专利名称：机器人移动平台的驱动和换向机构的利记博彩app
技术领域：
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种三轮式的机器人移动平台的 驱动和换向机构，可应用于机器人研究以及场馆导游、家庭助理等服务机器 人的驱动等领域。
背景技术：
随着移动机器人在工业领域如货物运输，以及在现代服务业领域如场馆 导游、家庭娱乐、助老助残等广泛应用，灵活可靠的移动平台越来越引起研 究和开发领域的重视。
一个完善的移动式平台系统通常由3部分组成移动系统、感知系统和 控制系统。移动系统是本体，决定平台的运动空间。移动式的机构主要有步 行机构、轮式机构、履带式机构和混合机构等几种。轮式机构控制简单，相 对于步行机构和履带式机构耗能较少、运动速度快，因而应用较多。
目前，轮式移动平台主要有三轮式和四轮式结构。三轮式结构最常用， 其典型的结构是利用两个高精度的驱动轮和一个随动轮结构。两个驱动轮分 别由两个电机经过减速器后迸行驱动，随动轮可置于本体的前部或后部。移 动平台的换向由两个驱动轮的速度差决定，通过对两个电机施加不同的速度 控制量可以实现任意方向的运动。也有一种单轮驱动和换向的结构形式，即 前轮既是驱动轮也是操舵轮，它需要两个单独的电机进行导向和驱动控制。 还有一种同步驱动的配置方式，三个轮子均匀分布，用齿轮或链条将轮子与 分别控制方向和驱动的电机相连，驱动电机驱动轮子行进，导向电机控制轮 子换向。
专利号为ZL200610027197.3的中国专利同样公开了一种机器人移动平 台的驱动和换向机构，但该机构使用了八个伺服电机，所以成本很高，同时 对控制部分的程序要求较高。总之，目前的移动机器人平台结构各有优缺点， 还很难兼顾结构的简单性、成本的低廉性和控制的灵活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种可用于各种轮式移动平台的单轮驱动和双轮随 动换向机构，使得利用该驱动和换向结构设计的移动本体达到运动灵活、控 制精度高、成本降低的目的。
为了达到上述目的，本发明借鉴了自行车的驱动方式，采用一种三轮式 的结构，后面为由一个伺服电机进行驱动的主动轮，前面是两个联动式的随 动轮，其独特之处在于由一个伺服电机驱动两个从动轮整体换向的基础上， 又保留了两个轮子各自灵活的随动特性，该机构包括一个本体、 一个主动轮
和两个集随动与转向于一体的从动轮；其中，第一伺服电机通过传动装置控 制主动轮的运动；第二伺服电机带动从动轮支撑轴转动，该从动轮支撑轴带 动连接在四连杆机构上的从动轮随动和换向；所述从动轴支撑轴与四连杆机 构中的一条连杆铰接，所述四连杆机构由首尾相互铰接的四条连杆构成。
进一步地，上述第二伺服电机通过小齿轮与内齿轮传动到从动轮支撑轴， 所述内齿轮与本体之间设有轴承。
进一步地，上述传动装置由与第一伺服电机同轴的链轮、与主动轮同轴 的链轮和用于上述两个链轮间传动的链条组成。
优选地，上述小齿轮与内齿轮为斜齿传动，上述轴承为推力轴承。
进一步地，上述机器人移动平台的驱动和换向机构还包括一控制系统， 该控制系统对上述第一伺服电机和第二伺服电机进行同步控制，合成本体的 前后移动和各个角度方向上的运动；所述控制系统包括一个控制器、 一个驱 动器和一个光电编码器，光电编码器通过光电转换将伺服电机输出轴上的机 构几何位移量转换成脉冲或数字量，并将伺服电机的速度和位置的信息实时 地发送给控制器，再通过脉宽调制技术和微处理器一起控制加在伺服电机上 的电压，将相关信息输送给驱动器，最终驱动伺服电机按要求的速度和方向 运行；上述控制器根据三轮协调算法对驱动轮的驱动方式和换向轮的换向方 式进行实时的同步控制，三个轮子的协调关系与本体机构的几何尺寸有关。
优选地，上述主动轮和从动轮均采用软质橡胶轮，上述主动轮和从动轮 均为偏心轮，以增强整个系统换向的灵活性。
本发明的电源部分采取蓄电池直流供电为主、交流供电为辅的方案。正常情况下，移动平台由直流电源提供动力。当直流电源供电不足时，可改为 交流供电，同时对直流蓄电池进行充电。
