履带式全方位移动平台制造技术

一种履带式全方位移动平台，其主要由移动机构、控制子系统、驱动子系统和电源子系统构成，所述移动机构由多个全方位移动履带构成，所述多个全方位移动履带以类似汽车的四轮轮组结构排布。所述全方位移动履带主要由主动轮(12)、履带板(13)、辊子(14)、负重轮(15)、拖带轮(16)以及诱导轮(17)构成。所述辊子(14)固定在每个履带板的辊子支架(23)上，其转动轴线与所述全方位移动履带的主动轮(12)的轴线设置成一定的夹角，形成所述辊子(14)的偏置角。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于移动机械装置
，具体涉及ー种具有全方位运动特性的履带式移动平台。
技术介绍
近年来，移动平台在各行业的应用逐渐深入和拓宽，例如仓储运输、航空航天、军事安全和服务业等领域。其按运动特性可以分为全方位和非全方位两种，但现有的大多数移动平台都是非全方位的。与非全方位相比，全方位移动平台在空间坐标系XYZ下，具有在 XY平面上的三个运动自由度，即沿X轴、Y轴的平动和绕Z轴的转动。它具有更加灵活的机动性能，可以朝平面上的任意方向移动而不需要改变平台的姿态，也可实现以任意一点为中心、任意半径的转向运动。因此，全方位移动平台在狭小和拥挤的空间工作时，能够灵活自如地行迸，还可对自身的位置和姿态进行细微调整，非常适用于需要精确定位和高精度轨迹跟踪的场合。移动机构是移动平台运动的基础，通常可分为轮式、履带式和腿足式，此外还有适用于特定场合的步进式、蠕动式和蛇形式。目前，绝大多数的全方位移动平台都采用轮式机构，主要有麦克纳姆轮(Mecanum wheel)、连续切换轮(Alternate wheel)、正交轮(Orthogonal wheel)、球轮(ball wheel)和Rover轮等。轮式全方位移动平台在工程上已得到了广泛的应用。履带式全方位移动平台的发展则相对滞后，直到上世纪90年代初才出现了相关的研究成果。由于现有的履带式全方位移动机构还不够完善、种类也较少，使得履带式全方位移动平台迄今未在工程上得到应用，仍停留在试验平台阶段。Mecanum轮是ー种典型的轮式全方位移动机构，如图I所示，它主要由轮毂I和固定在轮毂上的一系列均匀分布的鼓形辊子3组成，辊子的外廓包络线2与轮子的理论圆周线相重合，辊子可以绕其轴线自由旋转，辊子轴线和轮毂轴线的夹角为辊子的偏置角，通常为 +45° οMecanum轮式全方位移动平台是目前应用最广泛的ー种全方位移动平台，它为了实现全方位运动需要三个或三个以上的Mecanum轮，通常采用四个Mecanum轮。对于四轮结构，为使平台运行平稳，支撑结构稳定，一般合理的轮组布局结构形式为纵向对称布局，类似小型汽车的轮组结构形式。但由于Mecanum轮的结构特殊，在实际应用中，为使制造经济合理，一般四个轮结构參数取相同值，在安装时采取正反向两种安装方式，因此平台上轮的辊子偏置角只有土 α两种(通常取为±45° )。通过对平台运动学的解析，得到最优的轮组布局方案如图2所示，图中的四个矩形框表示四个轮子，方框中斜线表示各轮接地辊子的轴线方向，即偏置方向。由于Mecanum轮与地面之间为点接触，这就造成整个平台与地面只有4个点接触，接地面积非常小。并且Mecanum轮是ー种刚性轮，所以平台在运动过程中容易产生颠簸，在高速情况下尤为明显。Mecanum轮式全方位移动平台的理想工作条件是平坦路面。它在不平路面上难以保证全方位运动的精度和稳定性。因为整个平台与地面之间只有4个点接触，而不平路面上有凹凸和起伏等，所以容易出现某个轮或某几个轮不触地的情況，这样将导致平台无法完成全方位运动。“VUTON”Crawler是由日本的Shigeo Hirose教授专利技术履带式移动机构，他的专利技术灵感来源于某全方位轮。Hirose教授想通过ー连串的自由辊子代替了原有的全方位轮，从而将其演变成一种履带式全方位移动机构。如图3所示，它的结构主要是由ー对链条4、5和若干个圆柱 形的自由辊子7构成，两条链条之间保持固定的间距，它们之间用矩形框6连接，自由辊子则固定在矩形框上，它们可绕自身轴线转动，但保持始終水平姿态。