全向移動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于移動平臺技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全向移動平臺。
技術(shù)背景
[0002]全向移動平臺是指能夠沿XY兩方向運(yùn)動，且可實現(xiàn)原地旋轉(zhuǎn)的平臺，具有轉(zhuǎn)向空間小，XY方向獨(dú)立運(yùn)動的優(yōu)勢，可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)、玩具、機(jī)器人等涉及輪式驅(qū)動的移動平臺?，F(xiàn)有的基于輪胎實現(xiàn)的全向移動平臺方式包括麥卡納姆輪方式和全向輪方式，兩者的輪胎結(jié)構(gòu)相似，都是由主動的輪轂和輪轂外緣按一定方向均勻分布的多個被動滾輪組成，當(dāng)然兩者在實現(xiàn)全向移動時，輪胎在平臺上的分布不同，分別為平行式安裝和正交式安裝。但是，兩類輪胎具有一定的缺陷，由于組成結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性低、成本高，且對于小尺寸的制造難度大，另外由于存在多旋轉(zhuǎn)輪，為防止塵土阻塞旋轉(zhuǎn)，因此對環(huán)境要高。以上缺陷，導(dǎo)致了兩類輪胎在很多環(huán)境下不能得以應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種全向移動平臺。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種全向移動平臺，包括車輪、運(yùn)動控制單元、運(yùn)動執(zhí)行單元及平臺底座，其中運(yùn)動控制單元設(shè)置于平臺底座的上方，所述平臺底座的下方分別通過四個運(yùn)動執(zhí)行單元安裝有四個車輪，各運(yùn)動執(zhí)行單元均與運(yùn)動控制單元連接；所述車輪的輪胎胎面上設(shè)有斜紋。
[0006]所述車輪的輪胎胎面上的斜紋包括沿同一方向傾斜的多個斜槽和多個斜塊，所述斜槽和斜塊間隔交替設(shè)置。所述斜槽和斜塊相互平行，所述斜槽和斜塊與車輪軸線之間的夾角為銳角或鈍角。
[0007]所述多個斜槽沿軸向依次首尾相連，所述多個斜塊沿軸向依次首尾相對應(yīng)或相連接；當(dāng)所述多個斜塊沿軸向依次首尾相連接時，形成沿軸向延伸的螺紋線。所述螺紋線為單條或多條。
[0008]所述全向移動平臺同側(cè)的兩個車輪的輪胎胎面上的斜紋旋向相反。所述全向移動平臺前方兩個車輪的輪胎胎面上的斜紋旋向相反。
[0009]所述運(yùn)動執(zhí)行單元包括電機(jī)、減速器及輪轂連接法蘭，其中電機(jī)安裝在平臺底座的下方、并輸出軸與減速器，所述減速器的輸出軸上通過輪轂連接法蘭安裝有一個車輪，所述電機(jī)與運(yùn)動控制單元電連接。
[0010]本實用新型的優(yōu)點及有益效果是:
[0011]1.本實用新型能夠降低成本、滿足小尺寸要求、降低應(yīng)用環(huán)境要求和結(jié)構(gòu)簡單等特點，增大可全向移動平臺應(yīng)用的可實現(xiàn)范圍。
[0012]2.本實用新型通過分別控制四個車輪的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)平臺的前后移動、左右移動、原地旋轉(zhuǎn)和具有移動曲率半徑的旋轉(zhuǎn)。
[0013]3.本實用新型螺旋式的輪胎設(shè)計，增大了輪胎與地面的附著力，使得移動平臺能夠在光滑地面上可靠行駛。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型車輪的輪胎胎面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實用新型移動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實用新型兩個車輪產(chǎn)生平移的原理示意圖；
[0017]圖4為本實用新型向前移動的原理示意圖；
[0018]圖5為本實用新型向后移動的原理不意圖；
[0019]圖6為本實用新型向左移動的原理示意圖；
[0020]圖7為本實用新型向右移動的原理示意圖；
[0021]圖8為本實用新型順時針旋轉(zhuǎn)的原理示意圖；
[0022]圖9為本實用新型逆時針旋轉(zhuǎn)的原理示意圖。
