一种移动机器人平台的驱动结构制造技术

一种移动机器人平台的驱动结构，是用于轮式移动机器人平台的三轮协调式驱动结构，其特征在于，包括：　　　　一本体、一导向轮和两驱动轮；　　　　主动导向轮置于本体前部，与控制电机、减速器和码盘连接；　　　　两驱动轮并列在本体后部，分别与两驱动电机连接；　　　　在车轮轮辐上和在固定的轮轴上设置空心轴式码盘；　　　　一控制器，与三个电机电连接。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种移动机器人平台的驱动结构
本技术涉及机器人
，特别是轮式移动机器人本体的驱动结构。可应用于移动机器人、智能轮椅，特别是导游、迎宾、助残、清洁等服务机器人驱动平台。
技术介绍
随着移动机器人技术的发展和人们生活水平的提高，智能型移动机器人受到了人们越来越多的关注。在科研界人们常常利用移动机器人进行自主感知、决策以及多智能机器人的协作研究。而在人们的日常生活中，移动型服务机器人也将进入导购导游、迎宾礼仪、护理清洁、巡视保安等场合。从目前的市场状况来看，制约移动型智能机器人推广的主要因素是机器人平台的成本居高不下，其中平台的机器人平台驱动结构复杂、伺服驱动系统成本高昂是主要原因。移动机器人平台的驱动方式有车轮式、多足式、履带式等多种。轮式移动机器人控制简单，每运动单位距离消耗的能量最小，通常比履带式和步行式平台运动速度快，因此应用的最多。轮式移动平台大体上又可分为：方向—驱动式和差分驱动式；在方向—驱动式移动平台上，方向的控制和驱动分别采用不同的驱动器。对方向的控制和驱动可能在相同的轮子上完成(如前轮驱动车)，但速度和方向是分别控制的。差分驱动式移动平台采用相同的轮子和驱动器来驱动和控制方向，运动方向的改变是通过有比例地控制每个轮子的速度来实现。而在具体实现方面，方向—驱动式和差分驱动式又有多种实现方法。以下就具有各种驱动结构的本体，在灵活性、稳定性、结构复杂性、-->重量、体积、成本、控制方式等方面进行简单地对比分析。最常用的一种是利用两个高精度驱动轮和一个随动轮的结构，如附图1所示，两个驱动轮4分别由两个电机3经过减速器5分别驱动，随动轮1可置于本体前部，可也置于本体后部。机器人移动平台的行进方向由两个驱动轮的速度差决定，通过对两个电机施加不同的速度控制量可实现任意方向的运动(如0半径转动)。这种结构的特点是运动灵活，但对于伺服系统要求较高，如进行严格的直线运动则要求两只轮子运动速度完全一致，且在加减速的时候动态特性也完全一致，因此，这种移动机器人平台对伺服驱动系统本身的精度和动态特性要求非常高，从而带来机器人成本的增加。移动机器人平台的第二种结构如图2所示。导向轮控制电机8通过减速器5控制前导向轮7，决定了本体6的运动方向。机器人后驱动轮4的驱动是由驱动轮控制电机9直接与驱动齿轮箱中减速器5连接，在箱体中装有全部传动系统的减速齿轮、差速器等传动零件，然后通过装在两端的半轴带动驱动轮4转动。差速器控制驱动轮4在转弯时左右驱动轮4能够有不同的转速。这种驱动系统可以利用一些通用的传动系统的零部件，其传动效率较高，制造成本较低，但在传动模式上还是机械传动的模式。结构比较复杂，体积较大，质量也较重，同时运动不灵活，不能实现小的回转半径。第三种方式如图3所示。前轮7即是驱动轮又是操舵轮，需要有两个单独的电机控制。导向控制电机8控制前轮7的摆角、电机3控制前轮7的驱动，因此通过这个两自由度复合的前轮7既能控制本体6的方向又能控制本体6的运动，两个被动后轮没有电机控制，完全是随动轮1。该方式的特点控制比较方便，对于伺服系统和制造装配精度要求不太高；能耗低，但复合运动结构设计复杂，车体6本身运动并不灵活。移动机器人平台的第四种结构如图4所示，这是一种同步驱动的配置方式。该配置将三个轮子成120度放置，用齿轮或链条将轮子与分别控制方向和驱动的电机相连。电机3通过减速器5控制轮子4的驱动，-->导向控制电机8通过减速器5控制轮子4的转角。因此每个轮子4既能转动方向又能向前驱动控制，结构类似于驱动结构三的前轮7。当三个轮子4保持初始位置以相同速度转动时，车体6保持原地转动，当三个轮子4转角相同并以相同速度驱动时，车体6按照该转角方向直线运动。施加适当的控制，车体能够按照任意指定的轨迹运动，因此具有很高的运动灵活性。