一种非对称轮腿式全向移动底盘的制作方法【专利摘要】本发明公开了一种非对称轮腿式全向移动底盘，包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器，机械腿与底盘车架铰接，位于底盘车架四个方位，麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端，各麦克纳姆轮由单独的驱动器驱动，驱动器和角度传感器与控制器连接；四条机械腿上的驱动器和传感器与控制器连接；控制器位于底盘车架中间，控制器接收各传感器信号，控制器发出控制指令，通过传感器对各驱动器进行闭环控制。水平传感器固定在底盘车架上，且与控制器连接，水平传感器用于测量底盘车架倾斜姿态。非对称轮腿式全向移动底盘，在实现全向移动的基础上，且自主控制底盘姿态，使麦克纳姆轮适应多种路况的全向移动。【专利说明】一种非对称轮腿式全向移动底盘【
技术领域：
】[0001]本发明属于车辆工程领域，具体地说，涉及一种非对称轮腿式全向移动底盘。【
背景技术：
】[0002]麦克纳姆轮(mecanumwheel)是一种全方位移动车轮，1973年由瑞士人BengtL1n发明。麦克纳姆轮的特点是在传统车轮的基础上，在轮缘上与轴线成一定角度安装若干可以自由旋转的小辊子，在车轮滚动时，小辊子会产生侧向运动。通过麦克纳姆轮的组合使用和控制，可使车体产生运动平面内的任意方向移动和转动。[0003]1975年，L1n获得美国专利3746112，专利Direct1nallyStableSelfPropelledVehicle(直接稳定自驱动车)。1996年该专利失效后,世界众多大学、研究机构和公司对其进行应用开发和再创造，应用领域涉及全方位移动的叉车、搬运车、轮椅、弹药运输车、移动机器人等。采用全方位移动技术后，可显著提高搬运效率和灵活性、减小货物存储空间20%?30%，尤其对于狭小空间移动物体，具有不可取代的作用。目前，成功的应用实例有美国AirTrix公司的Sidewinder全方位移动叉车、COBRA全方位移动升降机、MP2全方位搬运拖车、全方位弹药转载机；卡内基梅隆大学的全方位机器人、美国Ominx公司的全方位移动轮椅、喷气发动机全方位移动托架系列产品。[0004]目前涉及麦克纳姆轮全方位移动机构的专利有美国专利“直接稳定自驱动车”(U.S.Pat.N0.3746112,^Direct1nallyStableSelfPropelledVehicle”)，首先使用了麦克纳姆轮。[0005]美国专利“全方位武器装填车”(U.S.Pat.N0.6668950,”Omn1-direct1nalmunit1nshandlingvehicle”),美国专利“飞机维护装置和维护方法”(U.S.Pat.N0.6477730，，，Aircraftmaintenanceapparatusandmethodofmaintainingaircraft”)，都是将麦克纳姆轮运用于各类移动搬运装备中。[0006]韩国发明专利201210016745.8“利用麦克纳姆轮的移动运输装置的宽度可变结构”，只有轮距可以对称改变，同时该装置依然采用规则的对称布局。[0007]中国发明专利201210180125.8“一种可伸缩避障的仿生机器人”，虽然采用了四连杆机构作为机械腿结构的一部分，但是没有涉及采用平行四连杆同时使车轮可在水平面内转动的轮腿结构相关技术。[0008]麦克纳姆轮全向移动车，其轮子均为对称式分布。导致麦克纳姆轮全向移动车只能在无障碍、平坦路面行驶，对于行驶过程中可能遇到的一些路面状况，包括路面凹凸、路面倾斜、重心偏移情况，无法满足使用要求。【
发明内容】[0009]为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种非对称轮腿式全向移动底盘。