一种Mecanum轮全向移动平台

摘要

本发明公开了一种Mecanum轮全向移动平台，包括车架、Mecanum轮、独立悬挂模块、动力传动装置、主控盒和电池组。每个Mecanum轮均通过独立悬挂模块设置在车架下方；主控盒能对所有Mecanum轮的转速与转向进行协同控制。独立悬挂模块包括两根相互平行设置的悬臂、将两根悬臂固定连接的连接板和减震器；减震器的一端与连接板连接，减震器的另一端与车架相连接；两根悬臂的其中一端均通过带座轴承与套装有Mecanum轮的传动轴相连接。采用上述结构后，能够在平面内灵活地实现全向运动，结构简单可靠，整体承载能力强，且能保证Mecanum轮和地面的充分接触，提升了移动平台的运行平稳性和控制精度，同时具有结构紧凑，适用性强，适合推广的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动装置，属于搬运输送装置技术领域，特别是一种Mecanum轮全向移 动平台。

背景技术

随着制造业规模的不断扩大和自动控制技术的不断发展，以轮式移动平台为基础的可承 载移动设备在制造业自动化、仓储物资运输、工业机器人以及日常生活等领域得到了大量的 应用。传统轮式移动设备通常存在转弯半径大、无法横向侧移等诸多不利因素，故其作业时 空间利用率低，运动灵活性差。

与球轮、连续切换轮等其它全向轮相比，Mecanum轮具有较强的承载能力；同时因为 Mecanum轮的特殊结构，基于Mecanum轮的全向移动平台不需要专门为轮子设计转向机构。 目前，以Mecanum轮技术为代表的全方位移动设备可以在二维平面上实现前后、左右和原地 旋转等运动，具有在不改变车体自身位姿的情况下向任意方向移动的运动特性。它能克服传 统轮式移动设备无法实现横向移动和原地旋转的缺陷，因而具有更大的运动灵活性，尤其适 合工作于操作空间狭窄拥挤、运动路线曲折、对运动灵活性要求较高的场合。

Mecanum轮全向移动设备在工作时，其运动场地不可能完全平整，这将造成Mecanum 轮的辊子结构不可避免地存在着“撞地”的现象，从而对车身运动平稳性及其移动精度产生 不利影响。

申请号为201410427677的专利申请(北京航空航天大学，一种轮距无级调节式的全方位 移动平台车底盘)，揭示了一种轮距无极调节式的全方位移动平台车底盘，它使用Mecanum 轮实现了全方位移动，并以模块化设计思想将整车划分为四个模块，各模块使用滚珠丝杠相 连实现了轮距调节的功能。

上述专利申请中的底盘在轮距调节后，因底盘实际属于刚性体结构，故遇到地面稍有不 平整就会造成车体明显晃动，影响控制精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种Mecanum轮全向移动 平台，该Mecanum轮全向移动平台机械结构简单可靠，运行平稳，Mecanum轮能始终与地 面接触，具有较强的越障能力和承载能力。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种Mecanum轮全向移动平台，包括车架、Mecanum轮、独立悬挂模块、动力传动装 置、主控盒和电池组；

每个Mecanum轮均通过独立悬挂模块设置在车架下方，每个Mecanum轮均连接一个动 力传动装置；

主控盒和电池组设置在车架的下方，主控盒能对所有Mecanum轮的转速与转向进行协同 控制。

所述独立悬挂模块包括两根相互平行设置的悬臂、将两根悬臂固定连接的连接板和减震 器；减震器的一端与连接板连接，减震器的另一端与车架相连接；两根悬臂的其中一端均通 过带座轴承与套装有Mecanum轮的传动轴相连接。

两根所述悬臂的另一端均固定连接在光轴上，光轴的两端均通过带座轴承与车架相连接。

所述减震器与连接板和车架之间各设置有一个支架，减震器与支架转动连接。

所述Mecanum轮与传动轴之间设置有轴套。

每个所述Mecanum轮均包括两个轮毂圆盘、辊子和辊子芯轴，辊子同轴固定套装在辊子 芯轴的外周，套装有辊子的辊子芯轴两端均以转动副连接并分布在轮毂圆盘的圆周。

每个所述Mecanum轮均还包括与轮毂圆盘同轴设置的中心连接件，中心连接件位于辊子 围合形成的空腔内，中心连接件的两端分别与两个轮毂圆盘固定连接。

每个所述动力传动装置均包括减速器和直流电机，减速器的一端与直流电机相连接，减 速器的另一端与套装有Mecanum轮的传动轴相连接。

所述减速器为蜗轮蜗杆减速器，直流电机的轴线与传动轴的轴线相垂直。

所述车架底部中心设置有固定腔，主控盒和电池组安装在该固定腔内。

本发明采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.上述Mecanum轮的设置，不需要专门为轮子设计转向机构，而只需利用各轮之间转速 与转向的相互配合就可实现移动平台在平面内任意方向的运动，尤其是其具有实现横向侧移、 原地旋转(零转弯半径)等独特优点，使得整个装置的运动灵活性得到明显地提高。

2.上述独立悬挂模块的设置，在遇到地面不平整时，除能对车体起到缓冲减震的作用外， 还能保证轮子与地面之间的充分接触。与刚性体悬架相比，能明显提高平台运动的稳定性。 另外在运行过程中，整车的轮距、轴距变化极小，保证了平台运动的控制精度。

