全向移动平台及其动力万向轮制造技术

本发明专利技术公开了一种全向移动平台及其动力万向轮。该动力万向轮包括上架体、下架体、滚轮、第一电机以及第二电机。下架体可转动地连接于上架体。滚轮可转动地安装于下架体。第一电机安装于上架体并用于驱动下架体转动。第二电机与滚轮关联以驱动滚轮滚动。下架体的转动与滚轮的滚动分别通过第一电机和第二电机独立控制。本发明专利技术的全向移动平台在运行过程中，转向和驱动运动自由度之间无耦合，从而保证在执行转向运动时没有额外的滚轮滚动运动输出，无需进行加入专门的机构去解耦，因此结构简单，并且运行过程中无侧滑，转向运动柔顺，运动控制精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动平台，具体涉及全向移动平台及其动力万向轮。
技术介绍
全向轮式移动机器人因其比腿式移动机器人易于加工制造，承载能力和效率高，运动灵活以及能在狭窄和拥挤的环境中运行，受到了越来越广泛地应用。目前轮式移动机器人常采用的轮子有三种：普通轮，麦克纳姆轮以及球形轮。普通轮就是我们日常所见的在各类车辆上使用的轮子，麦克纳姆轮是在普通轮的圆周上再安装上一定数量的滚子。球轮是一个形状为球形的滚轮。三者之中普通轮结构最简单的，但是单纯的普通轮不能提供全向移动功能。麦克纳母轮的设计以及控制较为繁琐，由于轮子的圆周上均匀分布了许多小的滚子，在运动时与地面接触不连续，所以不可避免地会产生振动和打滑。球形轮的运动控制较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单，运行过程中无侧滑，转向运动柔顺，运动控制精度高的动力万向轮及全向移动平台。为实现上述目的，根据本专利技术的一方面，提供了一种动力万向轮，所述动力万向轮包括滚轮并具有绕竖直轴线的转向运动和绕所述滚轮的转动轴线的驱动运动。转向运动和所述驱动运动分别由两个电机独立控制，使得所述转向运动与所述驱动运动之间无耦合。一实施例中，所述动力万向轮进一步包括第一部分和第二部分，其中所述第二部分可转动地连接于所述第一部分，所述两个电机之一用于驱动所述第二部分转动，并且所述滚轮安装于所述第二部分并由所述两个电机
中的另一个驱动。一实施例中，所述第二部分包括相互间隔开的两个支臂，其中所述滚轮安装于所述两个支臂之间，且所述第二部分的转向轴线与所述滚轮的滚动轴线之间设置一个第一偏置距离。另一实施例中，所述滚轮安装于所述第二部分的外侧面，且所述滚轮的径向中心平面与所述第二部分的转向轴线之间设置一个第二偏置距离。根据本专利技术的另一方面，提供了一种动力万向轮，所述动力万向轮包括：上架体；下架体，所述下架体可转动地连接于所述上架体；滚轮，所述滚轮可转动地安装于所述下架体；第一电机，所述第一电机安装于所述上架体并用于驱动所述下架体转动；以及第二电机，所述第二电机与所述滚轮关联以驱动所述滚轮滚动。一实施例中，所述下架体的转动与所述滚轮的滚动分别通过所述第一电机和所述第二电机独立控制。一实施例中，所述万向轮还包括第一传动机构和第二传动机构，其中所述第一电机的输出轴连接于所述第一传动机构的输入端，所述第一传动机构的输出端与所述下架体连接；所述第二电机的输出轴连接于所述第二传动机构的输入端，所述第二传动机构的输出端与一转动轴连接，且所述滚轮安装于该转动轴上；以及所述第一传动机构和所述第二传动机构相互独立。一实施例中，所述第二传动机构设置成能够与所述下架体一起转动。一实施例中，所述第一传动机构和所述第二传动机构分别为第一齿轮组和第二齿轮组，其中所述第一齿轮组包括与所述第一电机的输出轴连接的第一齿轮和与所述下架体连接的第二齿轮；以及所述第二齿轮组包括与所述第二电机的输出轴连接的第三齿轮和与所述转动轴连接的第四齿轮。一实施例中，所述上架体为壳体，所述第一电机安装于所述壳体外部且所述第一齿轮组容纳于所述壳体内。一实施例中，所述下架体包括相互间隔开的两个支臂，所述转动轴的两端分别可转动地连接于所述两个支臂，且所述滚轮安装于所述转动轴上并位于所述两个支臂之间。一实施例中，所述第二电机为轮毂电机，以及所述下架体包括相互间隔开
