一種輪式全向移動裝置、全向移動方法及運輸裝置制造方法
【專利摘要】一種輪式全向移動裝置，包括：車架；兩個具有輪邊驅動電機的主動輪組件，兩主動輪以一對角線設置于車架；兩個無驅動萬向輪，以另一對角線設置于車架；一轉向裝置，包括轉向驅動電機、雙出軸減速器、傳動裝置、蝸輪蝸桿減速器和離合器，蝸輪蝸桿減速器為兩個，其輸出軸分別連接兩個主動輪組件的立軸，轉向驅動電機與離合器通過傳動裝置依次設置在兩個蝸輪蝸桿減速器之間；控制系統(tǒng)，分別連接兩個輪邊驅動電機以及轉向驅動電機，以控制兩個輪邊驅動電機的轉速和轉向以及主動輪的角度。本發(fā)明還提供采用上述輪式全向移動裝置的運輸裝置及全向移動方法，結構簡單方便靈活實現(xiàn)各向移動、轉向和原地回轉及狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。
【專利說明】一種輪式全向移動裝置、全向移動方法及運輸裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種移動裝置，尤其涉及一種輪式全向移動裝置、全向移動方法以及具有該輪式全向移動裝置的運輸裝置，可以實現(xiàn)各向移動，轉向和原地回轉、還可以實現(xiàn)狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的運輸裝置或是采用傳統(tǒng)車輛結構，不能實現(xiàn)全向運動，或是采用全向輪式結構，比較典型的是麥克納姆輪，這些方式結構復雜，無法在工業(yè)現(xiàn)場應用。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種輪式全向移動裝置、全向移動方法以及具有該輪式全向移動裝置的運輸裝置，可以實現(xiàn)各向移動、轉向和原地回轉以及實現(xiàn)狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。
[0004]為達上述目的，本發(fā)明一種輪式全向移動裝置，其包括:
[0005]車架；
[0006]兩個主動輪組件，分別包括:主動輪以及設置于主動輪上的輪邊驅動電機，兩個所述主動輪以一對角線設置于所述車架；
[0007]兩個無驅動萬向輪，以另一對角線設置于所述車架；
[0008]一個用于驅動主動輪繞自身回轉軸回轉的轉向裝置，其包括:轉向驅動電機和雙出軸減速器、傳動裝置、蝸輪蝸桿減速器和離合器，所述蝸輪蝸桿減速器為兩個，所述蝸輪蝸桿減速器的輸出軸分別連接所述兩個主動輪組件的立軸，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器通過所述傳動裝置依次設置在兩個所述蝸輪蝸桿減速器之間；
[0009]控制系統(tǒng)，分別連接兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器，以控制兩個所述輪邊驅動電機的轉速和轉向以及所述主動輪的角度。
[0010]上述的輪式全向移動裝置，其中，兩個所述主動輪分別設置為左前輪和右后輪。
[0011]上述的輪式全向移動裝置，其中，所述傳動裝置包括:分別設置于所述蝸輪蝸桿減速器與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器之間、所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器之間、所述離合器與所述蝸輪蝸桿減速器之間的傳動軸和聯(lián)軸器。
[0012]上述的輪式全向移動裝置，其中，所述傳動裝置還包括兩個齒輪箱換向器，分別設置于所述蝸輪蝸桿減速器與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器之間，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器之間，并使所述蝸輪蝸桿減速器與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器通過所述齒輪箱換向器為垂直傳動設置。
[0013]上述的輪式全向移動裝置，其中，所述控制系統(tǒng)包括:電源、運動控制模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊，所述運動控制模塊分別連接兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器，所述數(shù)字量輸入輸出模塊連接所述離合器。[0014]上述的輪式全向移動裝置，其中，所述控制系統(tǒng)還包括一手操盒。
[0015]上述的輪式全向移動裝置，其中，所述控制系統(tǒng)還包括一通訊模塊，通過網絡連接一遠程計算機。
[0016]上述的輪式全向移動裝置，其中，所述運動控制模塊與兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器之間還分別設置有伺服單元和編碼器。