[0023]其中:1為車輪，101為車輪軸線，102為斜槽，103為斜塊，2為運(yùn)動控制單元，3為運(yùn)動執(zhí)行單元，4為平臺底座，5為電機(jī)，6為減速器，7為輪轂連接法蘭，F(xiàn)為推力，F(xiàn)g為合力，匕為左前輪產(chǎn)生的推力，F(xiàn)2S右前輪產(chǎn)生的推力，F(xiàn)3為左后輪產(chǎn)生的推力，F(xiàn)4為右后輪產(chǎn)生的推力，T為扭矩。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0025]如圖1、圖2所示，本實用新型包括車輪1、運(yùn)動控制單元2、運(yùn)動執(zhí)行單元3及平臺底座4，其中運(yùn)動控制單元2設(shè)置于平臺底座4的上方，所述平臺底座4的下方分別通過四個運(yùn)動執(zhí)行單元3安裝有四個車輪1，各運(yùn)動執(zhí)行單元3均與運(yùn)動控制單元2連接，所述車輪I的輪胎胎面上設(shè)有斜紋。
[0026]所述車輪I的輪胎胎面上的斜紋包括沿同一方向傾斜的多個斜槽102和多個斜塊103，所述斜槽102和斜塊103間隔交替設(shè)置、并相互平行。所述斜槽102和斜塊103與車輪軸線101之間的夾角為銳角或鈍角。
[0027]所述多個斜槽102沿軸向依次首尾相連，所述多個斜塊103沿軸向依次首尾相對應(yīng)或相連接；當(dāng)所述多個斜塊103沿軸向依次首尾相連接時，形成沿軸向延伸的螺紋線，所述螺紋線可為單條或多條。所述車輪I轉(zhuǎn)動時，車輪I與地面摩擦，產(chǎn)生與車輪軸線101具有一定夾角的推力F，該推力F不與車輪軸線101垂直。
[0028]所述全向移動平臺同側(cè)的兩個車輪I的輪胎胎面上的斜紋旋向相反，前方兩個車輪I的輪胎胎面上的斜紋旋向相反。
[0029]所述運(yùn)動執(zhí)行單元3包括電機(jī)5、減速器6及輪轂連接法蘭7，其中電機(jī)5安裝在平臺底座4的下方、并輸出軸與減速器6，所述減速器6的輸出軸上通過輪轂連接法蘭7安裝有一個車輪1，所述電機(jī)5與運(yùn)動控制單元2電連接。平臺底座4可為任意形式，用于承載安裝于平臺底座4上方的載荷。
[0030]本實用新型的工作原理是:
[0031]如圖3所示，安裝于平臺底座4底部同側(cè)的兩車輪1，兩車輪I的車輪軸線101平行，且兩車輪I的螺旋線旋向相反。兩車輪I分別向不同方向旋轉(zhuǎn)時，使兩車輪I分別產(chǎn)生既不平行也不垂直于101方向的推力F。兩車輪I轉(zhuǎn)速相同，曲線對稱相反，產(chǎn)生兩大小相等的推力F，且兩推力F的合力!^沿兩推力F的中分角方向(即車輪軸線101方向)。當(dāng)兩個車輪I同時相內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，合力Fg向左；當(dāng)兩個車輪I同時向外旋轉(zhuǎn)時，合力Fg向右，從而實現(xiàn)平臺底座4的左、右移動。
[0032]本實用新型通過合理安裝四個車輪1，其中兩個輪胎胎面上的斜紋為左旋，另外兩個為右旋。優(yōu)選安裝方法是:同側(cè)的兩個車輪I的輪胎胎面上的斜紋旋向相反，前方兩個車輪I的輪胎胎面上的斜紋旋向相反，后方兩個車輪I的輪胎胎面上的斜紋旋向也相反。通過分別控制四個車輪I的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)平臺的前后移動、左右移動、原地旋轉(zhuǎn)和具有移動曲率半徑的旋轉(zhuǎn)。
[0033]如圖2所示的裝配方法，左前側(cè)和右后側(cè)車輪I的輪胎螺旋線為右旋，右前側(cè)和左后側(cè)車輪I的輪胎螺旋線為左旋時，當(dāng)四個車輪I同轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)速向前轉(zhuǎn)動時，能夠產(chǎn)生向前的合力Fg，從而使移動平臺可實現(xiàn)向前運(yùn)動，如圖4所示；當(dāng)四個車輪I同轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)速向后轉(zhuǎn)動時，能夠產(chǎn)生向后的合力Fg，從而使移動平臺可實現(xiàn)后運(yùn)動，如圖5所示；當(dāng)左側(cè)兩車輪I向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，右側(cè)兩車輪I向外旋轉(zhuǎn)，四輪保持相同的轉(zhuǎn)速，此時移動