3.上述蜗轮蜗杆减速器的设置，能使直流电机和传动轴垂直放置。另外，主控盒及电池 组安装在车架的固定腔内，从而使得全向移动平台整体结构更加紧凑。

4.减震器安装具有通用互换性，便于根据不同载重工况进行更换，使得全向移动平台稳 定性和舒适性在一定范围内可调。

5.上述Mecanum轮的设置，使得移动平台承载能力强，平台最大承载能力为250公斤(不 含自重)。

附图说明

图1是本发明Mecanum轮全向移动平台的主视图；

图2是本发明Mecanum轮全向移动平台的左视图；

图3是本发明Mecanum轮全向移动平台的仰视图；

图4是本发明Mecanum轮全向移动平台的轴测图；

图5是本发明Mecanum轮全向移动平台的独立悬架模块轴测图。

图6是本发明Mecanum轮全向移动平台的Mecanum轮爆炸图。

图7是本发明Mecanum轮全向移动平台的独立悬架模块局部剖视图。

图中：

1.车架；11.固定腔；

2.独立悬挂模块；

21.悬臂；22.连接板；23.带座轴承；24.光轴；25.支架；26.减震器；

3.Mecanum轮；

31.轮毂圆盘；32.中心连接件；33.辊子；34.辊子芯轴；

4.动力传动装置；

41.减速器；42.直流电机；43.传动轴；431.键；432.轴套；433.紧定螺钉；

5.主控盒；

6.电池组。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2、图3和图4所示，一种Mecanum轮全向移动平台，包括车架1、Mecanum 轮3、独立悬挂模块2、动力传动装置4、主控盒5和电池组6。

Mecanum轮3的数量优选为4个，4个Mecanum轮3分布在车架1下方的四个边角处。 Mecanum轮3的数量也可以根据需要，设置为多个，也均在本发明的保护范围之内。

每个Mecanum轮3均通过独立悬挂模块2与车架1连接，每个Mecanum轮3均连接一 个动力传动装置4。

车架1优选为角钢焊接式车架，强度高，重量轻，平台的负载能力强。

车架1底部中心优选设置有固定腔11，主控盒5和电池组6均安装在该固定腔11内。 一方面提高了空间利用率，另一方面也起到了一定的保护作用。

上述主控盒5对应为全向移动平台的控制系统，能对所有Mecanum轮3的转速与转向进 行协同控制；电池组6能为整个移动平台的控制系统进行供电。

如图5所示，每个动力传动装置4均包括减速器41、电动机和传动轴43，电动机优选为 直流电机42。

减速器41的一端与直流电机42相连接，减速器41的另一端与套装有Mecanum轮3的 传动轴43相连接。

进一步，上述减速器41优选为蜗轮蜗杆减速器，直流电机42的轴线与传动轴43的轴线 相垂直。这种设置方式，和常见的行星轮减速相比，能使得移动平台结构更加紧凑，也便于 装配。

上述主控盒5能对四路直流电机42的转速与转向进行协同控制，从而实现全向移动平台 在平面内任意方向的运动。

如图6所示，每个Mecanum轮3均包括两个轮毂圆盘31、中心连接件32、辊子33和辊 子芯轴34。

辊子33同轴固定套装在辊子芯轴34的外周，套装有辊子33的若干根辊子芯轴34两端 均以转动副连接并优选均匀分布在两个轮毂圆盘的31圆周上。

上述中心连接件32与轮毂圆盘31优选同轴设置，中心连接件32位于辊子33围合形成 的空腔内，中心连接件32的两端分别与两个轮毂圆盘31固定连接。

上述中心连接件32和两个轮毂圆盘31均具有能套装在传动轴43上的中心通孔。

上述Mecanum轮3的辊子33为两端支撑方式，轮毂圆盘31为高硬度合金加工件，使得 本发明使用的Mecanum轮3具有更高的载重能力。

上述独立悬挂模块2的数量也优选为4个，每个独立悬挂模块2均优选为纵臂式独立悬 挂。

如图5所示，每个独立悬挂模块2均包括两根悬臂21、连接板22、若干个带座轴承23、 光轴24、两个支架25和减震器26。

两根悬臂21相互平行设置，优选长度相等。

上述连接板22优选垂直设置在两根悬臂21的中部，连接板22优选为L型的角钢，连接 板22的两端与两根悬臂21的内侧壁焊接固定。

上述连接板22的顶部中心优选固定焊接有一个支架25，减震器26的另一端也优选通过 支架25与车架1底部相连接。支架25与减震器26均优选为转动连接。

两根悬臂21的其中一端，如图5所示的左侧端底部各设置有一个带座轴承23。通过两 个带座轴承23与套装有Mecanum轮3的传动轴43相连接。

如图7所示，上述Mecanum轮3与带座轴承23之间还优选设置有能轴向定位的轴套432。 传动轴43通过键431传递扭矩，使用紧定螺钉433实现径向定位。

两根悬臂21的另一端均固定连接在光轴24上，优选焊接在光轴24上。光轴24的两端 各设置有一个带座轴承23，该带座轴承23的底座优选与车架1上的固定腔11侧壁固定连接。

在全向移动平台的实际运行过程中，由于地面不可能是绝对平整的，如果没有上述独立 悬挂模块2的设置，即轮子和底盘是刚性连接方式。这样，将出现轮子接触不到地面或接触 不充分的情况，导致轮子空转或打滑。轮子在空转的情况下，平台将不是四轮驱动从而不能 实现全方位移动；如果是轮子发生打滑，那么该轮子与地面的摩擦力会变小，这样会使移动 平台的运行轨迹出现误差。

上述独立悬挂模块2的设置，能够保证四个Mecanum轮与地面的充分接触，车轮的跳动 将被减震器26吸收而不能传递到整个车体，从而有效提高了平稳性；另一方面，减震器中的 弹簧刚度适中使四轮轴距和轮距在极小的范围内变化，从而保证了控制精度。另外，还能根 据不同的载重工况，更换不同刚度系数的减震器，在机械结构上具有通用互换性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体 细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同 变换均属于本发明的保护范围。