[0017]上述的輪式全向移動裝置，其中，連接所述轉向驅動電機和雙出軸減速器的伺服單元還連接一限位模塊。
[0018]為達上述目的，本發(fā)明還提供一種具有上述的輪式全向移動裝置的運輸裝置。
[0019]為達上述目的，本發(fā)明還提供一種應用上述的輪式全向移動裝置的全向移動方法，其中，所述全向移動方法包括:實現(xiàn)各向直線運動的方法、回轉運動的方法以及轉向運動的方法，
[0020]所述實現(xiàn)各向直線運動包括如下步驟:
[0021]步驟110，行走上電；
[0022]步驟120，伺服使能；
[0023]步驟130，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪至相同角度，其中，角度為任意；
[0024]步驟140，通過手操盒控制兩個所述輪邊驅動電機的同速同向運行，實現(xiàn)前進和后退運動或平移；
[0025]所述實現(xiàn)回轉運動包括如下步驟:
[0026]步驟210，行走上電；
[0027]步驟220，伺服使能；
[0028]步驟230，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪角度至軸線重合；
[0029]步驟240，通過手操盒控制兩個所述輪邊驅動電機的同速異向運行，實現(xiàn)回轉運動；
[0030]所述實現(xiàn)轉向運動包括如下步驟:
[0031]步驟310，行走上電；
[0032]步驟320，伺服使能；
[0033]步驟330，打開離合器；
[0034]步驟340，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪角度，其中，控制左前車輪與車身的夾角大于O度小于45度，右后車輪與車身的夾角O度時，兩個輪邊驅動電機以固定比例速度同向運行實現(xiàn)車身的轉向，兩輪速度與其回轉中心的距離成正比；
[0035]步驟S350，關閉離合器；
[0036]步驟S360，通過手操盒控制兩個驅動電機的以固定比例速度同向運行，實現(xiàn)轉向運動；
[0037]步驟S370，轉向完畢，重復上述步驟330-350使車輪恢復同角度狀態(tài)。
[0038]為發(fā)明的功效在于，運輸裝置采用本發(fā)明的輪式全向移動裝置，結構簡單，可以方便、靈活實現(xiàn)各向移動、轉向和原地回轉以及實現(xiàn)狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。[0039]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1a本發(fā)明輪式全向移動裝置俯視結構示意圖；
[0041]圖1b本發(fā)明輪式全向移動裝置主視結構示意圖；
[0042]圖2a各向直線運動示意圖；
[0043]圖2b回轉運動示意圖；
[0044]圖2c轉向運動示意圖；
[0045]圖3本發(fā)明電氣控制原理圖；
[0046]圖4a各向方式行走控制流程圖；
[0047]圖4b回轉方式行走控制流程圖；
[0048]圖4c轉向方式行走控制流程圖。
[0049]其中，附圖標記
[0050]I 車架
[0051]2 主動輪組件
[0052]21 主動輪組件的立軸
[0053]3 無驅動萬向輪
[0054]4 轉向裝置
[0055]41 轉向驅動電機和安裝轉向驅動電機的雙出軸減速器
[0056]42 傳動裝置
[0057]43 離合器
[0058]44-1、44-2 蝸輪蝸桿減速器
[0059]45-1,45-2 齒輪箱換向器
【具體實施方式】
[0060]下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作具體的描述:
[0061]在圖la、圖1b所示的【具體實施方式】中，本發(fā)明揭示一種輪式全向移動裝置，可以實現(xiàn)各向移動、轉向和原地回轉以及實現(xiàn)狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。
[0062]如圖所示，本發(fā)明揭示的輪式全向移動裝置包括:車架1、兩個主動輪組件2、兩個無驅動萬向輪3、轉向裝置4以及控制系統(tǒng)。
[0063]所述車架I用于設置在一運輸裝置；所述兩個主動輪組件2以一對角線設置于所述車架I上；所述兩個無驅動萬向輪3以另一對角線設置于所述車架上；所述轉向裝置4的蝸輪蝸桿減速器輸出軸連接所述主動輪組件的立軸，由減速器輸出軸帶動轉動；所述控制系統(tǒng)，分別連接并控制所述兩個主動輪組件2以及所述轉向裝置4，以實現(xiàn)各向直線運動、回轉運動以及轉向運動。
[0064]參見圖2a各向直線運動示意圖；圖2b回轉運動示意圖；圖2c轉向運動示意圖。
