一种多履带式全向移动平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多履带式全向移动平台，包括四个双履带子移动平台和顶部结构。其中每个子移动平台包括一个子平台支撑结构和两个对称的履带结构，每个履带结构包括一条履带，一个履带驱动轮和三个履带支撑轮；每个驱动轮由固定在子平台支撑结构上且带有测速编码器的减速电机驱动；支撑轮通过固定轴连接在子平台支撑结构上。顶部结构包含电池，控制器和四个角度测量电位器。顶部结构通过四个角接触轴承固定在四个子移动平台上。子移动平台相对于顶部结构的旋转角度可以通过角度测量电位器测得。控制器通过控制每个子移动平台的运动来实现整体结构的全向运动。本平台适用于需要全向移动环境下设备的运动。具有负载大，运动平稳，可靠性高等特点。
【专利说明】
一种多履带式全向移动平台
技术领域
[0001]本发明属于全向移动平台技术领域，具体涉及一种多履带式全向移动平台。
【背景技术】
[0002 ]传统的轮式移动平台由普通车轮构成的运动系统和转向系统组成，在运动空间有限、工作通道狭窄的情况下，存在着转弯半径大、空间利用率低、运动灵活性差等缺点。
[0003]全向移动机构是世界各国研制的热点，全向移动是指移动机构在二维平面上从当前位置向任意方向运动的能力，全向移动机构因其零回转半径的特点，可以在拥挤狭窄的场所内，可以克服传统轮式移动平台的缺点，广泛应用在工业制造，移动机器人等领域。其可以在二维平面上产生三个自由度的全向运动。
[0004]现在大多数全向移动平台采用麦克纳姆轮、瑞士轮、正交轮等结构实现全向运动，但是普遍存在运载能力低，运动过程存在振动和颠簸等问题。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种多履带式全向移动平台，解决了现有的全向移动平台存在的运载能力低，运动过程存在振动和颠簸等问题。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种多履带式全向移动平台，包括四个双履带子移动平台和分别固定在该子移动平台上的顶部结构，其中每个子移动平台包括子平台支撑结构和两个对称的履带结构，子平台支撑结构上方中心位置有输出轴，该输出轴可随子移动平台绕角接触轴承旋转，每个履带结构包括一条履带、一个履带驱动轮和三个履带支撑轮;每个履带驱动轮由固定在子平台支撑结构上且带有测速编码器的减速电机驱动;履带支撑轮通过固定轴连接在子平台支撑结构上；
顶部结构包含电池、与电池连接的控制器和与控制器连接的四个角度测量电位器，控制器通过控制每个子移动平台的运动来实现整体的全向运动，每个子移动平台通过两条履带的差速运转实现独立的运动。
[0007]所述控制器通过运动指令和每个子移动平台当前状态控制每个子移动平台独立运动，子移动平台当前状态包括其两条履带的运行速度和方向，子移动平台相对顶部结构的旋转角度。
[0008]所述顶部结构通过四个角接触轴承固定在四个子移动平台上，四个固定点在固定平面呈矩形，固定点之间距离满足四个双履带子移动平台在其绕各自固定的角接触轴承旋转时无相互干扰，每个子移动平台可以绕各自的固定的角接触轴承旋转的角度为180度，子移动平台相对于顶部结构的旋转角度可以通过角度测量电位器测得。
[0009]本发明具有如下优点:
1.载重能力强:一般的全向移动平台采用的麦克纳姆轮、瑞士轮、正交轮等方案由于与地面接触面积小，无法实现较大的载重能力；而本发明采用的多履带式全向移动平台采用履带结构，与地面接触面积大，可实现大载重下的全向运动；
2.运行平稳:一般的全向移动平台采用的瑞士轮、正交轮等方案由于与地面非线性接触，运行过程会产生振动和颠簸;而本发明采用的多履带式全向移动平台采用履带结构，可以实现全向移动平台的平稳运行；
3.可靠性高:一般的全向移动平台在运行过程中由于存在被动轮与地面接触的情况，所以移动过程的可靠性不高，容易受到环境干扰改变运行状态;而本发明采用的多履带式全向移动平台采用履带结构，运行过程中与地面主动接触，受环境干扰小，可靠性高；
4.路面适应性强:本发明采用履带式结构，与地面接触面积大，比一般轮式的全向移动平台的路面适应性强，可工作在路面较差的环境中。
【附图说明】
[0010]图1是多履带式全向移动平台整体设计示意图；
图2是多履带式全向移动平台中子移动平台设计示意图；
图3是多履带式全向移动平台前后运行示意图；
图4多履带式全向移动平台斜向运行示意图；
图5是多履带式全向移动平台横向运行示意图；
图6多履带式全向移动平台圆弧运行示意图；
图7是多履带式全向移动平台绕平台中心旋转运行示意图；
图中:1.第一子移动平台2.第二子移动平台3.第三子移动平台4.第四子移动平台5.控制器6.电池7.电位器固定支架8.角度测量电位器9.顶部结构10.子移动平台输出轴11.角接触轴承12.履带13.减速电机14.测速编码器15.子移动平台支架16.履带支撑轮17.履带驱动轮18.第一子移动平台左侧履带运动轨迹19.第一子移动平台右侧履带运动轨迹20.第二子移动平台左侧履带运动轨迹21.第二子移动平台右侧履带运动轨迹22.第三子移动平台左侧履带运动轨迹23.第三子移动平台右侧履带运动轨迹24.第四子移动平台左侧履带运动轨迹25.第四子移动平台右侧履带运动轨迹
