全向轮式平台及其行走控制方法与流程

本发明属于移动平台技术领域，具体的为一种全向轮式平台及其行走控制方法。

背景技术：

全方移动平台在近些年来发展迅速，以麦克纳姆轮、瑞士轮等复合轮式机构的兴起带动的全方位移动机械的发展较为迅速。但是，由于复合轮式机构复杂，制造难度较大，成本较高，加之其结构原理上本身即存在轮缘切换连贯性不好等问题，加重了行驶过程中的震动。轮缘上复杂的小轮结构使得其承载能力和野外适应能力大大减弱。另一种广泛应用的主动胶轮式全方位移动系统动力源过多，使得成本加大，增加了损坏的概率。

公开号为CN204124189U的中国专利公开了一种新型全向移动平台，包括车身，所述车身上设置有至少三个转向轴，每个转向轴下端固定有横轴的一端，横轴另一端设置有驱动轮，所述每个驱动轮上均分别设置有独立的动力源，所述每个转向轴上均设置有同步转向机构。该全向移动平台虽然在一定程度上能够满足使用要求，但是仍存在以下不足：

1）所有驱动轮均设有独立的动力源，增加了成本；

2）驱动轮直接安装在横轴上，当转向轴旋转驱动轮转向时，无法实现原地转动转向，导致移动平台在转向时会存在运行不平稳的问题；

3）转向轴过多，利用同步转向机构驱动所有转向轴同步转向的难度加大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种全向轮式平台及其行走控制方法，不仅能够满足使用要求，而且具有结构简单、实用性好和控制简便的优点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种全向轮式平台，包括支撑板，所述支撑板的前端设有主动轮机构，后端设有从动轮机构；

所述主动轮机构包括前叉件和安装在所述前叉件下方并具有独立动力源的主动轮，所述前叉件上固定连接设有竖直轴，所述竖直轴旋转配合安装在所述支撑板上；

所述从动轮机构包括固定安装在所述支撑板上的固定件，所述固定件上安装设有与其旋转配合的后叉件，所述后叉件上安装设有从动轮；

所述支撑板上设有用于驱动所述竖直轴旋转进而驱动所述主动轮转向的转向机构。

进一步，所述转向机构包括转向电机Ⅰ，所述转向电机Ⅰ的输出轴与所有的所述竖直轴之间设有用于驱动所有的所述竖直轴同步转动的带传动机构或链传动机构。

进一步，所述转向电机Ⅰ的输出轴与所有的所述竖直轴之间设有用于驱动所有的所述竖直轴同步转动的带传动机构，所述带传动机构包括设置在所述转向电机Ⅰ的输出轴上的主动带轮，所述竖直轴上设有从动带轮，所述主动带轮和所有的所述从动带轮之间套装设有传动带。

进一步，所述转向机构包括与所述竖直轴一一对应设置的转向电机Ⅱ，所述转向电机Ⅱ与对应的所述竖直轴之间设有用于驱动该竖直轴转动进而带动所述主动轮转向的齿轮传动机构。

进一步，还包括控制系统，所述控制系统包括安装在所述支撑板上的主控装置和与所述主控装置电连接的数据采集装置，所述数据采集装置包括用于检测移动速度的编码器、用于采集转向角度的陀螺仪和用于检测运动前方是否有障碍物出现的距离传感器。

进一步，所述支撑板上安装设有用于对所述转向机构和控制系统供电的电源。

本发明还提出了一种全向轮式平台行走控制方法，所述主动轮设置为两个，包括

1）直行：将转向机构锁死，通过主动轮的正反转，实现向前直行或向后直行；

2）横行：利用转向机构驱动主动轮转向90°，通过主动轮的正反转，实现向左移动或向右移动；

3）转向：

a. 利用转向机构驱动所有主动轮旋转设定角度，通过主动轮的正反转，实现向左转向或向右转向；

b.将转向机构锁死，通过主动轮的差速控制实现转向，其中，V₁为左主动轮运动速度，V₂为右主动轮运动速度；

当V₁-V₂=0时，全向轮式平台直行；

当V₁-V₂>0时，全向轮式平台右行；

当V₁-V₂<0时，全向轮式平台左行；

c.设定旋转中心点使两个主动轮的旋转中心均位于以该中心点为圆心的同一个圆弧上，利用转向机构分别驱动两个主动轮旋转一定角度，并使两个主动轮分别位于以该中心点为圆心的圆的切线方向，通过主动轮的正反转，以设定中心点与主动轮的旋转中心的距离为半径，实现转向或原地转弯；

d.以两个主动轮中的一个作为从动轮，另一个为主动轮，转向机构驱动主动轮的正反转，实现转向。

本发明的有益效果在于：

本发明的全向轮式平台，通过分别设置主动轮机构和从动轮机构，主动轮机构包括至少两个主动轮，如此，利用主动轮即可实现驱动平台移动的目的，通过与主动轮对应设置转向机构，能够驱动主动轮转向，进而实现平台移动转向，具有结构简单、实用性好和控制简便的优点。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明全向轮式平台实施例1的结构示意图；

图2为本实施例全向轮式平台转向时的状态图；

图3为本发明全向轮式平台实施例2的结构示意图；

图4为本实施例全向轮式平台转向时的状态图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，为本发明全向轮式平台实施例1的结构示意图。本实施例的全向轮式平台，包括支撑板1，支撑板1的前端设有主动轮机构，后端设有从动轮机构。本实施例的主动轮机构包括前叉件2和安装在前叉件2下方并具有独立动力源的主动轮3，前叉件2上固定连接设有竖直轴4，竖直轴4旋转配合安装在支撑板1上。本实施例的从动轮机构包括固定安装在支撑板1上的固定件5，固定件5上安装设有与其旋转配合的后叉件6，后叉件6上安装设有从动轮7。支撑板1上设有用于驱动竖直轴4旋转进而驱动主动轮3转向的转向机构。

