車體I搖動，使四個麥克納姆輪始終與地面接觸，同時主車體I的載荷也通過平衡機構6分擔在四個麥克納姆輪上。這樣，無論平整地面還是非平整地面，每一個麥克納姆輪均能始終為本移動平臺提供驅動力，這樣本移動平臺的運動可得到較好的控制，也保證了移動平臺的運動可靠性。本實用新型的電氣與控制系統(tǒng)置于主車體內(nèi)(本說明書不作描述)，通過控制四個麥克納姆輪的轉動速度和方向，可以實現(xiàn)移動平臺的前進、后退、左右橫向行駛、任意角度行駛、原地轉向、任意轉彎半徑的轉向等全方位移動。麥克納姆輪的轉動速度、方向與各種運動形式的關系已是公知的技術本說明書不作詳細羅列。因此，本移動平臺尤其是作正向、反向、轉向等運動時，具有良好的地形適應性和一定的越障能力。主車體也隨搖桿懸架的搖動產(chǎn)生一定的仰俯運動，平衡機構可對左右搖桿懸架的擺角進行近似平均，使主車體產(chǎn)生較小的仰俯角，保證了移動平臺的運行平穩(wěn)性。
[0028]實施例二
[0029]參照附圖3、4:
[0030]圖3為本實用新型的實施例二的立體圖，與實施例一的不同之處在于，所述的平衡機構6的橫搖桿8的中部與主車體構成的轉動副10的軸線垂直于主車體I的上視投影面，側連桿一 9和側連桿二 11呈前后方向設置，側連桿一 9和搖桿懸架一 2相鉸聯(lián)的球副13的位置與搖桿懸架一 13中部的轉動副4的軸線在搖桿懸架一 13的豎直方向存在一定的偏距；側連桿二 11和搖桿懸架二 15之間的連接結構與側連桿一 9和搖桿懸架一 2的連接結構對稱。實施例二與圖2所示的實施例一的工作原理相似，圖4為本實用新型的實施例二通過不平整地面時的狀態(tài)圖，采用此技術方案與結構同樣可使四個麥克納姆輪始終與地面接觸，同時主車體I的載荷也通過平衡機構6分擔在四個麥克納姆輪上，保證了移動平臺的運動可靠性。
[0031]采用上述的方案，可以達到以下幾點有益效果:(I)采用麥克納姆輪行走機構，實現(xiàn)了移動平臺的全方位移動(2)采用搖桿懸架和平衡機構，使本移動平臺能夠被動適應地形，使四個麥克納姆輪始終與地面接觸，同時主車體的載荷分擔在四個麥克納姆輪上，這樣本移動平臺的運動可得到較好的控制；(3)本移動平臺具有一定的越障與地形通過能力。
[0032]利用本實用新型可以設計全方位移動機器人，也可用于搬運車和叉車以及全方位移動輪椅的設計。圖5為利用圖1所示實施例一設計的全方位輪椅的結構簡圖，圖6為利用圖3所示實施例二設計的全方位輪椅的結構簡圖，圖7為利用圖3所示實施例二設計的巡檢機器人的結構簡圖。本實用新型具有良好的運動控制性和地形適應性，具有廣泛的應用領域。
[0033]本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍的不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。
【權利要求】
1.一種基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，包括主車體(I)、左旋麥克納姆輪組件(3)和右旋麥克納姆輪組件(5)，其特征在于:還包括搖桿懸架一(2)、搖桿懸架二(15)和平衡機構(6);所述的搖桿懸架一(2)和搖桿懸架二(15)的結構呈左右對稱，二者對稱地布置在主車體(I)的左右兩側，所述的搖桿懸架一(2)和搖桿懸架二(15)的中部分別與主車體(I)左右兩側以轉動副相鉸聯(lián)，且兩個轉動副同軸線；所述的平衡機構(6)呈左右對稱設置，由呈幾何對稱的橫搖桿(8)以及呈左右對稱的側連桿一(9)和側連桿二(11)組成，橫搖桿(8)的中部與主車體(I) 一端的中部以轉動副(10)相鉸聯(lián)，且該轉動副軸線處于主車體左右對稱面上，橫搖桿(8)的左右兩端分別與側連桿一(9)和側連桿二(11)的一端以球副相鉸聯(lián)，側連桿一(9)和側連桿二(11)的另一端分別與左右兩側的搖桿懸架一(2)和搖桿懸架二(15)以球副相鉸聯(lián)，且鉸聯(lián)位置左右對稱；所述的左旋麥克納姆輪組件(3)由左旋麥克納姆輪(3-1)與驅動單元(3-2)聯(lián)接而成，所述的右旋麥克納姆輪組件(5)由右旋麥克納姆輪與驅動單元聯(lián)接而成；所述的搖桿懸架一(2)的前后兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，所述的搖桿懸架二(15)的前后兩端分別固定有兩種不同旋向的麥克納姆輪組件，且搖桿懸架一(2)和搖桿懸架二(15)的同端的麥克納姆輪組件的麥克納姆輪旋向相反。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，其特征在于:所述的平衡機構(6)的橫搖桿⑶的中部與主車體⑴構成的轉動副(10)的軸線垂直于主車體(I)的前視投影面；側連桿一(9)和側連桿二(11)呈上下方向設置，側連桿一(9)和搖桿懸架一(2)相鉸聯(lián)的球副(13)的位置與搖桿懸架一(2)中部的轉動副4的軸線在搖桿懸架一(2)的前后水平方向存在一定的偏距；側連桿二(11)和搖桿懸架二(15)之間的連接結構與側連桿一(9)和搖桿懸架一(2)的連接結構對稱。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于麥克納姆輪的搖桿式全方位移動平臺，其特征在于:所述的平衡機構(6)的橫搖桿⑶的中部與主車體⑴構成的轉動副(10)的軸線垂直于主車體(I)的上視投影面，側連桿一(9)和側連桿二(11)呈前后方向設置，側連桿一(9)和搖桿懸架一(2)相鉸聯(lián)的球副(13)的位置與搖桿懸架一(2)中部的轉動副4的軸線在搖桿懸架一(2)的豎直方向存在一定的偏距；側連桿二(11)和搖桿懸架二(15)之間的連接結構與側連桿一(9)和搖桿懸架一(2)的連接結構對稱。
【文檔編號】B62D57/02GK204250202SQ201420746195
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權日:2014年12月2日
【發(fā)明者】李允旺, 田豐, 代素梅, 趙德龍, 代陽陽, 李彬, 賈正乾, 嚴序聰, 丁明華, 白森, 王勇 申請人:中國礦業(yè)大學