八3，(:，0 3，？，6，!1，1，1为全向移动平台移动方向；
O，M是全向移动平台做圆弧运动的中心点；
al，bl，cl，dl，a2，b2，c2，d2，a3，b3，c3，d3，a4，b4，c4，d4为子移动平台通过履带差速运动绕固定轴承旋转的角度。
【具体实施方式】
[0011]以下将结合附图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明:
图3、图4、图5、图6、、图7为图1的俯视图。本发明中左、右方向，顺时针、逆时针方向的描述以图1的俯视图(即图3)为准，全向移动平台以图3中的A方向为向前运动方向。
[0012]本发明的多履带式全向移动平台，由双履带的第一子移动平台1、第二子移动平台
2、第三子移动平台3和第四子移动平台4和分别固定在每个子移动平台上的顶部结构9。其中每个子移动平台包括一个子移动平台支架15和两个对称的履带结构，子移动平台支架15上方中心位置设有可随子移动平台绕角接触轴承旋转的输出轴10，每个履带结构包括一条履带12，一个履带驱动轮17和三个履带支撑轮16;每个履带驱动轮17由固定在子平台支撑结构上且带有测速编码器14的减速电机13驱动;支撑轮16通过固定轴连接在子移动平台支架15上。
[0013]顶部结构9包含电池6、控制器5和四个角度测量电位器8。顶部结构通过四个角接触轴承11分别固定在第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4上，四个固定点在固定平面呈矩形，固定点距离满足四个双履带子移动平台在其绕各自的固定的角接触轴承11旋转时无相互干扰。第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4可以绕各自的固定的角接触轴承11旋转的角度为180度，第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4在如图3全向移动平台前后运行状态中分别绕固定子移动平台的角接触轴承22顺时针和逆时针旋转90度。子移动平台相对于顶部结构的旋转角度可以通过角度测量电位器8测得。角度测量电位器8安装在顶部结构的电位器固定支架7上。
[0014]控制器5通过控制第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4的运动来实现整体结构的全向运动，第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4可以通过两条履带12的差速运转实现独立的运动。控制器5通过运动指令和第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3、第四子移动平台4当前状态控制每个子移动平台独立运动，子移动平台当前状态包括其两条履带12的运行速度和方向，子移动平台相对顶部结构的旋转角度。通过不同的控制方法控制全向移动平台运动在不同状态。
[0015]在图3中，第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4的两条履带12同时运动，其速度和方向相同。当第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4的两条履带12运动方向和运动速度相同时，子移动平台不会绕着各自的固定轴承旋转，而是同时带动整个顶部结构向同一方向运动，形成了移动平台整体在A和B方向上的前后移动。其中子移动平台I的左侧履带运动路径为18，右侧履带运动路径为19;子移动平台2的左侧履带运动路径为20，右侧履带运动路径为21;子移动平台3的左侧履带运动路径为22，右侧履带运动路径为23;子移动平台4的左侧履带运动路径为24，右侧履带运动路径为25。
[0016]在图4中，第一子移动平台丨、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4中的两条履带首先同时进行运动方向相反，速度相同的运动，当第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4中的两条履带运动方向相反速度相同时，子移动平台会绕着各自的固定轴承旋转，形成了子移动平台相对于顶部结构的角度al，bl，cl，dl。当每个移动平台与顶部结构的角度达到预期角度之后，四个子移动平台的两条履带进行速度和方向相同的运动，当每个子移动平台的两条履带运动方向和运动速度相同时，子移动平台不会绕着各自的固定轴承旋转，而是同时带动整个顶部结构向同一方向运动，形成了移动平台在C和D方向上的斜向移动。其中子移动平台I的左侧履带运动路径为18，右侧履带运动路径为19;子移动平台2的左侧履带运动路径为20，右侧履带运动路径为21;子移动平台3的左侧履带运动路径为22，右侧履带运动路径为23;子移动平台4的左侧履带运动路径为24，右侧履带运动路径为25。