平臺可實現(xiàn)左運(yùn)動，如圖6所示；當(dāng)左側(cè)兩車輪I向外旋轉(zhuǎn)，右側(cè)兩車輪I向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，四個車輪I保持相同的轉(zhuǎn)速，此時移動平臺可實現(xiàn)右運(yùn)動，如圖7所示；當(dāng)左側(cè)兩車輪I向前轉(zhuǎn)動，右側(cè)兩車輪I向后轉(zhuǎn)動，四個車輪I保持相同的轉(zhuǎn)速，四輪的力形成力矩T，此時平臺可實現(xiàn)原地的順時針旋轉(zhuǎn)，如圖8所示；當(dāng)左側(cè)兩車輪I向后轉(zhuǎn)動，右側(cè)兩車輪I向前轉(zhuǎn)動，四輪保持相同的轉(zhuǎn)速，四輪的力形成力矩T，此時平臺可實現(xiàn)原地的逆時針旋轉(zhuǎn)，如圖9所示；當(dāng)不滿足上訴幾種方式轉(zhuǎn)動方式時，平臺則可通過4個輪子產(chǎn)生其他方向的合力和扭矩，使平臺能夠?qū)崿F(xiàn)沿其他方向運(yùn)動或轉(zhuǎn)彎運(yùn)動。
【主權(quán)項】
1.一種全向移動平臺，其特征在于，包括車輪(I)、運(yùn)動控制單元(2)、運(yùn)動執(zhí)行單元(3)及平臺底座(4)，其中運(yùn)動控制單元(2)設(shè)置于平臺底座(4)的上方，所述平臺底座(4)的下方分別通過四個運(yùn)動執(zhí)行單元(3)安裝有四個車輪(I)，各運(yùn)動執(zhí)行單元(3)均與運(yùn)動控制單元(2)連接；所述車輪(I)的輪胎胎面上設(shè)有斜紋。
2.按權(quán)利要求1所述的全向移動平臺，其特征在于，所述車輪(I)的輪胎胎面上的斜紋包括沿同一方向傾斜的多個斜槽(102)和多個斜塊(103)，所述斜槽(102)和斜塊(103)間隔交替設(shè)置。
3.按權(quán)利要求2所述的全向移動平臺，其特征在于，所述斜槽(102)和斜塊(103)相互平行，所述斜槽(102)和斜塊(103)與車輪軸線(101)之間的夾角為銳角或鈍角。
4.按權(quán)利要求3所述的全向移動平臺，其特征在于，所述多個斜槽(102)沿軸向依次首尾相連，所述多個斜塊(103)沿軸向依次首尾相對應(yīng)或相連接。
5.按權(quán)利要求4所述的全向移動平臺，其特征在于，所述多個斜塊(103)沿軸向依次首尾相連接，形成沿軸向延伸的螺紋線。
6.按權(quán)利要求5所述的全向移動平臺，其特征在于，所述螺紋線為單條或多條。
7.按權(quán)利要求1-6中任一項所述的全向移動平臺，其特征在于，所述全向移動平臺同側(cè)的兩個車輪(I)的輪胎胎面上的斜紋旋向相反。
8.按權(quán)利要求7所述的全向移動平臺，其特征在于，所述全向移動平臺前方兩個車輪(I)的輪胎胎面上的斜紋旋向相反。
9.按權(quán)利要求1所述的全向移動平臺，其特征在于，所述運(yùn)動執(zhí)行單元(3)包括電機(jī)(5)、減速器(6)及輪轂連接法蘭(7)，其中電機(jī)(5)安裝在平臺底座(4)的下方、并輸出軸與減速器￠)，所述減速器￠)的輸出軸上通過輪轂連接法蘭(7)安裝有一個車輪(1)，所述電機(jī)(5)與運(yùn)動控制單元(2)電連接。
【專利摘要】本實用新型屬于移動平臺技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種全向移動平臺。包括車輪、運(yùn)動控制單元、運(yùn)動執(zhí)行單元及平臺底座，其中運(yùn)動控制單元設(shè)置于平臺底座的上方，所述平臺底座的下方分別通過四個運(yùn)動執(zhí)行單元安裝有四個車輪，各運(yùn)動執(zhí)行單元均與運(yùn)動控制單元連接；所述車輪的輪胎胎面上設(shè)有斜紋。所述斜紋包括沿同一方向傾斜的多個斜槽和多個斜塊，所述斜槽和斜塊間隔交替設(shè)置。所述斜槽和斜塊相互平行。本實用新型能夠降低成本、滿足小尺寸要求、降低應(yīng)用環(huán)境要求和結(jié)構(gòu)簡單等特點，增大可全向移動平臺應(yīng)用的可實現(xiàn)范圍。
【IPC分類】B62D63-02, B60C11-03
【公開號】CN204587080
【申請?zhí)枴緾N201520262615
【發(fā)明人】冷雨泉, 張陽, 張偉, 何旭, 張會文, 付明亮, 陳正倉, 藺兆寶, 劉玉旺, 駱海濤
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月27日