何参数，可以计算每个车轮的转向角，再换算成相应的伺服电 机的转角；另外，根据机器人的运动速度，计算每个轮毂电机的转速。
[0016] 以机器人使用四轮转向模式右转弯为例，此时瞬时转动中心位于两侧中点之间连 线的延长线上，记机器人几何中心的运动速度为V，转弯半径为R，则主动轮1的转速和转向 角分别为：
【主权项】
1. 一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人，包括底盘，其特征在于：所 述底盘上安装有四个主动轮机构和三个从动轮机构，所述主动轮机构对称安装在底盘两侧 作为机器人的行走机构，采用轮毂电机技术，包括集成在主动轮上的轮毂电机、减震器、减 速器以及伺服电机，所述伺服电机经过减速器带动轮毂电机绕其竖直中心轴在±90°范围 内水平旋转方向，通过程序协调控制四个轮毂电机的转动速度以及四个伺服电机的转角， 使机器人具有直行、斜行和转向等多种复杂的运动功能；所述从动轮机构分别安装在底盘 两侧中间位置和尾部中间位置，用于检测移动机器人的相对位姿变化，均包括全向轮，左、 右两侧从动轮机构与尾部从动轮机构的全向轮的转轴相互垂直，每个全向轮的转轴上安装 编码器，通过三个编码器的测量数据组合，计算机器人的相对运动位姿增量。
2. 根据权利要求1所述的一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人，其特 征在于：所述轮毂电机的两侧设有减震器，所述减震器的顶端固定安装有水平支撑板，所述 支撑板上连接有减速器的输出法兰，所述减速器通过支架垂直安装在机器人底盘的侧面， 所述减速器的输入端还连接有伺服电机，所述伺服电机经过减速器带动支撑板转动进而改 变车轮的转向角；所述四个主动轮机构的伺服电机独立驱动，通过协调控制，实现机器人的 灵活转向运动。
3. 根据权利要求1所述的一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人，其特 征在于：所述左、右两侧从动轮机构包括全向轮、增量式光电编码器以及减震器，所述全向 轮两侧设有减震器，中心轴上设有带座轴承一和增量式光电编码器，且中心轴贯穿于带座 轴承一内圈孔中，和带座轴承一外圈、增量式光电编码器的转轴固定连接；所述减震器的底 端经过带座轴承一与全向轮连接，所述增量式光电编码器的外壳经支架固定安装于减震器 的底端，所述减震器的顶端固定安装有水平支撑板，所述水平支撑板上固定有立式支撑架， 所述立式支撑架上固定连接有水平转轴，所述水平转轴的另一端连接有竖直连接杆的底 端，所述竖直连接杆底端还设有带座轴承二，所述水平转轴可以围绕带座轴承二的轴线转 动，所述带座轴承二的轴承座固定安装在机器人底盘的侧面，所述竖直连接杆的顶端经过 拉伸弹簧与机器人底盘侧面相连，所述竖直连接杆上还设有限位挡块限制全向轮绕水平轴 向前旋转的极限位置。
4. 根据权利要求1所述的一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人，其特 征在于：所述尾部从动轮机构包括括全向轮、增量式光电编码器以及减震器，所述全向轮两 侧设有减震器，中心轴上设有带座轴承一和增量式光电编码器，且中心轴贯穿于带座轴承 一内圈孔中，和带座轴承一外圈、增量式光电编码器的转轴固定连接；所述减震器的底端经 过带座轴承一与全向轮连接，所述增量式光电编码器的外壳经支架固定安装于减震器的底 端，所述减震器的顶端固定安装有水平支撑板，所述水平支撑板上固定有两个立式支撑架， 所述两个立式支撑架之间固定连接有水平转轴，所述水平转轴上方设有两个带座轴承二， 所述水平转轴和两个带座轴承二内圈固定连接；所述带座轴承二上方设有水平支架，所述 带座轴承二底座安装在水平支架上，所述水平支架固定安装于机器人底盘的尾部中间；所 述水平转轴上还套有扭力弹簧，所述扭力弹簧包括水平端和竖直端，所述水平支架上还设 有竖直挡块限制扭力弹簧的竖直端。
5. 根据权利要求3或4所述的一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人， 其特征在于：所述从动轮机构上的水平旋转轴使得当路面上有凸起物体时，全向轮可以绕 该旋转轴转动并抬起一定的高度，避免从动轮被物体卡住，对复杂的路面具有自适应性。
6. 根据权利要求1-5任一项权利要求所述的一种具有相对位姿检测功能的全方位轮 式移动机器人，其特征在于：所述全向轮为双排瑞士轮。
7. 根据权利要求1所述的一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人，其特 征在于：所述的四个主动轮机构可以实现的机器人的运动模式主要包括：直行、斜行和转 向； (1) 直行时，四个主动轮的转速相同，转向角均为零； (2) 斜行时，四个主动轮的转速相同，转向角也相同，但不为零； (3) 转向时，模式可以细分为：前轮转向、后轮转向、四轮转向和原地转向；根据转向 模式、转弯半径和机器人几何参数，可以计算每个车轮的转向角，再换算成相应的伺服电机 的转角；另外，根据机器人的运动速度，计算每个轮毂电机的转速。
【专利摘要】本发明公开了一种具有相对位姿检测功能的全方位轮式移动机器人，其特征在于：底盘由四个主动轮和三个从动轮组成，每个主动轮能够独立驱动和转向，通过协调控制，实现机器人的灵活运动；底盘移动时带动三个从动轮转动，通过三个全向轮的组合转速测量，可以检测机器人的相对位姿变化。本发明移动机器人机械设计结构紧凑，平台具有灵活的运动性能，可以自动检测平台的运动位姿增量，并且能够在复杂的路面上平稳行驶。通过增加车载外部传感器，该移动机器人平台可以用于在城区环境中进行环境探测、自主定位和导航，还可以进行地球外星体探测等。从动轮系的组合设计，为移动平台的快速智能化和机器人化改造提供了一种低成本、易于计算的位姿检测信息。
【IPC分类】B62D61-10, B62D57-02
【公开号】CN104590414
【申请号】CN201410835850
【发明人】钱钧, 訾斌, 王淑旺, 黄海鸿
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月29日