的两个支臂，其中所述轮毂电机安装于所述两个支臂之间且所述滚轮安装于所述轮毂电机上。一实施例中，所述第一电机和所述第二电机均为轮毂电机，其中所述第一电机的输出轴与所述下架体连接，以及所述下架体包括相互间隔开的两个支臂，其中所述第二电机安装于所述两个支臂之间并且所述滚轮安装于所述第二电机上。一实施例中，所述下架体的转向轴线与所述滚轮的滚动轴线之间设置一个第一偏置距离e1。优选地，所述第一偏置距离e1为：1/6*D1<e1<2/3*D1，其中D1为所述滚轮的直径。一实施例中，所述滚轮安装于所述下架体的外侧面，且所述滚轮的和下架体相对的侧面与所述下架体的转向轴线之间设置一个第二偏置距离e2。优选地，所述第二偏置距离e2为：1/6*D1<e2<2/3*D1，其中D1为所述滚轮的直径。一实施例中，所述上架体和所述下架体分别为第一壳体和第二壳体，且所述第一传动机构和所述第二传动机构分别为第一齿轮组和第二齿轮组，其中所述第一齿轮组容纳于所述第一壳体内，而所述第二齿轮组容纳于所述第二壳体内。一实施例中，所述第一电机的输出轴通过第一齿轮组和所述下架体连接，且所述第二电机为轮毂电机且所述滚轮安装于所述轮毂电机上。一实施例中，所述第一电机和所述第二电机均为轮毂电机，其中所述第一电机的输出轴与所述下架体连接，所述第二电机通过旋转轴可转动地连接于所述下架体的外侧面并且所述滚轮安装于所述第二电机上。根据本专利技术的又一方面，提供了一种全向移动平台。该全向移动平台包括平台主体和轮组，所述轮组安装于所述平台主体的底部，其特征在于，所述轮组包括至少两个上述的动力万向轮。本专利技术的全向移动平台在运行过程中，转向和驱动运动自由度之间无耦合，从而保证在执行转向运动时没有额外的滚轮滚动运动输出，无需进行加入专门的机构去解耦，因此结构简单，并且运行过程中无侧滑，转向
运动柔顺，运动控制精度高。附图说明图1是根据本专利技术的一实施例的前置式动力万向轮的立体图；图2是图1的前置式动力万向轮的侧视图；图3是沿图2的剖面线A-A剖切的剖视图；图4是根据本专利技术的另一实施例的前置式动力万向轮的侧视图；图5是沿图4的剖面线B-B剖切的剖视图；图6是根据本专利技术的又一实施例的前置式动力万向轮的侧视图；图7是沿图6的剖面线C-C剖切的剖视图；图8是根据本专利技术的一实施例的侧置式动力万向轮的立体图；图9是图8的侧置式动力万向轮的侧视图；图10是沿图9的剖面线D-D剖切的剖视图；图11是根据本专利技术的另一实施例的侧置式动力万向轮的侧视图；图12是沿图11的剖面线E-E剖切的剖视图；图13是根据本专利技术的又一实施例的侧置式动力万向轮的侧视图；图14是沿图13的剖面线F-F剖切的剖视图；图15是采用了前置式万向轮的全向移动平台的立体图；以及图16是采用了侧置式万向轮的全向移动平台的立体图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本专利技术的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本专利技术范围的限制，而只是为了说明本专利技术技术方案的实质精神。下面各实施例涉及偏置式动力万向轮，具体实现分为滚轮侧偏置和前偏置。该偏置式动力万向轮为移动机器人(即全向移动平台)提供动力驱动以及实现转向运动，从而使整个机器人实现直行、侧行、斜行以及原地旋转等运动。本申请的偏置式动力万向轮的主要特点是具有两个转动自由度，这两个运动自由度之间无耦合运动产生，并且可控。通过动力万向轮
