[发明专利]一种可适用于不平整地面的移动机器人底盘及其控制方法

权利要求书

1.一种可适用于不平整地面的移动机器人底盘，包括底盘架体(1)、麦克纳姆轮(2)、动力单元(6)和集中电控单元；麦克纳姆轮(2)相对于底盘架体(1)的几何中心中心对称设置为四件，且四件麦克纳姆轮(2)两两前后及左右对称设置；其特征在于，可适用于不平整地面的移动机器人底盘还包括连接单元(3)、减震弹簧单元(4)和姿态采集单元(5)；

所述的连接单元(3)对应麦克纳姆轮(2)的位置左右对称设置为四组，每组连接单元(3)均包括上连接板(31)、轴承座支架(32)和下连接板(33)，内部设有轴承的轴承座支架(32)竖直设置，上连接板(31)和下连接板(33)沿左右方向向下方倾斜设置、且上连接板(31)与下连接板(33)平行设置，上连接板(31)的左右两端分别与轴承座支架(32)的上端和底盘架体(1)的上架体板铰接安装连接，下连接板(33)的左右两端分别与轴承座支架(32)的下端和底盘架体(1)的下架体板铰接安装连接，上连接板(31)、轴承座支架(32)、下连接板(33)和底盘架体(1)共同组成平行四边形结构，四件麦克纳姆轮(2)分别通过水平设置的阶梯传动轴(21)轴向定位、配合穿接安装在四组连接单元(3)的轴承座支架(32)上；

所述的减震弹簧单元(4)对应连接单元(3)左右对称设置为四组，每组减震弹簧单元(4)包括沿左右方向向下方倾斜设置减震弹簧组件，减震弹簧组件的左右两端分别与轴承座支架(32)和底盘架体(1)铰接安装连接；

所述的姿态采集单元(5)对应连接单元(3)左右对称设置为四组，每组姿态采集单元(5)包括摆动角度传感器，摆动角度传感器固定安装在上连接板(31)或下连接板(33)上；

所述的动力单元(6)对应连接单元(3)左右对称设置为四组，每组动力单元(6)包括驱动电机(61)和万向节联轴器(62)，驱动电机(61)固定安装在底盘架体1上，驱动电机(61)的动力输出端通过万向节联轴器(62)与阶梯传动轴(21)安装连接；

所述的集中电控单元包括中央控制器、姿态检测回路、数据计算回路和调整控制回路，中央控制器分别与每组姿态采集单元(5)的摆动角度传感器、每组动力单元(6)的驱动电机(61)电连接。

2.根据权利要求1所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘，其特征在于，减震弹簧单元(4)的减震弹簧组件设置为两件，两件减震弹簧组件相对于轴承座支架(32)前后对称设置。

3.根据权利要求1或2所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘，其特征在于，减震弹簧单元(4)的减震弹簧组件位于上连接板(31)、轴承座支架(32)、下连接板(33)和底盘架体(1)共同组成的平行四边形结构的对角线位置。

4.根据权利要求3所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘，其特征在于，减震弹簧组件的左右两端分别与下连接板(33)的下铰接安装中心和上连接板(31)的上铰接安装中心同轴安装连接。

5.根据权利要求1或2所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘，其特征在于，轴承座支架(32)内部沿其左右方向分别设置两件轴承。

6.根据权利要求1或2所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘，其特征在于，上连接板(31)和下连接板(33)是框架结构。

7.一种如权利要求1所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘的控制方法，其特征在于，姿态检测回路控制每组姿态采集单元(5)的摆动角度传感器实时向中央控制器反馈每组上连接板(31)或下连接板(33)相对于底盘架体(1)向下摆动的角度，中央控制器根据摆动角度传感器的反馈、通过数据计算回路建立移动机器人底盘的实时运动学方程，然后中央控制器根据实时运动学方程、通过调整控制回路使每组动力单元(6)的驱动电机(61)控制各自的麦克纳姆轮(2)。

8.根据权利要求7所述的可适用于不平整地面的移动机器人底盘的控制方法，其特征在于，中央控制器以底盘架体(1)的几何中心为原点建立机器人坐标系，以左右方向为X轴、以前后方向为Y轴、以上下方向为Z轴，令底盘架体1的几何中心至麦克纳姆轮2轴心的纵向距离为L，底盘架体1的几何中心至四个麦克纳姆轮2沿左右方向上的几何中心的横向距离分别为W₁、W₂、W₃、W₄，令d₁为底盘架体(1)的几何中心至上连接板(31)的上铰接安装中心的水平距离，令d₂为上连接板(31)的上铰接安装中心至上连接板(31)的下铰接安装中心的水平距离，令d₃为上连接板(31)的下铰接安装中心至麦克纳姆轮(2)沿左右方向上的几何中心的水平距离，则底盘架体(1)的几何中心至四个麦克纳姆轮(2)沿左右方向上的几何中心的横向距离W_i＝d₁+d₂+d₃，其中d₁、d₃为固定值，令d₁+d₃＝d，令l为上连接板(31)的上铰接安装中心至上连接板(31)的下铰接安装中心之间的直线距离，l为固定值，令θ为姿态采集单元(5)的摆动角度传感器实时采集得到的上连接板(31)相对于底盘架体(1)向下摆动的角度，则d₂＝lcosθ，中央控制器建立移动机器人底盘的实时运动学方程如下：

其中，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别是四个麦克纳姆轮(2)沿阶梯传动轴(21)的轴心旋转的角速度，v_x是底盘架体(1)沿X轴方向的线速度，v_y是底盘架体(1)沿Y轴方向的线速度，ω_z是底盘架体(1)以Z轴为旋转轴旋转的角速度。