六轮步进式机器人全向移动平台制造技术

本发明专利技术属于机器人技术领域，具体涉为一种六轮步进式机器人全向移动平台。该全向移动平台包括顶板、底板，以及均匀布置于顶板和底板之间的六个步进电机；相邻两个步进电机之间的轴向夹角为60度，每个步进电机转轴上连接一组互补全向车轮；两个轴向夹角为180度的步进电机定为一组；在步进电机和顶板之间的悬挂装置上安装弹簧，使六个车轮处于预紧状态；整个系统采用细分控制，以消除步进电机的低频振动并提高运转精度，并由FPGA芯片充当底层运动控制器，同时产生4路PWM信号，达到转速和转向控制要求。本发明专利技术的全向移动平台控制简便，运行平稳，负载力大，安装使用方便，车体振动小，运动定位精度高，可广泛应用于各种机器人中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人
，具体涉及一种机器人全向移动平台。
技术介绍
机器人全向移动是指移动机构能够不受任何约束地，从当前位置向工作平面上的任何位置和任意方向运动，能够实现完美的运动性能，比非全向机构系统有着明显的优势。例如，全向移动机构因其零回转半径的特点，可以在拥挤狭窄的场所内，使机器人本体灵活自如地穿行；可以对自己所处位置进行细微调整，实现精确定位和高精度轨迹跟踪等。因此，机器人全向移动平台也是当前机器人研究和制造的热点问题。 传统的机器人全向移动采用全向轮，其主要缺点是辊子之间存在间隙，使得轮子在转动过程中同地面接触点的高度不断变化，从而导致机器人车体的震动或打滑，因而增加了运动计算的误差。同时传统的全向机器人底盘具有负载力较小的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种控制简便、负载力大、安装使用方便、车体振动小、运动定位精度高的机器人全向移动平台。本专利技术提供机器人全向移动平台，采用六个步进电机作为驱动，故称其为六轮步进式机器人全向移动平台。其中涉及机械结构、步进电机的驱动和细分控制以及运动控制方法的设计等。具体说来，机器人全向移动平台包括顶板、底板，以及均匀布置于顶板和底板之间的六个步进电机；相邻两个步进电机之间的轴向夹角为60度，每个步进电机转轴上连接一组互补全向车轮。本专利技术两个轴向夹角为180度的步进电机定为一组，六个步进电机分成三组。传统两轮驱动机构的机器人移动平台是非完整约束系统，向一个方向做直线运动时通常需要事先做旋转运动以调整姿态。而本专利技术设计的六轮步进式机器人全向移动平台不存在非完整约束，它可以向任意方向做直线运动，而不需要事先作旋转运动，并且在以直线运动到达目标点的过程中，同时可以做自身旋转运动以调整机器人的姿态，从而达到终态所需的姿态角。通过具体控制，可以实现各种运动，具体介绍如下 运动情况一当6个步进电机沿着各自的转轴向同一方向(顺时针或逆时针)以相同角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台将在原地以自己的中心为轴做自身旋转运动，可以用来任意调整机器人的姿态角度。运动情况二 当6个步进电机沿着各自的转轴向同一方向(顺时针或逆时针)以不同的角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台做自身旋转运动，但旋转速度可能变慢，并且由于和地面摩擦力的不同，有可能不在原地旋转，旋转轴也有可能偏离步进式机器人全向移动平台的中心，但也可以用来任意调整机器人的姿态角度。运动情况三当6个步进电机中只有某几个步进电机沿着各自的转轴向同一方向(顺时针或逆时针)以相同角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台做自身旋转运动，但旋转速度较慢，并且由于和地面摩擦力的不同，有可能不在原地旋转，旋转轴也有可能偏离步进式机器人全向移动平台的中心，但也可以用来任意调整机器人的姿态角度。运动情况四当6个步进电机中只有某几个步进电机沿着各自的转轴向同一方向(顺时针或逆时针)，另外几个步进电机沿着各自的转轴向相反方向(逆时针或顺时针)以相同角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台做自身旋转运动，但旋转速度较慢，并且由于和地面摩擦力的不同，有可能不在原地旋转，旋转轴也有可能偏离步进式机器人全向移动平台的中心，但也可以用来任意调整机器人的姿态角度。 