一种全向移动平台的制作方法

本发明属于移动平台技术领域，特别是涉及一种全向移动平台。

技术背景

全向移动平台是指能够沿XY两方向运动，且可实现原地旋转的平台，具有转向空间小，XY方向独立运动的优势，可广泛的应用于工业、玩具、机器人等涉及轮式驱动的移动平台。现有的基于轮胎实现的全向移动平台方式包括麦卡纳姆轮方式和全向轮方式，两者的轮胎结构相似，都是由主动的轮毂和轮毂外缘按一定方向均匀分布的多个被动滚轮组成，当然两者在实现全向移动时，轮胎在平台上的分布不同，分别为平行式安装和正交式安装。但是，两类轮胎具有一定的缺陷，由于组成结构的复杂性，导致系统的可靠性低、成本高，且对于小尺寸的制造难度大，另外由于存在多旋转轮，为防止尘土阻塞旋转，因此对环境要高。以上缺陷，导致了两类轮胎在很多环境下不能得以应用。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种全向移动平台。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全向移动平台，包括车轮、运动控制单元、运动执行单元及平台底座，其中运动控制单元设置于平台底座的上方，所述平台底座的下方分别通过四个运动执行单元安装有四个车轮，各运动执行单元均与运动控制单元连接；所述车轮的轮胎胎面上设有斜纹。

所述车轮的轮胎胎面上的斜纹包括沿同一方向倾斜的多个斜槽和多个斜块，所述斜槽和斜块间隔交替设置。所述斜槽和斜块相互平行，所述斜槽和斜块与车轮轴线之间的夹角为锐角或钝角。

所述多个斜槽沿轴向依次首尾相连，所述多个斜块沿轴向依次首尾相对应或相连接；当所述多个斜块沿轴向依次首尾相连接时，形成沿轴向延伸的螺纹线。所述螺纹线为单条或多条。

所述全向移动平台同侧的两个车轮的轮胎胎面上的斜纹旋向相反。所述全向移动平台前方两个车轮的轮胎胎面上的斜纹旋向相反。

所述运动执行单元包括电机、减速器及轮毂连接法兰，其中电机安装在平台底座的下方、并输出轴与减速器，所述减速器的输出轴上通过轮毂连接法兰安装有一个车轮，所述电机与运动控制单元电连接。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明能够降低成本、满足小尺寸要求、降低应用环境要求和结构简单等特点，增大可全向移动平台应用的可实现范围。

2.本发明通过分别控制四个车轮的转向与转速，实现平台的前后移动、左右移动、原地旋转和具有移动曲率半径的旋转。

3.本发明螺旋式的轮胎设计，增大了轮胎与地面的附着力，使得移动平台能够在光滑地面上可靠行驶。

附图说明

图1为本发明车轮的轮胎胎面结构示意图；

图2为本发明移动平台的结构示意图；

图3为本发明两个车轮产生平移的原理示意图；

图4为本发明向前移动的原理示意图；

图5为本发明向后移动的原理示意图；

图6为本发明向左移动的原理示意图；

图7为本发明向右移动的原理示意图；

图8为本发明顺时针旋转的原理示意图；

图9为本发明逆时针旋转的原理示意图。

其中：1为车轮，101为车轮轴线，102为斜槽，103为斜块，2为运动控制单元，3为运动执行单元，4为平台底座，5为电机，6为减速器，7为轮毂连接法兰，F为推力，F_合为合力，F₁为左前轮产生的推力，F₂为右前轮产生的推力，F₃为左后轮产生的推力，F₄为右后轮产生的推力，T为扭矩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明包括车轮1、运动控制单元2、运动执行单元3及平台底座4，其中运动控制单元2设置于平台底座4的上方，所述平台底座4的下方分别通过四个运动执行单元3安装有四个车轮1，各运动执行单元3均与运动控制单元2连接，所述车轮1的轮胎胎面上设有斜纹。

所述车轮1的轮胎胎面上的斜纹包括沿同一方向倾斜的多个斜槽102和多个斜块103，所述斜槽102和斜块103间隔交替设置、并相互平行。所述斜槽102和斜块103与车轮轴线101之间的夹角为锐角或钝角。

所述多个斜槽102沿轴向依次首尾相连，所述多个斜块103沿轴向依次首尾相对应或相连接；当所述多个斜块103沿轴向依次首尾相连接时，形成沿轴向延伸的螺纹线，所述螺纹线可为单条或多条。所述车轮1转动时，车轮1与地面摩擦，产生与车轮轴线101具有一定夹角的推力F，该推力F不与车轮轴线101垂直。

所述全向移动平台同侧的两个车轮1的轮胎胎面上的斜纹旋向相反，前方两个车轮1的轮胎胎面上的斜纹旋向相反。

所述运动执行单元3包括电机5、减速器6及轮毂连接法兰7，其中电机5安装在平台底座4的下方、并输出轴与减速器6，所述减速器6的输出轴上通过轮毂连接法兰7安装有一个车轮1，所述电机5与运动控制单元2电连接。平台底座4可为任意形式，用于承载安装于平台底座4上方的载荷。

本发明的工作原理是：

如图3所示，安装于平台底座4底部同侧的两车轮1，两车轮1的车轮轴线101平行，且两车轮1的螺旋线旋向相反。两车轮1分别向不同方向旋转 时，使两车轮1分别产生既不平行也不垂直于101方向的推力F。两车轮1转速相同，曲线对称相反，产生两大小相等的推力F，且两推力F的合力F_合沿两推力F的中分角方向(即车轮轴线101方向)。当两个车轮1同时相内旋转时，合力F_合向左；当两个车轮1同时向外旋转时，合力F_合向右，从而实现平台底座4的左、右移动。

本发明通过合理安装四个车轮1，其中两个轮胎胎面上的斜纹为左旋，另外两个为右旋。优选安装方法是：同侧的两个车轮1的轮胎胎面上的斜纹旋向相反，前方两个车轮1的轮胎胎面上的斜纹旋向相反，后方两个车轮1的轮胎胎面上的斜纹旋向也相反。通过分别控制四个车轮1的转向与转速，实现平台的前后移动、左右移动、原地旋转和具有移动曲率半径的旋转。

如图2所示的装配方法，左前侧和右后侧车轮1的轮胎螺旋线为右旋，右前侧和左后侧车轮1的轮胎螺旋线为左旋时，当四个车轮1同转向，同转速向前转动时，能够产生向前的合力F_合，从而使移动平台可实现向前运动，如图4所示；当四个车轮1同转向，同转速向后转动时，能够产生向后的合力F_合，从而使移动平台可实现后运动，如图5所示；当左侧两车轮1向内旋转，右侧两车轮1向外旋转，四轮保持相同的转速，此时移动平台可实现左运动，如图6所示；当左侧两车轮1向外旋转，右侧两车轮1向内旋转，四个车轮1保持相同的转速，此时移动平台可实现右运动，如图7所示；当左侧两车轮1向前转动，右侧两车轮1向后转动，四个车轮1保持相同的转速，四轮的力形成力矩T，此时平台可实现原地的顺时针旋转，如图8所示；当左侧两车轮1向后转动，右侧两车轮1向前转动，四轮保持相同的转速，四轮的力形成力矩T，此时平台可实现原地的逆时针旋转，如图9所示；当不满足上诉几种方式转动方式时，平台则可通过4个轮子产生其他方向的合力和扭矩，使平台能够实现沿其他方向运动或转弯运动。