[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器，[0011]所述麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端，各麦克纳姆轮由单独的驱动器驱动，且安装有角度传感器，驱动器和角度传感器与控制器连接；[0012]所述机械腿为四段式结构，分别为腿根回转节、平行四连杆，直线导轨，旋转末端，四条机械腿部结构相同，腿根回转节与底盘车架铰接，腿根回转节上安装驱动器和角度传感器，平行四连杆两端分别与腿根回转节另一端和直线导轨一端铰接，平行四连杆沿对角线方向安装有液压驱动器和位移传感器，直线导轨上安装驱动器和位移传感器，旋转末端与直线导轨另一端铰接，旋转末端上安装有驱动器和角度传感器，四条机械腿位于底盘车架四个方位连接，机械腿上的驱动器和传感器与控制器连接；[0013]所述水平传感器固定在底盘车架上，且与控制器连接，水平传感器用于测量底盘车架倾斜姿态；[0014]所述控制器位于底盘车架中间部位，控制器接收各传感器信号，控制器发出控制指令，通过传感器对各驱动器进行闭环控制，通过控制腿根回转节驱动器，实现机械腿水平旋转，通过控制平行四连杆液压驱动器，实现机械腿竖直平面转动，通过控制直线导轨驱动器，实现机械腿伸缩运动，通过控制旋转末端驱动器，实现麦克纳姆轮轴水平旋转，通过控制麦克纳姆轮驱动器，实现麦克纳姆轮旋转。[0015]有益效果[0016]本发明提出的一种非对称轮腿式全向移动底盘，包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器，机械腿与底盘车架铰接，位于底盘车架四个方位，四条机械腿部结构相同，麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端，各麦克纳姆轮由单独的驱动器驱动，且安装有角度传感器，驱动器和角度传感器与控制器连接；四条机械腿上的驱动器和传感器与控制器连接；控制器位于底盘车架中间部位，控制器接收各传感器信号，控制器发出控制指令，通过传感器对各驱动器进行闭环控制；水平传感器固定在底盘车架上，且与控制器连接，水平传感器用于测量底盘车架倾斜姿态；非对称轮腿式全向移动底盘在实现全向移动的基础上，且自主控制底盘姿态，麦克纳姆轮自由布局的结构，使麦克纳姆轮落于任何可到达的预定位置；适应多种路况的全向移动。【专利附图】【附图说明】[0017]下面结合附图和实施方式对本发明一种非对称轮腿式全向移动底盘作进一步详细说明。[0018]图1为本发明非对称轮腿式全向移动底盘结构示意图。[0019]图2为本发明非对称轮腿式全向移动底盘的机械腿结构示意图。[0020]图3为本发明非对称轮腿式全向移动底盘的控制系统原理图。[0021]图中:[0022]1.右前腿2.左前腿3.右后腿4.左后腿5.麦克纳姆轮6.旋转末端7.直线导轨8.平行四连杆9.腿根回转节10.底盘车架11.控制器12.水平传感器13.腿根回转节驱动器14.腿根回转节角度传感器15.平行四连杆近心短杆16.平行四连杆液压驱动器17.位移传感器18.平行四连杆远心短杆19.直线导轨位移传感器20.直线导轨驱动器21.旋转末端角度传感器22.旋转末端驱动器23.麦克纳姆轮驱动器24.麦克纳姆轮角度传感器【具体实施方式】[0023]本实施例是一种非对称轮腿式全向移动底盘。[0024]参阅图1、图2、图3，本实施例非对称轮腿式全向移动底盘，包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器，机械腿与底盘车架铰接，安装在底盘车架四个方位，四条机械腿部结构相同，麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端。以右前腿I为例，从底盘车架10连接到麦克纳姆轮5，分别为腿根回转节9，平行四连杆8，直线导轨7，旋转末端6。腿根回转节9与底盘车架10铰接，安装腿根回转节驱动器13和腿根回转节角度传感器14，控制在水平面内旋转；平行四连杆近心短杆15是腿根回转节9的竖直部分，与底盘车架10垂直安装；平行四连杆8沿对角线方向安装有平行四连杆液压驱动器16和位移传感器17，四连杆机构在竖直平面内转动；直线导轨7与平行四连杆远心短杆18垂直固连，直线导轨7上安装直线导轨驱动器20和直线导轨位移传感器19，沿导轨方向作直线运动；旋转末端6与直线导轨7铰接，旋转末端6上安装旋转末端驱动器22和旋转末端角度传感器21，控制在水平面内旋转；麦克纳姆轮5安装在机械腿旋转末端6，各麦克纳姆轮5由单独的麦克纳姆轮驱动器23驱动，而且安装有麦克纳姆轮角度传感器24，麦克纳姆轮驱动器23和麦克纳姆轮角度传感器24与控制器11连接；使麦克纳姆轮5落于任何可到达的预定位置。[0025]水平传感器12固定在底盘车架10上，且与控制器11连接，水平传感器12用于测量底盘车架10倾斜姿态。控制器11安装底盘车架10中间部位，控制器11接收各传感器信号，控制器11发出控制指令，通过传感器对各驱动器进行闭环控制。