运动情况五当三组步进电机中的一组，即转轴呈180度的两个相对的步进电机，分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以相同角速度转动时，另外两组4个步进电机不加驱动信号，4组互补全向车轮呈随动状态，六轮步进式机器人全向移动平台做和提供驱动力的那组步进电机轴向方向垂直的直线运动，运动方向和与两个提供驱动力的步进电机相连的互补全向车轮的线速度方向一致。运动情况六当三组步进电机中的一组，即转轴呈180度的两个相对的步进电机，分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以不相同角速度转动时，另外两组4个步进电机不加驱动信号，4组互补全向车轮呈随动状态，六轮步进式机器人全向移动平台做曲线运动，在每一极短时间内，运动方向和提供驱动力的那组步进电机轴向方向垂直，曲线向着与两个提供驱动力的步进电机相连的互补全向车轮中线速度小的那组车轮弯曲。运动情况七当三组步进电机中的一组，即转轴呈180度的两个相对的步进电机(提供主驱动力)，分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以相同角速度转动时，另外剩下两组4个步进电机也加驱动信号，并且要求同组两个相对的步进电机分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以相同角速度转动，同时剩下两组4个步进电机中转轴呈60度的两个相邻的步进电机分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以相同角速度转动，六轮步进式机器人全向移动平台做和提供驱动力的那组步进电机轴向方向垂直的直线运动，运动方向和与两个提供主驱动力的步进电机相连的互补全向车轮的线速度方向一致。运动情况八当三组步进电机中的一组，即转轴呈180度的两个相对的步进电机(提供主驱动力)，分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以相同角速度转动时，另外剩下两组4个步进电机也加驱动信号，并且要求同组两个相对的步进电机分别沿着各自的转轴向相同方向(均为顺时针或均为逆时针)以相同角速度转动，同时剩下两组4个步进电机中转轴呈60度的两个相邻的步进电机分别沿着各自的转轴向相反方向(一个为顺时针，另一个为逆时针)以相同角速度转动，六轮步进式机器人全向移动平台做和提供驱动力的那组步进电机轴向方向垂直的直线运动，运动方向和与两个提供主驱动力的步进电机相连的互补全向车轮的线速度方向一致。运动情况九当6个步进电机中的某几个步进电机沿着各自的转轴向某一方向以大小相同或不同的角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台的运动将是旋转运动和直线运动的合成运动。本专利技术中，互补全向车轮采用有机玻璃板作为轮框架，并以激光雕刻的方式进行精确加工。每块轮框架板材外缘开有8个凹槽，用于安放侧向辊子。侧向辊子的转轴夹紧在轮框架外缘。另外，适度镂空轮框以减少车轮重量。侧向辊子及其转轴可外购，在每个侧向辊子外套硅胶管，以增大轮子和室内地板之间的摩擦力。车轮中心有圆孔(有一侧是平的)，用以与步进电机转轴连接。该加工制作方案降低加工难度、避开昂贵的开模工艺、同时也保证了车轮加工的精度及必要的强度。本专利技术中，所述互补全向车轮，是指两个全向车轮错开角度并列安装而形成互补结构，保证轮组在转动过程中至少有一个侧向辊子与地面保持接触，减少了震动和打滑情况的发生。同时，相比于传统三轮全向驱动平台，本专利技术设计的六轮步进式机器人全向移动平台能更好的减少机器人运动时的振动，并且大大提高承载能力。考虑在实际应用环境中，地面的不平整或车架的细微形变等因素将导致六个车轮无法同时着地，从而导致车轮空转的情况出现，对此本专利技术进行了相应的辅助设计。即在步进电机和机器人全向移动平台的顶板之间的悬挂装置上安装弹簧，使得六组互补全向车轮 处于预紧状态，这样可以解决六个轮子不同时着地的问题，同时可为车体减震。本专利技术中，选取混合式两相42H4602型步进电机作为六轮步进式机器人全向移动平台的动力源，基于L298N设计步进电机控制信号放大电路，来驱动步进电机。为了减弱或消除步进电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余翀，邱其文，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：