但是该平台整体结构比较复杂，完成每个动作都要对六个伺服电机进行控制因此控制比较复杂，对于方向控制和驱动控制的伺服控制精度有较高要求，整个系统的成本也很高。采用四个轮子的移动机器人平台在结构上也有类似于采用三轮结构的移动机器人平台的各种配置方式，如方向—驱动复合控制和方向驱动分别控制等。与采用三轮的移动机器人平台相比，四轮结构虽然更稳定，但回转半径较大，转向不灵活，因而采用四轮结构的移动机器人并不多见。如图5给出了一种使用Mecanum(全方位)轮子10的四轮驱动结构。在这种结构中常见的类型为滚子轴线与轮子轴线成90°和45°角。车轮10同时具有两个自由度：绕轮子轴线的转动以及沿滚子轴线方向的平动。每个轮子10是一个电机3通过减速器5驱动。四个轮子10的单独驱动进行四个运动向量的合成，可以实现平面上的任意方向移动。但此装置结构复杂，成本较高，而能源利用效率低，因而并不适合移动机器人平台。综上所述，目前的移动机器人平台结构都各有优缺点，还很难兼顾结构的简单性、控制的灵活性和低成本实现。使用的驱动系统都是采用了通用的伺服系统，但是对于普通的移动型智能机器人上的驱动控制要求与传统的加工制造过程中对于控制性能的要求有很大的不同。比如移动机器人上一般对于位置控制精度大于几mm就足够，对于速度控制精度要求不高，调速范围也窄的多，而对于方向控制精度较为敏感，运动过程中常常更注重运动的平稳性，而不是定位的快速性。所以，用通用的伺服控制系统直接移植到普通移动机器人平台上会带来性能的不匹配和部分资源的浪费。因此，设计开发一种新型的移动机器人平台驱动结构，能很好的解决-->当前存在的这些问题，使机器人移动平台的运动有较高的灵活性，能实现0半径回转，且整个机构不能过于复杂以减少体积和重量，保持更好的机动性，满足移动机器人平台产业化的需要，已成为急需解决的课题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可用于轮式移动机器人平台的驱动结构，利用该种驱动方式设计的机器人本体运动灵活，可实现零回转半径，方向控制精度高，结构简洁，可维护性强。并且具备构造成本低的突出优点。为达到上述目的，本技术的技术解决方案是提供一种移动机器人平台的驱动结构，是用于轮式移动机器人平台的三轮协调式驱动结构，其包括：一本体、一导向轮和两驱动轮；主动导向轮置于本体前部，与控制电机、减速器和码盘连接；两驱动轮并列在本体后部，分别与两驱动电机连接；在车轮轮辐上和在固定的轮轴上设置空心轴式码盘；一控制器，与三个电机电连接。所述的驱动结构，其所述导向轮的减速器，为高减速比的减速器。所述的驱动结构，其所述两驱动轮的两驱动电机，为盘式电机或轮毂式电机。所述的驱动结构，其所述在车轮轮辐上和在固定的轮轴上，还可设置简易轴角编码器。所述的驱动结构，其所述控制器，是以DSP或MCU为核心的平台驱动控制器。所述的驱动结构，其可用在四轮移动平台上，将两前轮中，设置一个为导向轮，另一个为自由轮。本技术由于没有使用高精度伺服系统，三个驱动环节对于驱动组件和检测组件的特性要求都不高。导向轮电机减速器减速比较高，使-->用低成本码盘就能实现足够高精度的角度控制，从而使运动本体有足够好的方向控制。三轮的协调控制既能实现车体的平滑运动，又具有较好的动特性。实验证明了该驱动方式的有效性。整个系统没有使用大功率的高精度伺服电机而使成本大大降低。整个平台驱动系统以极低的造价实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动机器人平台的驱动结构，是用于轮式移动机器人平台的三轮协调式驱动结构，其特征在于，包括：一本体、一导向轮和两驱动轮；主动导向轮置于本体前部，与控制电机、减速器和码盘连接；两驱动轮并列在本体后部，分别与两驱动电机连接；在车轮轮辐上和在固定的轮轴上设置空心轴式码盘；一控制器，与三个电机电连接。2.如权利要求1所述的驱动结构，其特征在于，所述导向轮的减速器，为高减速比的减速器。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：原魁，刘贤华，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：实用新型
国别省市：