麦克纳姆轮全方位移动车及其驱动方法技术

一种麦克纳姆轮全方位移动车，包括车架，在车架设有第一、第二、第三、第四麦克纳姆轮；包括用于同时驱动四个麦克纳姆轮的回转动力源；第一、第二、第三、第四换向器，分别设在回转动力源与第一麦克纳姆轮之间、回转动力源与第二麦克纳姆轮之间、回转动力源与第三麦克纳姆轮之间、回转动力源与第四麦克纳姆轮之间；以及控制器。驱动方法是：一个回转动力源输出的驱动动力，驱动动力经过驱动机构同时传递给第一、第二、第三、第四换向器，第一换向器、第二换向器、第三换向器、第四换向器按照控制器确定的输出转向分别将所获得的驱动动力传递给麦克纳姆轮全方位移动车的第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属车辆工程领域，具体的说是一种麦克纳姆轮全方位移动车及其驱动 方法。
技术介绍
麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)是一种全方位移动车轮，1973年由瑞士人 Bengt Lion专利技术，所以也叫Lion轮，而他工作于Mecanum AB公司。该轮的特 点是在传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45°方向安装若干可以自由旋 转的小滚子，这样在车轮滚动时，小滚子就会产生测向运动。通过麦克纳姆轮的 组合使用和控制，可以使车体产生运动平面内的任意方向移动和转动。1975年，Lion获得美国专利(专利号3,746,112，直接稳定自驱动车， "Directionally Stable Self Propelled Vehicle" )， 1980年美国海军买得 该专利并进行军事应用开发，1996年该专利失效后，美国及世界众多大学、研 究机构和公司进行应用开发和再专利技术，应用领域涉及全方位移动的叉车、搬运车、 轮椅、弹药运输车、移动机器人等。采用全方位移动技术后，可以显著提高搬运效率和灵活性、减小货物存储空 间20% 30%、尤其对于狭小空间移动物体，具有不可取代的作用。目前，成 功的应用例子有美国AirTrix公司的Sidewinder全方位移动叉车、COBRA全方 位移动升降机、MP2全方位搬运拖车、全方位弹药转载机；卡内基梅隆大学的 全方位机器人、美国Ominx公司的全方位移动轮椅、喷气发动机全方位移动托 架等产品。包括我国在内的世界众多大学也开展了麦克纳姆轮的应用和控制研 究，但是多集中在移动机器人方面的应用研究，形成产品的很少。目前涉及麦克纳姆全方位移动机构的专利有1、 瑞士 Lion的美国专利"直接稳定自驱动车"(U.S. Pat. No.3746112，， "Directionally Stable Self Propelled Vehicle"),首先专利技术了麦可纳姆轮。2、 美国AirTrix公司的美国专利"低振动全方位轮"(U.S. Pat. No. 6340065，和6547340,"Low Vibration Omni-Directional Wheel"),美国专利"低振动全方位轮 设计方法，，(U.S. Pat. No. 6394203,"Method for designing low-vibration Omni-Directional Wheels"),美国专利"地面搬运设备用全方位自驱动车"(U.S. Pat. No. 5701966， "Omni-Directional self-propelled vehicle for ground handling of equipment")在Lion的基础上，针对载荷作用下，因麦可纳姆轮滚子与地面接触 面积变化而导致弹性变形不均匀，引起的车体上下振动，专利技术了低噪声全方位轮 及其设计方法，并将该技术运用于地面搬运车设计。3、 美国专利"全方位武器装填车"(US Pat. No.6668950, "Omni-directional munitions handling vehicle"),美国专利"飞机维护装置和维护方法"(US Pat. No. 6477730， "Aircraft maintenance apparatus and method of maintaining aircraft"),正 在申请的美国专利"先进武器装填者"(US Pat. App. No. EP20050472003, "Advanced weapons loader")，都是将麦可纳姆轮运用于各类移动搬运装备的发 明。4、 国内全方位车轮相关的专利有哈工大阎国荣;张海兵的"一种全方位轮"(01209535.4)、上海交大冷春涛； 曹其新;王美龄;刘伟豪，的"全方位轮"(200610024277.3)和国防科学技术大 学海丹;刘玉鹏;郑志强;柳林;季秀才;刘斐的"全向轮"(200520052595.1)，都是对垂直小滚子全向轮的一种变化，不是麦克纳姆轮。