本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的 优点和积极效果四连杆结构的使用使得本发明结构简单而且运动灵活，因 为只使用了两个伺服电机，控制起来更加方便灵活，而且成本也大大降低了。
通过以下对本发明的实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解本发
明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为 图l本发明三轮式协调运动示意图。
图2本发明一较佳实施例主动轮传动原理图。 图3本发明一较佳实施例从动轮传动原理主视图。
图4是图3的俯视图。 图5本发明的控制原理图。
图中标号l为从动轮，2为底盘，3为主动轮，4为第一伺服电机，5为链 轮，6为第一伺服电机支撑架，7为链条，8为主动轮支撑架，9为链轮，ll为 销子，12为连杆，13为从动轮支撑轴紧固螺钉，14为从动轮支撑轴，1 6为从 动轮紧固螺钉，17为从动轮连接轴，19为第二伺服电机，20为小齿轮，21 为内齿轮，22为推力轴承，23为CAN接口卡，24为主控板，25为电机闭环控 制，26为直流伺服电机，27为编码器，28为驱动器，29为控制器。
具体实施例方式
本发明结构是一种三轮协调式的移动平台，见图1，在底盘2的一侧装 有一个主动轮3，另一侧装配一个双轮式的随动轮1。主动轮3由直流伺服电 机经过减速器和链轮传动方式实现，并完成较高精度的位置控制。两个从动 轮1通过一个四连杆式的结构(图中未示出)连接在一起，整个四连杆机构 通过另一个直流伺服电机的驱动来实现移动平台的换向。
图2、图3、图4为本发明一较佳实施例的传动原理示意图。 如图2所示，第一伺服电机4采用行星减速机构作为第一级传动，再经 过链轮5、链条7和链轮9实现第二级传动，最终带动主动轮3实现前后方
6向的滚动。其中，第一伺服电机4固定在第一伺服电机支撑架6上，主动轮 3固定在主动轮支撑架8上，第一伺服电机支撑架6与主动轮支撑架8分别 被固定在底盘2的两边。
如图3、图4所示，从动轮1通过从动轮连接轴17和从动轮紧固螺钉16 固定在一套四连杆机构的连杆12上。该连杆机构由四根连杆12组成，各连 杆之间通过四个销子11铰接起来。其中一个连杆12通过从动轮支撑轴紧固 螺钉13固定在从动轮支撑轴14上，而从动轮支撑轴14又通过推力轴承22 实现与齿轮减速机构的连接，该齿轮减速机构由小齿轮20与内齿轮21组成， 且两者为斜齿传动。整个从动轮机构由直流伺服电机19驱动，经过小齿轮 20和内齿轮21的传动，带动四连杆机构换向。而两个随动轮既可以跟随连 杆机构换向，又可以在连杆系统下进行灵活地随动。整个换向机构通过轴承 22支撑在底盘2上，电机19也都与支撑板2固定在一起。
图5是伺服电机的控制原理图。控制系统通过CAN接口卡23实现与PC 主控板24的通讯连接，并同步控制两个伺服电机的运动。两个伺服电机控制 均采用独立的PID闭环回路控制，在伺服电机26的前端，装有光电编码器 27，它是一种通过光电转换将电机输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或 数字量的传感器。通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电 机的转速。编码器27将电机的速度或位置信息实时地发送给控制器29，通 过脉宽调制(PWM)技术和微处理器一起控制加在电机上的电压，将相关信 息输送给具有过流保护功能的驱动器28，最终驱动伺服电机26以要求的速 度和方便同运行，以达到理想的位置。
控制系统根据三轮协调算法把移动平台的运动要求分解为对两个伺服电 机的控制命令，控制每个轮子的移动或转动以完成本体的运动。其中，对一 个驱动和两个换向从动轮进行同步控制，三个轮子的协调关系与本体的结合 参数有关。在该较佳实施例中，主动轮3和从动轮1均采用软质橡胶轮，主 动轮3和从动轮1均为偏心结构。
虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明 的范围只局限于上述的结构，只要被本发明的权利要求所覆盖的结构均在保 护范围之内。本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出 的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明专利范围之内
权利要求
1. 一种机器人移动平台的驱动和换向机构，该机构采用三轮协调式结构，其特征在于包括一个本体、一个主动轮和两个集随动与转向于一体的从动轮；其中，第一伺服电机通过传动装置控制主动轮的运动；第二伺服电机带动从动轮支撑轴转动，该从动轮支撑轴带动连接在四连杆机构上的从动轮随动和换向；所述从动轮支撑轴与四连杆机构中的一条连杆铰接，所述四连杆机构由首尾相互铰接的四条连杆构成。
2. 如权利要求1所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征在于 所述第二伺服电机通过小齿轮与内齿轮传动到从动轮支撑轴，所述内齿轮与 从动轮支撑轴固定在一体，从动轮支撑轴与本体之间通过轴承支撑和连接。
3. 如权利要求1或2所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征 在于所述传动装置由与第一伺服电机同轴的链轮、与主动轮同轴的链轮和 用于上述两个链轮间传动的链条组成。
4. 如权利要求2所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征在于 所述小齿轮与内齿轮为斜齿传动。
5. 如权利要求2所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征在于所述轴承为推力轴承。
6. 如权利要求1或2所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征 在于还包括一控制系统，该控制系统对所述第一伺服电机和第二伺服电机进 行同步控制，合成本体的前后移动和各个角度方向上的运动。
7. 如权利要求6中所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征在 于所述控制系统包括一个控制器、 一个驱动器和一个光电编码器，光电编码器通过光电转换将伺服电机输出轴上的机构几何位移量转换成脉冲或数字 量，并将伺服电机的速度和位置的信息实时地发送给控制器，再通过脉宽调 制技术和微处理器一起控制加在伺服电机上的电压，将相关信息输送给驱动 器，最终驱动伺服电机按要求的速度和方向运行。
8. 如权利要求1或2所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征在于所述主动轮和从动轮均采用软质橡胶轮。
9. 如权利要求1或2所述的机器人移动平台的驱动和换向机构，其特征在于所述主动轮和从动轮均为偏心轮。
全文摘要
本发明涉及一种三轮式的机器人移动平台的驱动和换向机构，该机构包括一个本体、一个主动轮和两个集随动与转向于一体的从动轮；其中，第一伺服电机通过传动装置控制主动轮的运动；第二伺服电机带动从动轮支撑轴转动，该从动轮支撑轴带动连接在四连杆机构上的从动轮随动和换向；从动轮支撑轴与四连杆机构中的一条连杆铰接，四连杆机构由首尾相互铰接的四条连杆构成；本发明还包括一控制系统，该控制系统对两伺服电机进行同步控制，合成本体的前后移动和各个角度方向上的运动。利用本发明设计的移动本体具有运动灵活、控制精度高、成本低廉的特点，可广泛应用于机器人研究以及场馆导游、家庭助理等服务机器人的驱动等领域。
文档编号B62D57/00GK101428653SQ200810203948
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者瑞 冯, 睿 张, 张文强, 薛向阳 申请人:复旦大学