[0065]如圖所示，在運輸裝置需要向某個方向做直線運動時，轉向裝置使兩個主動輪同步轉向至車輪正對行走方向后，兩個主動輪同速轉動，此時運輸裝置向行走方向運動，同時帶動從動輪正對行走方向。[0066]在運輸裝置需要原地回轉時，轉向裝置使兩個主動輪同步轉向至輪軸共線后，同步輪反向同速轉動，此時運輸裝置原地回轉，同時帶動傳動輪的轉至運動方向。
[0067]在運輸裝置需要轉向時，轉向裝置的離合器斷開傳動裝置，使單邊的主動輪回轉，使兩個主動輪的輪軸交與預先確定的回轉中心后，主動輪根據(jù)距回轉中心的距離成比例的轉動，運輸裝置進行轉向運動。
[0068]進一步地，參見圖1a本發(fā)明輪式全向移動裝置俯視結構示意圖；圖1b本發(fā)明輪式全向移動裝置主視結構意圖；圖2a各向直線運動意圖；圖2b回轉運動意圖；圖2(:轉向運動示意圖以及圖3本發(fā)明電氣控制原理圖，詳細描述本發(fā)明揭示的輪式全向移動裝置的具體實施例(其中，圖la、圖lb、圖2a、圖2b圖2c中的右側為前輪)。
[0069]如圖la、圖1b所示，
[0070]所述兩個主動輪組件2分別包括:主動輪、設置在主動輪上用于控制主動輪轉動的輪邊驅動電機、連接主動輪用于控制主動軸轉向的立軸21 ；
[0071]所述兩個主動輪組件2以一對角線設置于所述車架I上，本實施例采用將所述車架的左前和右后位置設置兩個所述主動輪組件2，即，左前輪和右后輪分別為主動輪。
[0072]車架的另一對角線用于設置兩個無驅動萬向輪3，即，右前輪和左后輪分別為無驅動萬向輪3。
[0073]轉向裝置4包括:轉向驅動電機和雙出軸減速器4141、傳動裝置42、離合器43和兩個蝸輪蝸桿減速器44-1和44-2 ;所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41是指轉向驅動電機和用于安裝轉向驅動電機的雙出軸減速器，換句話說，所述轉向驅動電機是通過雙出軸減速器而安裝設置于所述轉向裝置4中，兩個所述蝸輪蝸桿減速器44-1和44-2的輸出軸分別連接所述兩個主動輪組件的立軸21，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41與所述離合器43通過所述傳動裝置依次設置在兩個所述蝸輪蝸桿減速器4-1和44-2之間；
[0074]所述傳動裝置42包括:兩個齒輪箱換向器45-1和45_2、傳動軸和聯(lián)軸器；
[0075]所述齒輪箱換向器45-1設置于所述蝸輪蝸桿減速器44-1與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41之間，所述齒輪箱換向器45-2設置于所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41與所述離合器43之間；
[0076]所述傳動軸和聯(lián)軸器分別設置于:所述蝸輪蝸桿減速器44-1與所述齒輪箱換向器45-1之間、所述齒輪箱換向器45-1與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41之間、所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41與所述齒輪箱換向器45-2之間、所述齒輪箱換向器45-2與所述離合器43之間、所述離合器43與所述蝸輪蝸桿減速器44-2之間；
[0077]如圖la、圖1b所示，所述蝸輪蝸桿減速器44-1與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41與所述離合器43分別通過所述齒輪箱換向器45-1和45-2的連接而實現(xiàn)垂直傳動設置。
[0078]如圖la、圖1b所示，本實施例轉向裝置4的具體設置方式為，所述蝸輪蝸桿減速器44-1通過傳動軸和聯(lián)軸器連接所述齒輪箱換向器45-1，所述齒輪箱換向器45-1通過傳動軸和聯(lián)軸器連接所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41 ;所述齒輪箱換向器45-1的設置使所述蝸輪蝸桿減速器44-1與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41之間為垂直動力傳動；所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41通過傳動軸和聯(lián)軸器連接所述齒輪箱換向器45-2、所述齒輪箱換向器45-2通過傳動軸和聯(lián)軸器連接所述離合器43，同樣的，通過所述齒輪箱換向器45-2的設置使所述轉向驅動電機和雙出軸減速器41與所述離合器43之間實現(xiàn)垂直動力傳動；所述離合器43與所述蝸輪蝸桿減速器44-2之間通過傳動軸和聯(lián)軸器連接。
[0079]參見圖3本發(fā)明電氣控制原理圖，控制系統(tǒng)(結構圖中未標示)包括:電源、通訊模塊、運動控制模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊以及手操盒。
