[发明专利]8Mecanum轮重载协同驱动全向移动平台

说明书

技术领域

本发明涉及全向移动平台领域，尤其是涉及8Mecanum轮重载协同驱动全向移动平台。

背景技术

全向运动是指运动系统具有平面内三个自由度，可同时独立的在前后、左右和原地旋转三个方向上运动，即在不改变自身位姿的情况下向任意方向进行移动的运动特性。全向运动结构克服了普通轮式移动机构有转弯半径、无法横向移动和原地旋转的局限。Mecanum（麦克纳姆）全向轮系及其驱动控制系统可以实现平面内横向、纵向、斜向任意方向移动和零转弯半径旋转。全向移动平台可以方便地穿梭于狭窄拥挤且障碍较多的空间中，灵活方便的完成多种任务，在诸多应用场合中具有明显优势。目前，国内全向移动装置主要应用在承载几公斤到几十公斤的轻载小型机器人方面，如全向底盘足球机器人、全向车底检查机器人等。可工业化应用的重载型全向移动平台很少，目前公开报导的只有装甲兵工程学院与美科斯叉车联合研制的全向移动叉车，该种叉车最大承载为2吨，更大吨位的产品未见报导。

目前用于工业领域的较大载荷的全向移动平台，主要是4全向轮移动平台。由于重载Mecanum轮式全向移动平台需要的驱动扭矩大，在采用蓄电池直流供电模式下，采用4台电机驱动4个Mecanum轮难以满足重载要求，采用多个Mecanum轮协同驱动技术是合理的选择。因此，本申请设计采用8只Mecanum全向轮协同驱动，理论上可承载的最大载荷将达到10吨以上，本发明将为大型工件的工序间转运和装配对接带来方便。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，申请人经过长期的实践探索，设计了8Mecanum轮重载协同驱动全向移动平台。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：8Mecanum轮重载协同驱动全向移动平台，包括：手动操作杆及控制链路，所述控制链路与主控制单元连接，所述主控制单元内部设有微处理器。所述手动操作杆与综合控制器连接，所述综合控制器与动力电池组连接。所述微处理器采用TMS320F28027芯片，所述动力电池组通过动力电缆与8组Mecanum轮移动装置连接，所述8Mecanum轮重载协同驱动全向移动平台本体四周设有传感器，所述传感器采用超声波传感器。

所述Mecanum轮移动装置由电机控制器、驱动电机、减速机及Mecanum轮组成，所述驱动电机上设有编码器，所述编码器通过信号连接线与电机控制器连接。

进一步地，所述驱动电机和电机控制器采用低压交流电机和交流驱动器，该种方案可以选用低压交流伺服电机或异步电机，以及配套的交流驱动器，该种驱动器采用脉冲或总线控制，易于与综合控制器的单元接口连接，并且转速控制精度高，能够实现较为精确的运动控制。本发明中8台驱动电机和电机控制器之间可以采用脉冲控制或CAN通讯接口控制。

本装置采用动力电池组为整个系统提供电能，所述动力电池组分别用动力电缆与8台电机控制器相连，为驱动电机提供电能。主控制单元根据手动操作杆给定的前后、左右以及旋转速度命令，通过内部处理器综合运算，得到8台电机对应的转速，通过控制链路输入给8台电机控制器。

具体表述为，综合控制器从手动操作杆单元获取左右（vx方向）、前后（vy方向）以及旋转（ω方向）三个方向的速度命令，该速度命令为模拟信号，通过综合控制器的单片机进行数模转换，将得到的数字信号利用RS485接口传输至主控制单元，主控制单元里的微处理器按照下列运动学方程进行运算，得到8台Mecanum轮的实际运动速度(θ1-θ8)。

电机控制器得到速度信号后，根据减速机构的速比，换算成驱动电机的实际转速，然后通过差分脉冲信号控制相应的8台驱动电机，以实现8台驱动电机的协同控制。

进一步地，所述控制链路可以通过CAN总线、RS485总线或差分脉冲信号传输实现，本申请的控制链路通过RS485总线传输实现。

进一步地，所述动力电池组采用低压铅酸电池动力电池组。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果如下：

1、本发明中的微处理器采用TI公司的TMS320F28027实现，所以该控制器运算速度快，接口丰富，包括AD采样、CAN通讯接口、脉冲信号产生等模块，综合利用率较高；

2、本发明本体四周设有传感器，该传感器采用超声波传感器，当检测到车体与周围物体在一定距离范围内时，输出紧急停车信号给主控单元，主控单元得到紧急停车信号后，进行紧急制动，防止相撞事故，安全性能得到大大提升；