[发明专利]可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化装备领域，具体是一种可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法。

背景技术

根据平面运动的自由度，移动机器人分为侧向运动受限的非完整移动方式和可实现所有平面运动的全方位移动方式。全方位移动机器人不仅可沿本体纵向前进和后退，绕本体中心原地旋转，还可沿本体横向左移和右移，并可在保持本体姿态不变的同时，沿平面内任意方向运动，对有限作业空间具有良好的机动性。

以麦卡纳姆轮(Mecanum Wheel)和球形轮为代表的全方位轮不仅可绕主轴旋转实现前进和后退，还可沿主轴方向产生侧向运动，是实现全方位移动方式的一种技术方案，然而全方位轮机械结构复杂，制造成本高。另一种技术方案是通过常规车轮的特殊布局实现全方位移动方式，如采用一对方向由操舵电机控制、转速由驱动电机控制的双操舵驱动轮布局，然而这种方案的控制系统比较复杂，且独立控制的两轮转向同步性较差。

为了提高两轮转向控制的同步性，ZL200620028342.5公开的“自动引导车的驱动/转向机构”，通过一个转向定位机构将电机与减速机驱动连接，减速机的输出端驱动连接一个通轴，采用电磁离合器将两个驱动轮与该通轴的两端进行离合式的驱动连接。该装置可将常用差速驱动方式所需的两台驱动电机减小为一台，有利于驱动转向机构的同步控制。然而，通过摩擦方式驱动车轮转动，不仅难以精确控制驱动轮的转速和位移，而且将大量电能通过摩擦转化为热能，大大降低了电能利用效率。

公开号为ZL201010228787.9的中国专利公开了一种“可分式差速驱动装置及其全方位移动自动导引车”，其上转盘固定于车体，通过止推轴承与下转盘同轴装配，上转盘安装有角度传感器和电磁离合器，下转盘安装有导引传感器和车载控制器，以及两套轮式移动装置。采用该装置的自动导引车在保持车体姿态不变的同时，通过可分式差速驱动自由、精确地调整下转盘乃至车体的运动方向，实现沿任意方向角的全方位移动。

除了全方位移动方式，正交运动方式近年来也成为移动机器人的一种运动模式，如亚马逊在仓储中使用的KIVA机器人，通过两轮差速驱动方式进行原地转向，并沿着两个相互正交的方向做直线运动。然而，通过差速原地转向方式实现的正交运动切换，其运动切换效率可能不及通过改变机械结构的变结构方式。

公开号为ZL201520528504.0的中国专利公开了“一种正交型行走机器人”，采用两个正交设置的机架，每个机架上安装有导向装置，联接组块一通过导向装置一连接于机架一，机架二固定联接组块一上，联接组块二通过导向装置二连接于机架二，机械臂固定在联接组块二上。通过钢丝传动方式实现了桁架机器人的二维平面运动。从本质上看，这种桁架机器人是一种导轨导向的有轨机器人，与轮式移动机器人差别较大，有轨机器人的运动范围受限于所设置的轨道区域。

公开号为ZL201010130258.5的中国专利公开了一种“正交行走模式自行载运托盘装置及用途”，其框架上设置有单电机驱动的行走机构和单电机驱动的转向机构。第一减速电机的输出轴两端通过传动轴、滑动联轴器、大倾角球笼式万向联轴器，驱动框架对角上行走轮架的行走轮。在行走轮架上设置有两个转向连杆座，相邻行走轮架间的转向连杆座上设置有转向连杆，第二减速电机通过链轮机构驱动一个行走轮架的垂直旋转运动，再通过转向连杆同步拉动其他三个行走轮架进行转向运动。然而，对于该种轮式移动机构，采用滑动联轴器和万向联轴器的传动效率较低，采用转向连杆拉动的方式不易精确控制行走轮架的转向角度。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种可正交双向运动的变结构移动机器人及其控制方法，实现移动机器人在两个正交方向上的运行切换，可在同一平面内相互正交方向之间自由地转换移动方向，增强了移动机器人的运动机动性和灵活性。