本实施例的转向机构包括转向电机Ⅰ8，转向电机Ⅰ8的输出轴与所有的竖直轴4之间设有用于驱动所有的竖直轴4同步转动的带传动机构或链传动机构。本实施例的转向电机Ⅰ8的输出轴与所有的竖直轴4之间设有用于驱动所有的竖直轴4同步转动的带传动机构，带传动机构包括设置在转向电机Ⅰ8的输出轴上的主动带轮，竖直轴4上设有从动带轮，主动带轮和所有的从动带轮之间套装设有传动带9。

本实施例的全向轮式平台还包括控制系统，控制系统包括安装在支撑板1上的主控装置和与主控装置电连接的数据采集装置，数据采集装置包括用于检测移动速度的编码器、用于采集转向角度的陀螺仪和用于检测运动前方是否有障碍物出现的距离传感器。支撑板1上安装设有用于对转向机构和控制系统供电的电源。

本发明的全向轮式平台的行走控制方法为：

本实施例的主动轮设置为两个，包括

1）直行：将转向机构锁死，通过主动轮的正反转，实现向前直行或向后直行；

2）横行：利用转向机构驱动主动轮转向90°，通过主动轮的正反转，实现向左移动或向右移动；

3）转向：

a. 利用转向机构驱动所有主动轮旋转设定角度，通过主动轮的正反转，实现向左转向或向右转向；

b.将转向机构锁死，通过主动轮的差速控制实现转向，其中，V₁为左主动轮运动速度，V₂为右主动轮运动速度；

当V₁-V₂=0时，全向轮式平台直行；

当V₁-V₂>0时，全向轮式平台右行；

当V₁-V₂<0时，全向轮式平台左行；

c.设定旋转中心点使两个主动轮的旋转中心均位于以该中心点为圆心的同一个圆弧上，利用转向机构分别驱动两个主动轮旋转一定角度，并使两个主动轮分别位于以该中心点为圆心的圆的切线方向，通过主动轮的正反转，以设定中心点与主动轮的旋转中心的距离为半径，实现转向或原地转弯；

d.以两个主动轮中的一个作为从动轮，另一个为主动轮，转向机构驱动主动轮的正反转，实现转向。

本实施例的全向轮式平台，通过分别设置主动轮机构和从动轮机构，主动轮机构包括至少一个主动轮，如此，利用主动轮即可实现驱动平台移动的目的，通过与主动轮对应设置转向机构，能够驱动主动轮转向，进而实现平台移动转向，具有结构简单、实用性好和控制简便的优点。

实施例2

如图3所示，为本发明全向轮式平台实施例2的结构示意图。本实施例的全向轮式平台，包括支撑板1，支撑板1的前端设有主动轮机构，后端设有从动轮机构。本实施例的主动轮机构包括前叉件2和安装在前叉件2下方的主动轮3，前叉件2上固定连接设有竖直轴4，竖直轴4旋转配合安装在支撑板1上，主动轮3内设有轮毂电机。本实施例的从动轮机构包括固定安装在支撑板1上的固定件5，固定件5上安装设有与其旋转配合的后叉件6，后叉件6上安装设有从动轮7。支撑板1上设有用于驱动竖直轴4旋转进而驱动主动轮3转向的转向机构。

本实施例的转向机构包括与竖直轴4一一对应设置的转向电机Ⅱ10，转向电机Ⅱ10与对应的竖直轴4之间设有用于驱动该竖直轴4转动进而带动主动轮3转向的齿轮传动机构11。

本实施例的全向轮式平台还包括控制系统，控制系统包括安装在支撑板1上的主控装置和与主控装置电连接的数据采集装置，数据采集装置包括用于检测移动速度的编码器、用于控制转向角度的陀螺仪和用于检测运动前方是否有障碍物出现的距离传感器。支撑板1上安装设有用于对转向机构和控制系统供电的电源。

本发明的全向轮式平台的行走控制方法为：

本实施例的主动轮设置为两个，包括

1）直行：将转向机构锁死，通过主动轮的正反转，实现向前直行或向后直行；

2）横行：利用转向机构驱动主动轮转向90°，通过主动轮的正反转，实现向左移动或向右移动；

3）转向：

a. 利用转向机构驱动所有主动轮旋转设定角度，通过主动轮的正反转，实现向左转向或向右转向；

b.将转向机构锁死，通过主动轮的差速控制实现转向，其中，V₁为左主动轮运动速度，V₂为右主动轮运动速度；

当V₁-V₂=0时，全向轮式平台直行；

当V₁-V₂>0时，全向轮式平台右行；

当V₁-V₂<0时，全向轮式平台左行；

c.设定旋转中心点使两个主动轮的旋转中心均位于以该中心点为圆心的同一个圆弧上，利用转向机构分别驱动两个主动轮旋转一定角度，并使两个主动轮分别位于以该中心点为圆心的圆的切线方向，通过主动轮的正反转，以设定中心点与主动轮的旋转中心的距离为半径，实现转向或原地转弯；

d.以两个主动轮中的一个作为从动轮，另一个为主动轮，转向机构驱动主动轮的正反转，实现转向。

本实施例的全向轮式平台，通过分别设置主动轮机构和从动轮机构，主动轮机构包括至少一个主动轮，如此，利用主动轮即可实现驱动平台移动的目的，通过与主动轮对应设置转向机构，能够驱动主动轮转向，进而实现平台移动转向，具有结构简单、实用性好和控制简便的优点。

本文所述主动轮的旋转中心位于竖直轴4的轴线上。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。