[实用新型]六轮步进式机器人全向移动平台

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人全向移动平台。 

背景技术

机器人全向移动是指移动机构能够不受任何约束地，从当前位置向工作平面上的任何位置和任意方向运动，能够实现完美的运动性能，比非全向机构系统有着明显的优势。例如，全向移动机构因其零回转半径的特点，可以在拥挤狭窄的场所内，使机器人本体灵活自如地穿行；可以对自己所处位置进行细微调整，实现精确定位和高精度轨迹跟踪等。因此，机器人全向移动平台也是当前机器人研究和制造的热点问题。 

传统的机器人全向移动采用全向轮，其主要缺点是：辊子之间存在间隙，使得轮子在转动过程中同地面接触点的高度不断变化，从而导致机器人车体的震动或打滑，因而增加了运动计算的误差。同时传统的全向机器人底盘具有负载力较小的不足。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种控制简便、负载力大、安装使用方便、车体振动小、运动定位精度高的机器人全向移动平台。 

本实用新型提供机器人全向移动平台，采用六个步进电机作为驱动，故称其为六轮步进式机器人全向移动平台。其中涉及机械结构、步进电机的驱动和细分控制以及运动控制方法的设计等。具体说来，机器人全向移动平台包括顶板、底板，以及均匀布置于顶板和底板之间的六个步进电机；相邻两个步进电机之间的轴向夹角为60度，每个步进电机转轴上连接一组互补全向车轮。本实用新型两个轴向夹角为180度的步进电机定为一组，六个步进电机分成三组。 

传统两轮驱动机构的机器人移动平台是非完整约束系统，向一个方向做直线运动时通常需要事先做旋转运动以调整姿态。而本实用新型设计的六轮步进式机器人全向移动平台不存在非完整约束，它可以向任意方向做直线运动，而不需要事先作旋转运动，并且在以直线运动到达目标点的过程中，同时可以做自身旋转运动以调整机器人的姿态，从而达到终态所需的姿态角。通过具体控制，可以实现各种运动，具体介绍如下： 

运动情况一：当6个步进电机沿着各自的转轴向同一方向（顺时针或逆时针）以相同角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台将在原地以自己的中心为轴做自身旋转运动，可以用来任意调整机器人的姿态角度。

运动情况二：当6个步进电机沿着各自的转轴向同一方向（顺时针或逆时针）以不同的角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台做自身旋转运动，但旋转速度可能变慢，并且由于和地面摩擦力的不同，有可能不在原地旋转，旋转轴也有可能偏离步进式机器人全向移动平台的中心，但也可以用来任意调整机器人的姿态角度。 

运动情况三：当6个步进电机中只有某几个步进电机沿着各自的转轴向同一方向（顺时针或逆时针）以相同角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台做自身旋转运动，但旋转速度较慢，并且由于和地面摩擦力的不同，有可能不在原地旋转，旋转轴也有可能偏离步进式机器人全向移动平台的中心，但也可以用来任意调整机器人的姿态角度。 

运动情况四：当6个步进电机中只有某几个步进电机沿着各自的转轴向同一方向（顺时针或逆时针），另外几个步进电机沿着各自的转轴向相反方向（逆时针或顺时针）以相同角速度转动时，六轮步进式机器人全向移动平台做自身旋转运动，但旋转速度较慢，并且由于和地面摩擦力的不同，有可能不在原地旋转，旋转轴也有可能偏离步进式机器人全向移动平台的中心，但也可以用来任意调整机器人的姿态角度。 

运动情况五：当三组步进电机中的一组，即转轴呈180度的两个相对的步进电机，分别沿着各自的转轴向相反方向（一个为顺时针，另一个为逆时针）以相同角速度转动时，另外两组4个步进电机不加驱动信号，4组互补全向车轮呈随动状态，六轮步进式机器人全向移动平台做和提供驱动力的那组步进电机轴向方向垂直的直线运动，运动方向和与两个提供驱动力的步进电机相连的互补全向车轮的线速度方向一致。 

运动情况六：当三组步进电机中的一组，即转轴呈180度的两个相对的步进电机，分别沿着各自的转轴向相反方向（一个为顺时针，另一个为逆时针）以不相同角速度转动时，另外两组4个步进电机不加驱动信号，4组互补全向车轮呈随动状态，六轮步进式机器人全向移动平台做曲线运动，在每一极短时间内，运动方向和提供驱动力的那组步进电机轴向方向垂直，曲线向着与两个提供驱动力的步进电机相连的互补全向车轮中线速度小的那组车轮弯曲。