[0017]在图5中，第一子移动平台丨、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4中的两条履带首先同时进行运动方向相反，速度相同的运动，当第一子移动平台1、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4中的两条履带运动方向相反速度相同时，子移动平台会绕着各自的固定轴承旋转，形成了子移动平台相对于顶部结构的角度a2，b2，c2，d2。当每个移动平台与顶部结构的角度达到90度之后，四个子移动平台的两条履带进行速度和方向相同的运动，当每个子移动平台的两条履带运动方向和运动速度相同时，子移动平台不会绕着各自的固定轴承旋转，而是同时带动整个顶部结构向同一方向运动，形成了移动平台在E和F方向上的横向移动。其中子移动平台I的左侧履带运动路径为18，右侧履带运动路径为19;子移动平台2的左侧履带运动路径为20，右侧履带运动路径为21;子移动平台3的左侧履带运动路径为22，右侧履带运动路径为23;子移动平台4的左侧履带运动路径为24，右侧履带运动路径为25。
[0018]在图6中，第一子移动平台丨、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4中的两条履带首先同时进行运动方向相反，速度相同的运动，当子移动平台中的两条履带运动方向相反速度相同时，子移动平台会绕着各自的固定轴承旋转，形成了子移动平台相对于顶部结构的角度a3 ,b3,c3,d3。当每个移动平台与顶部结构的角度达到预期角度之后，四个子移动平台的两条履带进行方向相同的运动，其左右履带速度与角度a3，b3，c3，d3有关。当每个子移动平台的两条履带运动方向相同，运动速度不同时，子移动平台不会绕着各自的固定轴承旋转，而是同时带动整个顶部结构绕着空间内O点做G或H方向上的圆弧运动，形成了移动平台绕着空间内O点做G或H方向上的圆弧运动。其中子移动平台I的左侧履带运动路径为18，右侧履带运动路径为19;子移动平台2的左侧履带运动路径为20，右侧履带运动路径为21;子移动平台3的左侧履带运动路径为22，右侧履带运动路径为23;子移动平台4的左侧履带运动路径为24，右侧履带运动路径为25。
[0019]在图7中，第一子移动平台丨、第二子移动平台2、第三子移动平台3和第四子移动平台4中的两条履带首先同时进行运动方向相反，速度相同的运动，当子移动平台中的两条履带运动方向相反速度相同时，子移动平台会绕着各自的固定轴承旋转，形成了子移动平台相对于顶部结构的角度a4，b4，c4，d4。当每个移动平台与顶部结构的角度达到设定角度之后，四个子移动平台的两条履带进行方向相同的运动，其速度大小为设定值，当每个子移动平台的两条履带运动方向和运动速度不相同时，子移动平台不会绕着各自的固定轴承旋转，而是同时带动整个顶部结构向一方向做圆周运动，形成了移动平台绕着平台中心M点在I和J方向上的圆周运动。其中子移动平台I的左侧履带运动路径为18，右侧履带运动路径为19;子移动平台2的左侧履带运动路径为20，右侧履带运动路径为21;子移动平台3的左侧履带运动路径为22，右侧履带运动路径为23;子移动平台4的左侧履带运动路径为24，右侧履带运动路径为25。
[0020]上述描述了多履带式全向移动平台的前后，斜向，横向，圆弧运动，绕平台中心旋转，5种运动方式，通过这5种运动方式的组合，本发明可以实现移动平台的全向移动。
【主权项】
1.一种多履带式全向移动平台，其特征是:包括四个双履带子移动平台和分别固定在该子移动平台上的顶部结构，其中每个子移动平台包括子平台支撑结构和两个对称的履带结构，子平台支撑结构上方中心位置有输出轴，该输出轴可随子移动平台绕角接触轴承旋转，每个履带结构包括履带、履带驱动轮和履带支撑轮;履带驱动轮由固定在子平台支撑结构上且带有测速编码器的减速电机驱动；履带支撑轮通过固定轴连接在子平台支撑结构上； 顶部结构包含电池、与电池连接的控制器和与控制器连接的角度测量电位器，控制器通过控制每个子移动平台的运动来实现整体的全向运动，每个子移动平台通过履带的差速运转实现独立的运动。2.根据权利要求1所述的多履带全向移动平台，其特征是:所述控制器通过运动指令和每个子移动平台当前状态控制每个子移动平台独立运动，子移动平台当前状态包括其两条履带的运行速度和方向，子移动平台相对顶部结构的旋转角度。3.根据权利要求1所述的多履带全向移动平台，其特征是:所述顶部结构通过角接触轴承分别固定在子移动平台上，固定点在固定平面呈矩形，固定点之间距离满足双履带子移动平台在其绕各自固定的角接触轴承旋转时无相互干扰。4.根据权利要求1所述的多履带全向移动平台，其特征是:所述子移动平台分别绕各自的固定的角接触轴承旋转的角度为180度，子移动平台相对于顶部结构的旋转角度通过角度测量电位器测得。
【文档编号】B62D11/00GK106043427SQ201610467608
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】伍锡如, 王方
【申请人】伍锡如