[0080]所述通訊模塊通過網絡連接一遠程計算機，本實施遠程計算機選用工業(yè)平板電腦，用于實時狀態(tài)顯示以及速度、加速度等參數(shù)設置；
[0081]所述運動控制模塊分別連接并控制兩個所述輪邊驅動電機以及轉向驅動電機，所述運動控制模塊與兩個所述輪邊驅動電機之間，所述運動控制模塊與轉向驅動電機之間還分別設置有伺服單元和編碼器，從而接受并執(zhí)行控制指令，控制所述輪邊驅動電機及所述轉向驅動電機驅動所述兩個主動輪組件，進而實現(xiàn)所需的各運動方式。具體而言，車體的各向、回轉和轉向的行走方式均有手操盒發(fā)出命令，左前車輪、右后車輪分別由一臺伺服電機控制，左前車輪、右后車輪的角度由一臺伺服電機控制。左前車輪、右后車輪的角度結合兩個驅動電機的轉速和正反轉可以實現(xiàn)以上3種行走方式。
[0082]本實施例，輪式全向移動裝置還設置有限位裝置，用于向連接所述轉向驅動電機和雙出軸減速器的伺服單元提供限位信號，以實現(xiàn)依據(jù)需求設置的限位作用。
[0083]所述數(shù)字量輸入輸出模塊連接并控制所述離合器。
[0084]本實施例還設置一手操盒，通過控制手操盒發(fā)送指令，控制兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器的動作。
[0085]參見圖4a各向方式行走控制流程圖；圖4b回轉方式行走控制流程圖；圖4c轉向方式行走控制流程圖，并配合圖2a、圖2b、圖2c，進一步對本發(fā)明揭示的3種控制方式進行描述。
[0086]如圖4a所示，各向方式行走是控制左前車輪和右后車輪角度相同，兩個輪邊驅動電機同速、同向，采用如下步驟，
[0087]步驟S110，行走上電；
[0088]步驟S120，伺服使能；
[0089]步驟S130，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪至相同角度，其中，角度為任意；
[0090]步驟S140，通過手操盒控制兩個所述輪邊驅動電機的同速同向運行，實現(xiàn)前進和后退運動(或平移)。
[0091]為此，本發(fā)明輪式全向移動裝置，通過改變左前車輪和右后車輪的角度可以實現(xiàn)小車的前進、平移和斜向行走。
[0092]如圖4b所示，回轉方式行走是控制左前車輪、右后車輪軸線處于一條直線時，兩個輪邊驅動電機同速異向轉動實現(xiàn)車體原地回轉。
[0093]步驟S210，行走上電；
[0094]步驟S220，伺服使能；
[0095]步驟S230，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪角度至軸線
重合；
[0096]步驟S240，通過手操盒控制兩個驅動電機的同速異向運行，實現(xiàn)回轉運動。
[0097]如圖4c所示，轉向方式行走是控制左前車輪與車身的夾角大于O度小于45度，右后車輪與車身的夾角O度時，兩個輪邊驅動電機以固定比例速度同向運行實現(xiàn)車身的轉向，兩輪速度與其回轉中心的距離成正比。
[0098]步驟S310，行走上電；
[0099]步驟S320，伺服使能；
[0100]步驟S330，打開離合器；
[0101]步驟S340，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪角度至圖2c所示；
[0102]步驟S350，關閉離合器；
[0103]步驟S360，通過手操盒控制驅動電機的以固定比例速度同向運行，實現(xiàn)轉向運動；
[0104]步驟S370，轉向完畢，重復上述步驟330-350使車輪恢復同角度狀態(tài)。
[0105]本發(fā)明還揭示一種具有上述的輪式全向移動裝置的運輸裝置，結構簡單，可以方便、靈活實現(xiàn)各向移動、轉向和原地回轉以及實現(xiàn)狹小場地內比較復雜地面條件下的運輸和定位。
[0106]當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種輪式全向移動裝置，其特征在于，包括: 車架； 兩個主動輪組件，分別包括:主動輪以及設置于主動輪上的輪邊驅動電機，兩個所述主動輪以一對角線設置于所述車架； 兩個無驅動萬向輪，以另一對角線設置于所述車架； 一個用于驅動主動輪繞自身回轉軸回轉的轉向裝置，其包括:轉向驅動電機和雙出軸減速器、傳動裝置、蝸輪蝸桿減速器和離合器，所述蝸輪蝸桿減速器為兩個，所述蝸輪蝸桿減速器的輸出軸分別連接所述兩個主動輪組件的立軸，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器通過所述傳動裝置依次設置在兩個所述蝸輪蝸桿減速器之間； 控制系統(tǒng)，分別連接兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器，以控制兩個所述輪邊驅動電機的轉速和轉向以及所述主動輪的角度。