通过控制腿根回转节驱动器13，实现机械腿水平旋转，通过控制平行四连杆液压驱动器16，实现机械腿竖直平面转动，通过控制直线导轨驱动器20，实现机械腿伸缩运动，通过控制旋转末端驱动器22，实现麦克纳姆轮轴水平旋转，通过控制麦克纳姆轮驱动器23，实现麦克纳姆轮旋转。[0026]本发明的工作方法按以下步骤:[0027](I)控制器11接收各传感器信号，调整姿态确保具有全向移动能力，并可继续接受:运动指令；[0028](2)装载物品或施加载荷，控制器11接受水平传感器12信息，调整右前腿1、左前腿2、右后腿3、左后腿4的位置，保证底盘车架10水平，同时根据机械腿位置，自主调整各条机械腿旋转末端，确保具有全向移动能力，继续接受运动指令；[0029](3)运动过程中出现障碍，控制右前腿1、左前腿2、右后腿3、左后腿4躲避或者越过障碍，麦克纳姆轮5落地后，控制器11根据此时机械腿位置，自主调整各条机械腿旋转末端6角度，确保具有全向移动能力，继续接受运动指令；[0030](4)运动过程中出现底盘车架10倾斜，控制器11接受水平传感器12信息，调整右前腿1、左前腿2、右后腿3、左后腿4位置，保证底盘车架10水平，同时调整各条机械腿旋转末端6角度，确保具有全向移动能力，继续接受运动指令。[0031]装载物品后，底盘车架10会出现偏载情况，调整机械腿姿态，确保底盘车架10水平。水平传感器12检测底盘车架10倾斜方向，反馈给控制器11，控制器11控制底盘车架倾斜一侧的机械腿张开，将倾斜一侧底盘车架10撑起，恢复水平。同时根据右前腿1、左前腿2、右后腿3、左后腿4的位置，自主调整各条机械腿旋转末端6，确保具有全向移动能力。[0032]当运动方向有障碍物时，控制器11控制机械腿驱动器工作，通过机械腿上的传感器定位，使右前腿1、左前腿2、右后腿3、左后腿4依次迈过障碍物，继续前进。根据输入的操纵指令，控制器11控制右前腿I迈过障碍，根据落地点到车体中心的距离及其它三条腿的姿态，调整旋转末端6，避免奇异位形；如此继续前进，下一麦克纳姆轮靠近障碍，控制左前腿2、右后腿3、左后腿4迈过障碍，同时根据落地点到车体中心的距离及其它三条腿的姿态，调整旋转末端6，避免奇异位形，直至整体越过障碍。[0033]当行驶在坡面上，控制器11通过接收水平传感器12信号，调整右前腿1、左前腿2、右后腿3、左后腿4姿态，保证底盘车架10水平，并继续前进。水平传感器12检测底盘车架10倾斜方向，控制器11接受信号，控制底盘车架10倾斜一侧的机械腿抬高底盘车架10，同时调整各条机械腿旋转末端6，避免奇异位形。[0034]当遇到狭窄地形时，控制器11依次调整前后两对轮的轮距，可通过狭窄路口。根据输入的操纵指令信号，控制器11控制前面右前腿1、左前腿2轮距减小，使其可通过狭窄路口，当后面两条右后腿3、左后腿4运动到狭窄路口处，再减小右后腿3、左后腿4的轮距，继续通过路口，最大限度的防止车体侧翻。【权利要求】1.一种非对称轮腿式全向移动底盘,其特征在于:包括底盘车架、控制器、机械腿、麦克纳姆轮、驱动器、传感器，所述麦克纳姆轮分别安装在机械腿部末端，各麦克纳姆轮由单独的驱动器驱动，且安装有角度传感器，驱动器和角度传感器与控制器连接；所述机械腿为四段式结构，分别为腿根回转节、平行四连杆，直线导轨，旋转末端，四条机械腿部结构相同，腿根回转节与底盘车架铰接，腿根回转节上安装驱动器和角度传感器，平行四连杆两端分别与腿根回转节另一端和直线导轨一端铰接，平行四连杆沿对角线方向安装有液压驱动器和位移传感器，直线导轨上安装驱动器和位移传感器，旋转末端与直线导轨另一端铰接，旋转末端上安装有驱动器和角度传感器，四条机械腿位于底盘车架四个方位连接，机械腿上的驱动器和传感器与控制器连接；所述水平传感器固定在底盘车架上，且与控制器连接，水平传感器用于测量底盘车架倾斜姿态；所述控制器位于底盘车架中间部位，控制器接收各传感器信号，控制器发出控制指令，通过传感器对各驱动器进行闭环控制，通过控制腿根回转节驱动器，实现机械腿水平旋转，通过控制平行四连杆液压驱动器，实现机械腿竖直平面转动，通过控制直线导轨驱动器，实现机械腿伸缩运动，通过控制旋转末端驱动器，实现麦克纳姆轮轴水平旋转，通过控制麦克纳姆轮驱动器，实现麦克纳姆轮旋转。【文档编号】B62D57/028GK104176145SQ201410417628【公开日】2014年12月3日申请日期:2014年8月22日优先权日:2014年8月22日【发明者】董文豪,冯华山,王润孝,谭小群,秦现生,王科平,宋可清,罗巍申请人:西北工业大学