[发明专利]一种全向滑板底盘的运动装置及其控制方法

说明书

本发明涉及一种全向滑板底盘的运动装置及其控制方法。其中，该运动装置包括：基板，该基板具有沿长度方向的空载平衡基准线；由基板支撑的驱动轮组件和全向轮组件，该驱动轮组件和该全向轮组件沿基板的空载平衡基准线进行布置；以及设置在基板上的传感器组件。所述方法包括通过传感器组件获取运动装置的姿态，然后根据用户指令，利用运动学方程计算电机的速度控制值。本发明实现了双轮滑板底盘移动设备的平面三自由度全向移动，还能适应不同场景以实现灵活平移或原地自转运动。

技术领域

本发明一般涉及一种平面三自由度的运动装置及其控制方法，尤其涉及一种混合轮式全向滑板底盘的运动装置及其控制方法。本发明可用于轮式机器人底盘、电动滑板、仓库物流等领域。

背景技术

传统的电动滑板采用前后单轮角的平衡车，主要依靠角动量来平衡，此类结构广泛应用自行车、电瓶车、摩托车、滑板车等双轮车。该类型的结构依靠龙头能够实现平面上受约束的三自由度运动。

在实际应用中，现有的滑板无法实现平面三自由度全向移动(如无法横移)，那么在空间受限的环境中，其运动范围往往非常局限。例如在图书馆、仓储货架等狭窄区域，普通运输底盘无法进行原地调头等运动。

而从安全角度来看，普通双轮车避障时有最小运动半径，可能因无法及时避障产生危险。

发明内容

本发明提供一种全向滑板底盘的运动装置及其控制方法，以解决上述技术问题。

本发明的技术方案涉及一种运动装置，包括：基板，该基板具有沿长度方向的空载平衡基准线；由所述基板支撑的驱动轮组件和全向轮组件，该驱动轮组件和该全向轮组件沿所述基板的空载平衡基准线进行布置；以及设置在所述基板上的传感器组件，该传感器组件基于所述的空载平衡基准线对称布置。其中，所述的驱动轮组件包括滚轮、用于驱动该滚轮滚动的第一电机和用于驱动该滚轮转向的第二电机；所述的全向轮组件包括单个全向轮和驱动该全向轮滚动的第三电机，该全向轮的转轴线与所述基板的空载平衡基准线在空间上共面。

在一些方面，所述的第一电机为具有定子和转子的轮毂电机，所述的驱动轮组件还包括：与所述的转子固定连接的轮轴；布置在所述的轮毂电机一侧的轮轴座，该轮轴座内通过一对挡边轴承支撑所述轮轴；布置在所述的轮毂电机另一相反侧的电机座，该电机座支撑所述轮毂电机的定子；与所述轮轴座和所述电机座固定连接的第一传动零件；与所述第一传动零件连接的内环固定件；与所述基板固定连接的外环固定件；与所述的内环固定件和所述的外环固定件同轴布置的交叉滚子轴承，其中该交叉滚子轴承的内圈与所述内环固定件配合，该交叉滚子轴承的外圈与所述外环固定件配合，以允许所述内环固定件带动所述第一传动零件相对于所述基板转动。

在一些方面，所述的交叉滚子轴承的转轴线与所述基板的空载平衡基准线垂直，并且与所述第一电机的转轴线垂直。

在一些方面，所述驱动轮组件还包括与所述的第二电机和所述的第一传动零件配合的第二传动零件，所述的第一传动零件和第二传动零件包括：齿轮或同步带轮。

在一些方面，所述的第三电机与所述的全向轮同轴连接，并且在参考该全向轮所接触的地面的垂直表面内，该第三电机的转轴线与所述基板的空载平衡基准线平行；所述的全向轮包括轮毂片、设置在轮毂片圆周的多个辊子以及设置在轮轴上的电机轴固定孔。

在一些方面，所述滚轮为圆柱形滚轮；所述基板的上表面设有多个基于所述的空载平衡基准线对称布置的定位元件。

在一些方面，所述的驱动轮组件还包括设置在电机座上的与所述第一电机的转轴连接的旋转编码器。所述的传感器组件包括陀螺仪传感器以及分别基于所述基板的空载平衡基准线对称设置在所述基板四周的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器，其中每个压力传感器上设有踏板。所述的运动装置还包括与所述的传感器组件和旋转编码器连接的运动控制器。