2.根據(jù)權利要求1所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，兩個所述主動輪分別設置為左前輪和右后輪。
3.根據(jù)權利要求2所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，所述傳動裝置包括:分別設置于所述蝸輪蝸桿減速器與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器之間、所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器之間、所述離合器與所述蝸輪蝸桿減速器之間的傳動軸和聯(lián)軸器。
4.根據(jù)權利要求3所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，所述傳動裝置還包括兩個齒輪箱換向器，分別設置于所述蝸輪蝸桿減速器與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器之間，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器之間，并使所述蝸輪蝸桿減速器與所述轉向驅動電機和雙出軸減速器，所述轉向驅動電機和雙出軸減速器與所述離合器通過所述齒輪箱換向器為垂直傳動設置。
5.根據(jù)權利要求1所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括:電源、運動控制模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊，所述運動控制模塊分別連接兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器，所述數(shù)字量輸入輸出模塊連接所述離合器。
6.根據(jù)權利要求5所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一手操盒。
7.根據(jù)權利要求6所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括一通訊模塊，通過網絡連接一遠程計算機。
8.根據(jù)權利要求7所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，所述運動控制模塊與兩個所述輪邊驅動電機以及所述轉向驅動電機和雙出軸減速器之間還分別設置有伺服單元和編碼器。
9.根據(jù)權利要求8所述的輪式全向移動裝置，其特征在于，連接所述轉向驅動電機和雙出軸減速器的伺服單元還連接一限位模塊。
10.一種具有權利要求1至9任意一項所述的輪式全向移動裝置的運輸裝置。
11.一種應用權利要求1至9任意一項所述的輪式全向移動裝置的全向移動方法，其特征在于，所述全向移動方法包括:實現(xiàn)各向直線運動的方法、回轉運動的方法以及轉向運動的方法， 所述實現(xiàn)各向直線運動包括如下步驟:步驟110，行走上電； 步驟120，伺服使能； 步驟130，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪至相同角度，其中，角度為任意； 步驟140，通過手操盒控制兩個所述輪邊驅動電機的同速同向運行，實現(xiàn)前進和后退運動或平移； 所述實現(xiàn)回轉運動包括如下步驟: 步驟210，行走上電； 步驟220，伺服使能； 步驟230，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪角度至軸線重合； 步驟240，通過手操盒控制兩個所述輪邊驅動電機的同速異向運行，實現(xiàn)回轉運動； 所述實現(xiàn)轉向運動包括如下步驟: 步驟310，行走上電； 步驟320，伺服使能； 步驟330，打開離合器； 步驟340，通過手操盒控制所述轉向裝置，調整左前車輪和右后車輪角度，其中，控制左前車輪與車身的夾角大于O度小于45度，右后車輪與車身的夾角O度時，兩個輪邊驅動電機以固定比例速度同向運行實現(xiàn)車身的轉向，兩輪速度與其回轉中心的距離成正比； 步驟S350，關閉離合器； 步驟S360，通過手操盒控制兩個驅動電機的以固定比例速度同向運行，實現(xiàn)轉向運動； 步驟S370，轉向完畢，重復上述步驟330-350使車輪恢復同角度狀態(tài)。
【文檔編號】B62D63/02GK103991491SQ201310053602
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年2月19日 優(yōu)先權日:2013年2月19日
【發(fā)明者】張波, 趙宏劍, 林青, 徐磊, 孫德奎, 劉晨, 沙春鵬, 杜寶瑞, 翟南 申請人:北京機械工業(yè)自動化研究所, 沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司