[发明专利]基于麦克纳姆轮的摇杆式全方位移动平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种全方位移动平台，属于移动平台行走机构研究领域。

背景技术

全方位移动技术在移动机器人、叉车、搬运车和轮椅等领域得到广泛的应用。通常采用麦克纳姆轮作为行走机构。使用麦克纳姆轮作为行走机构时，移动平台运动时，要求四轮与地面能够良好的接触，且均衡承重，因此，要求基于麦克纳姆轮的移动平台使用场合的地面尽量的平整。但，实际的地面不一定都十分理想，可能存在起伏、变坡、凸台、台阶、沟道等障碍地形，在这种路况下，麦克纳姆轮移动平台可能存在某个车轮悬空和车轮承重不均匀的情况。这样，麦克纳姆轮移动平台的运动将不能得到良好的控制，运动与控制将存在较大的偏差，越障性能和地形适应性不佳。因此，研究一种能够自适应地形的，运行时与地面接触良好，较均匀的分担承重，具有一定的越障与地形通过能力的全方位移动平台十分必要。

为了解决上述问题，国家自然科学基金青年基金(51205391)的支持下，本研究团队通过进一步研究，探索了一种基于麦克纳姆轮的摇杆式全方位移动平台。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的问题，提供一种基于麦克纳姆轮的摇杆式全方位移动平台，该移动平台能够被动的自适应不平地形，保证所有车轮均能够接触地面，分担移动平台的载荷，提高移动平台可控性以及越障与地形通过能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于麦克纳姆轮的摇杆式全方位移动平台，包括主车体、左旋麦克纳姆轮组件和右旋麦克纳姆轮组件，其特征在于：还包括摇杆悬架一、摇杆悬架二和平衡机构；所述的摇杆悬架一和摇杆悬架二的结构左右对称，二者对称地布置在主车体的左右两侧，所述的摇杆悬架一和摇杆悬架二的中部分别与主车体左右两侧以转动副相铰联，且两个转动副同轴线；所述的平衡机构呈左右对称设置，由呈几何对称的横摇杆以及呈左右对称的侧连杆一和侧连杆二组成，横摇杆的中部与主车体一端的中部以转动副相铰联，且该转动副轴线处于主车体左右对称面上，横摇杆的左右两端分别与侧连杆一和侧连杆二的一端以球副相铰联，侧连杆一和侧连杆二的另一端分别与左右两侧的摇杆悬架一和摇杆悬架二以球副相铰联，且铰联位置左右对称；所述的左旋麦克纳姆轮组件由左旋麦克纳姆轮与驱动单元联接而成，所述的右旋麦克纳姆轮组件由右旋麦克纳姆轮与驱动单元联接而成；所述的摇杆悬架一的前后两端分别固定有两种不同旋向的麦克纳姆轮组件，所述的摇杆悬架二的前后两端分别固定有两种不同旋向的麦克纳姆轮组件，且摇杆悬架一和摇杆悬架二的同端的麦克纳姆轮组件的麦克纳姆轮旋向相反。

优选地，所述的平衡机构的横摇杆的中部与主车体构成的转动副的轴线垂直于主车体的前视投影面；侧连杆一和侧连杆二呈上下方向设置，侧连杆一和摇杆悬架一相铰联的球副的位置与摇杆悬架一中部的转动副的轴线在摇杆悬架一的前后水平方向存在一定的偏距；侧连杆二和摇杆悬架二之间的连接结构与侧连杆一和摇杆悬架一的连接结构对称。

优选地，所述的平衡机构的横摇杆的中部与主车体构成的转动副的轴线垂直于主车体的上视投影面，侧连杆一和侧连杆二呈前后方向设置，侧连杆一和摇杆悬架一相铰联的球副的位置与摇杆悬架一中部的转动副的轴线在摇杆悬架一的竖直方向存在一定的偏距；侧连杆二和摇杆悬架二之间的连接结构与侧连杆一和摇杆悬架一的连接结构对称。

通过上述技术方案与结构，本发明的主车体、左右两摇杆悬架通过平衡机构连接在一起，其左右两摇杆悬架均可相对主车体摇动，且实现了三者联动。因此，主车体的载荷通过摇杆悬架一、摇杆悬架二和平衡机构分担在四个麦克纳姆轮上；当本移动平台行驶在平整地面上时，左右两侧的摇杆悬架相对主车体保持不动。当本发明行驶在高低不平的地面上时，主车体的载荷迫使两摇杆悬架相对主车体摇动，使四个麦克纳姆轮始终与地面接触，同时主车体的载荷也通过平衡机构分担在四个麦克纳姆轮上。这样，无论平整地面还是非平整地面，每一个麦克纳姆轮均能始终为本移动平台提供驱动力，这样本移动平台的运动可得到较好的控制。通过控制四个麦克纳姆轮的转动速度和方向，可以实现移动平台的前进、后退、左右横向行驶、任意角度行驶、原地转向、任意转弯半径的转向等全方位移动。麦克纳姆轮的转动速度、方向与各种运动形式的关系已是公知的技术本说明书不作详细罗列。因此，本移动平台尤其是作正向、反向、转向等运动时，具有良好的地形适应性和一定的越障能力。主车体也随摇杆悬架的摇动产生一定的仰俯运动，平衡机构可对左右摇杆悬架的摆角进行近似平均，使主车体产生较小的仰俯角，保证了移动平台的运行平稳性。