上的各电机协同控制就可以使得整个移动机器人在不改变自身姿态的条件下沿着平面内任意方向运动，实现全向移动。以下具体描述根据本专利技术的各实施例的前置式动力万向轮。前置式动力万向轮具备两个转动自由度，分别是绕转向装置竖直轴线的转向运动和绕滚轮水平轴线的驱动运动。这两个运动分别由安装在它上面的两个电机通过内部传动系统进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力万向轮，所述动力万向轮包括滚轮并具有绕竖直轴线的转向运动和绕所述滚轮的转动轴线的驱动运动，其特征在于，所述转向运动和所述驱动运动分别由两个电机独立控制，使得所述转向运动与所述驱动运动之间无耦合。

【技术特征摘要】
1.一种动力万向轮，所述动力万向轮包括滚轮并具有绕竖直轴线的转向运动和绕所述滚轮的转动轴线的驱动运动，其特征在于，所述转向运动和所述驱动运动分别由两个电机独立控制，使得所述转向运动与所述驱动运动之间无耦合。2.根据权利要求1所述的动力万向轮，其特征在于，所述动力万向轮进一步包括第一部分和第二部分，其中所述第二部分可转动地连接于所述第一部分，所述两个电机之一用于驱动所述第二部分转动，并且所述滚轮安装于所述第二部分并由所述两个电机中的另一个驱动。3.根据权利要求2所述的动力万向轮，其特征在于，所述第二部分包括相互间隔开的两个支臂，其中所述滚轮安装于所述两个支臂之间，且所述第二部分的转向轴线与所述滚轮的滚动轴线之间设置一个第一偏置距离；另一实施例中，所述滚轮安装于所述第二部分的外侧面，且所述滚轮的径向中心平面与所述第二部分的转向轴线之间设置一个第二偏置距离。4.一种动力万向轮，其特征在于，所述动力万向轮包括：上架体；下架体，所述下架体可转动地连接于所述上架体；滚轮，所述滚轮可转动地安装于所述下架体；第一电机，所述第一电机安装于所述上架体并用于驱动所述下架体转动；以及第二电机，所述第二电机与所述滚轮关联以驱动所述滚轮滚动。5.根据权利要求4所述的动力万向轮，其特征在于，所述下架体的转动与所述滚轮的滚动分别通过所述第一电机和所述第二电机独立控制。6.根据权利要求4所述的动力万向轮，其特征在于，所述万向轮还包括第一传动机构和第二传动机构，其中所述第一电机的输出轴连接于所述第一传动机构的输入端，所述第一传动机构的输出端与所述下架体连接；所述第二电机的输出轴连接于所述第二传动机构的输入端，所述第二传动机构的输出端与一转动轴连接，且所述滚轮安装于该转动轴上；以及所述第一传动机构和所述
\t第二传动机构相互独立；一实施例中，所述第二传动机构设置成能够与所述下架体一起转动。7.根据权利要求6所述的动力万向轮，其特征在于，所述第一传动机构和所述第二传动机构分别为第一齿轮组和第二齿轮组，其中所述第一齿轮组包括与所述第一电机的输出轴连接的第一齿轮和与所述下架体连接的第二齿轮；以及所述第二齿轮组包括与所述第二电机的输出轴连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慰军，杨桂林，张驰，陈庆盈，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33