这种机构的特点是结构平坦、紧凑；相比原有的全方位轮，接地面积增大，载重能力也增强；同时由干与地面之间不发生滑移现象且接地面积较大，所以对地面的破坏程度较小。“VUT0N”移动履带(crawler)的实物结构主要由主动轮轴、内侧链条、外侧链条、调速带、矩形框、框支架、辊子及张紧装置构成，其中辊子轴线与主动轮轴线的夹角为90°，即辊子的偏置角为90°。“VUT0N”移动履带中的部分结构设计，例如采用90°偏置角辊子和矩形框等，导致其通过具有台阶、槽沟等障碍的路面的能力较差，从而降低了其通过性。对于采用“ VUT0N”移动履带的移动平台而言，ー个全方位移动平台至少需要四条该履带机构。对于四履带结构，通过其的运动解析可知，平台只能采用如图4所示的四履带环绕对称布局方案，而不能采用类似小型汽车的轮组布局方案。图中矩形框代表一条履帯，框中一系列的短实线则表示履带上一系列接地辊子的轴线，细虚线表示主动轮轴线。平台上的每条履带由电机独立驱动，通过控制每条履带转速的大小和方向，就可得到不同的运动组合，从而实现平台的全方位移动。“VUTONTrawler自身的结构以及平台的履带组布局方案，决定了该平台通过台阶、沟槽等障碍的能力差。
技术实现思路
为了解决现有的Mecanum轮式全方位移动平台运动颠簸、路面适应能力差，以及为了解决“VUT0N”移动履带式全方位移动平台越障能力差的问题，本专利技术提供了一种履带式全方位移动平台，其主要由移动机构、控制子系统、驱动子系统和电源子系统构成，其特征在于，所述移动机构由多个全方位移动履带构成，所述多个全方位移动履带以类似汽车的四轮轮组纵向对称结构排布。所述全方位移动履带主要由主动轮(12)、履带板(13)、辊子(14)、负重轮(15)、拖带轮(16)以及诱导轮(17)构成。所述全方位移动履带由多个履带板(13)拼接而成，所述辊子(14)固定在每个履带板的辊子支架(23)上，其转动轴线与所述全方位移动履带的主动轮(12)的轴线设置成一定的夹角，形成所述辊子(14)的偏置角。另外，在由所述多个全方位移动履带构成的四轮轮组纵向对称结构中，处于ー对角线上的两个全方位移动履带的偏置角相同，位于另一与之垂直的对角线上的两个全方位移动履带的偏置角与前述偏置角相反。所述履带板由板体(19)、导向齿(20)、哨合轴(21)、销孔(22)、以及辊子支架(23)构成，其中所述啮合轴(21)与所述主动轮(12)上的齿圈相互啮合以实现动力的转换,所述销孔(22)用于将多个履带板拼接成一条完整的履帯。所述履带板的辊子支架(23)的轴线与所述主动轮(12)轴线成一固定夹角，以使所述履带板(13)上的多个辊子(14)形成统ー的固定偏置角。所述辊子(14)的偏置角范围在(O。，90° )或(-90°，0° )之间。优选所述辊子(14)的偏置角为±45°。进ー步，所述控制子系统由操纵杆，电机控制器，以及用于计算电机转速及转向并将电机转速及转向指令发送到对应电机控制器的综合控制器构成。所述驱动子系统由电机和減速器组成，所述电机通过减速器与移动机构相连，并接收所述电机控制器的转速及转向指令以驱动所述移动机构。本专利技术的履带式全方位移动平台与前述现有技术的移动平台相比，具有如下优点(I)提高了全方位移动平台运动的平稳性；(2)增强了全方位移动平台的路面适应能力；(3)提升了全方位移动平台的越障能力。附图说明 图I :现有技术中麦克纳姆(Mecanum)轮轴向投影图；图2 :现有技术中使用麦克纳姆(Mecanum)轮轴的移动平台最优轮组布局方案；图3 :现有技术中“VUT0N”移动履带的结构原理图；图4 :现有技术中使用“ VU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种履带式全方位移动平台，其主要由移动机构、控制子系统、驱动子系统和电源子系统构成，其特征在于，所述移动机构由多个全方位移动履带构成，所述多个全方位移动履带以类似汽车的四轮轮组纵向对称结构排布。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张豫南，黄涛，颜南明，张健，尚颖辉，李年裕，李瀚飞，王双双，田鹏，闫永宝，赵玉慧，孙晓雨，吴中坚，李辉，张舒阳，王恒，
申请(专利权)人：张豫南，
类型：发明
国别省市：