目前，国际上的基于麦克纳姆轮的全方位移动机构，都采用四个电机驱动、 并进行转速精确控制，然后经减速后分别驱动四个轮子转动，实现车体的全方位 移动。由于采用四个电机分别驱动，通过电子调速改变电机转速，从而改变车体 的运行速度，不能提高低速时的驱动扭矩。要像普通集中驱动车辆那样，通过变 速改变驱动轮的驱动扭矩，从而提高车体的爬坡、加速能力，则机械结构异常复 杂，难于实现。同时，由于四个电机转速需精确控制、协调，需要对各电机转速 进行精确反馈测量和控制，电路和算法比较复杂，可靠性降低、成本提高。另外 由于采用电机传动控制，大功率工程应用时，电机和电池成本、重量显著提高。 复杂工程工作环境，迫切要求可以采用内燃机及其它动力驱动的全方位车辆运动 技术，本专利技术即是为此目的而设计的。
技术实现思路
本专利技术提供一种驱动和控制结构简单并能使对动力源的限制得以减少的麦 克纳姆轮全方位移动车及其驱动方法。 本专利技术采用如下技术方案本专利技术所述的一种麦克纳姆轮全方位移动车，包括车架，在车架设有 第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮； 一个通过传动机构并用于同时驱动第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三 麦克纳姆轮和第四麦克纳姆轮的回转动力源；第一换向器、第二换向器、第三换向器、第四换向器，所述的第一换向器设 在回转动力源与第一麦克纳姆轮之间，用于变换第一麦克纳姆轮的转动方向；第 二换向器设在回转动力源与第二麦克纳姆轮之间，用于变换第二麦克纳姆轮的转 动方向；第三换向器设在回转动力源与第三麦克纳姆轮之间，用于变换第三麦克 纳姆轮的转动方向；第四换向器设在回转动力源与第四麦克纳姆轮之间，用于变 换第四麦克纳姆轮的转动方向；以及，用于控制第一换向器、第二换向器、第三换向器及第四换向器换向的控制器。 本专利技术所述的一种麦克纳姆轮全方位移动车的驱动方法是一个回转动力源 输出的驱动动力，驱动动力经过驱动机构同时传递给第一换向器、第二换向器、 第三换向器、第四换向器，第一换向器、第二换向器、第三换向器、第四换向器 按照控制器确定的输出转向分别将所获得的驱动动力传递给麦克纳姆轮全方位 移动车的第一麦克纳姆轮、第二麦克纳姆轮、第三麦克纳姆轮、第四麦克纳姆轮。 本专利技术针对现有基于麦克纳姆轮全方位移动机器人驱动结构和控制系统复 杂、只能使用电机驱动且不能有效利用驱动电机的做工能力、不能使用内燃机等 高效动力源等问题，设计一种利用换向器和麦克纳姆轮组成的全方位移动车，通 过外部操纵信号控制换向器输出轴的转动方向，将输入轴不变的旋转运动、经变 速箱减速增加扭矩，再按照全方位运动要求，通过可控换向器分配给各麦克纳姆 轮，使各麦克纳姆轮按预定的方向旋转，实现车体的前进、后退、向左、向右、 左前45°、左后45°、右前45°、右后45°、原地顺时针回、原地逆时针回转等十 个方位的运动；并可以通过这些运动的组合，完成预定的平面内的移动。 与现有技术相比，本专利技术具有如下优点-图5是目前国际上采用麦克纳姆轮全方位移动车的典型结构，伺服电机61、 65、 69、 73分别通过减速器62、 66、 70、 74带动麦克纳姆轮64、 6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种麦克纳姆轮全方位移动车，包括：车架，其特征在于，在车架设有：　　第一麦克纳姆轮（１２）、第二麦克纳姆轮（１３）、第三麦克纳姆轮（１４）、第四麦克纳姆轮（１５）；　　一个通过传动机构并用于同时驱动第一麦克纳姆轮（１２）、第二麦克纳姆轮（１３）、第三麦克纳姆轮（１４）和第四麦克纳姆轮（１５）的回转动力源（１）；　　第一换向器（８）、第二换向器（９）、第三换向器（１０）、第四换向器（１１），所述的第一换向器（８）设在回转动力源（１）与第一麦克纳姆轮（１２）之间，用于变换第一麦克纳姆轮（１２）的转动方向；第二换向器（９）设在回转动力源（１）与第二麦克纳姆轮（１３）之间，用于变换第二麦克纳姆轮（１３）的转动方向；第三换向器（１０）设在回转动力源（１）与第三麦克纳姆轮（１４）之间，用于变换第三麦克纳姆轮（１４）的转动方向；第四换向器（１１）设在回转动力源（１）与第四麦克纳姆轮（１５）之间，用于变换第四麦克纳姆轮（１５）的转动方向；以及，　　用于控制第一换向器（８）、第二换向器（９）、第三换向器（１０）及第四换向器（１１）换向的控制器（１６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]