[实用新型]一种移动机器人的双滚轮全向动力脚轮和全向移动平台

说明书

本实用新型公开了一种移动机器人的双滚轮全向动力脚轮和全向移动平台，包括机架，机架安装有竖直布置并能转动的转向轴，转向轴的下端安装有轮架；轮架设有并排布置并能独立转动的第一滚轮和第二滚轮，第一滚轮的旋转轴心与第二滚轮的旋转轴心重合；机架设有并排布置并独立工作的第一驱动电机和第二驱动电机；第一驱动电机和第二驱动电机分别通过传动机构驱动对应的第一滚轮和第二滚轮转动。本实用新型驱动电机位于机架，通过传动机构将运动分别传递到两个滚轮，实现两个滚轮的独立运动。无论转向轴位于什么位置，传动比保持不变。同时在轮架转向中不存在线缆缠绕的问题，可以实现轮架无限转向。

技术领域

本实用新型涉及移动机器人运动机构设计领域。具体地说是一种移动机器人的双滚轮全向动力脚轮和全向移动平台。

背景技术

近年来，为了提高生产效率和降低劳动成本，装备制造，服务业等领域对工业自动化和智能化水平的要求不断提高。因此，移动机器人得到越来越广泛的应用，市场对移动机器人的需求越来越大。移动机器人也成为重要的研究热点。

移动机器人通常有一个移动平台，移动平台通过行走机构实现移动。移动机器人的行走机构可分为履带式，轮式和足式。其中轮式移动机器人应用最为广泛，非常适应工业自动化的需求。

常见的轮式移动机器人的移动平台的行走机构，可以分为以下四类：

1、差动轮式；

2、麦克纳姆轮式；

3、球轮式；

4、万向脚轮式。

其中，差动轮式移动机器人结构最简单，可以做到较低的硬件成本，因此应用最为广泛。然而，差动轮式移动机器人只能进行前后行进和平面内转向两个自由度的运动，无法实现左右平动。这种运动灵活性的限制使得差动轮式移动机器人在狭窄空间以及需要移动操作的场合难以有效完成任务。

为了提高移动机器人的机动性，灵活性，移动平台需要实现全向移动。能实现全向移动的行走机构包括麦克纳姆轮，球轮，万向脚轮等。

麦克纳姆轮及其衍生的设计采用大轮套小轮的设计，实现了平面内3个自由度的运动，提高的移动机器人的灵活性。然而由于这种大轮套小轮的设计在机构上十分复杂，存在严重的磨损震动，增加了移动机器人的成本。并且麦克纳姆轮式的运动机构难以在不平整的地面上行进，小轮的缝隙容易卡进异物。这些因素制约了麦克纳姆轮的应用。

球轮式移动机器人的行走机构机采用球轮机构，由滚动球体、支撑滚子和驱动滚子组成。总体特点是运动灵活。但其结构复杂，很难将能量传递到轮子上，当球体上沾的杂物过多时该机构会出现功能失效，因此，球轮式全向移动机器人对工作环境要球较高。

采用万向脚轮作为运动机构的移动平台同样能实现平面3自由度运动。这种类型的行走具有灵活性好，承载能力强，以及能适应复杂路面的优点。典型的主动全向移动脚轮有两种：一种是主动万向轮，具有一个主动转向和一个主动滚动轮构成，分别控制转向和行进；这种构型虽然有载重量大、运动灵活、转向时滑移量小、控制精度高等特点，但是，由于滚动轮使用强度大而转向轮使用强度小，转向轮两个滚动轴和转向轴存在力矩和功率分配不均的问题。

另一种万向脚轮是双滚轮被动转向式脚轮，这种脚轮具有两个并列的独立滚动轮和一个被动转向轴，通过滚动轮的差动驱动实现转向和行进。这种脚轮力矩和功率分配不均的问题。然而，现有的双滚轮被动转向式脚轮采用电机直接驱动滚轮的设计。将驱动电机直接安装在轮架上，轮架绕转向轴转动。尽管这种设计结构简单，但还是存在一些问题。其一，驱动电机安装在滚动轮架上，尺寸和重量受到限制，并且需要复杂的密封设计。其二，电机线缆需要通过转向轴连接到车体，而线缆无法无限制缠绕，因此脚轮的转向轴只能转有限的圈数。这样就限制了移动平台的灵活性，例如，移动平台无法保持车体方向不变沿封闭轨迹持续运行。

实用新型内容