[发明专利]一种可适用于不平整地面的移动机器人底盘及其控制方法

说明书

本发明公开了一种可适用于不平整地面的移动机器人底盘及其控制方法，移动机器人底盘包括底盘架体、麦克纳姆轮、连接单元、减震弹簧单元、姿态采集单元、动力单元和集中电控单元。本移动机器人底盘在工作状态时，每组姿态采集单元的摆动角度传感器实时向中央控制器反馈每组上连接板相对于底盘架体向下摆动的角度，中央控制器通过数据计算回路建立移动机器人底盘的实时运动学方程，然后中央控制器通过调整控制回路使每组动力单元的驱动电机控制各自的麦克纳姆轮，能够在保证每个麦克纳姆轮与地面紧密接触、且底盘整体运行平稳的前提下，实现根据载荷和路面状况实时对每个麦克纳姆轮的动力分配进行实时更新调整，进而实现底盘的准确定位移动。

技术领域

本发明涉及一种移动机器人底盘及其控制方法，具体是一种可适用于不平整地面的移动机器人底盘及其控制方法，属于移动机器人技术领域。

背景技术

移动机器人是自动执行工作的机器装置，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。移动机器人既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。

移动机器人底盘是移动机器人的重要组成部分，其直接影响移动机器人运行的稳定性、准确性和可靠性。现有技术中的移动机器人底盘大多是采用差速轮结构，差速轮结构成本较低、且行走稳定性较好，但其运动灵活性较差、承载能力较低。麦克纳姆轮是近年来出现的全方位移动方式，两两前后及左右对称的四个麦克纳姆轮进行组合的移动平台，在不改变麦克纳姆轮自身方向的前提下，依靠各个麦克纳姆轮的不同方向和转速可以合成在任何方向上产生一个合力矢量，从而保证移动平台在合力矢量的方向上的移动、实现全方位移动。因此与具有差速轮结构的移动机器人底盘相比，具有麦克纳姆轮结构的移动机器人底盘具有较好的运动灵活性和较大的承载能力。

但现有技术中具有麦克纳姆轮结构的移动机器人底盘的麦克纳姆轮大都采用非悬挂式连接方式，即麦克纳姆轮直接定位安装在底盘上，这种非悬挂式连接方式一方面对使用环境的地面平整度要求较高，四个麦克纳姆轮进行组合的移动平台在高低不平的地面易产生打滑现象，且在底盘移动速度、载荷和路面状况变化较大的情况下很难满足准确定位移动的要求；另一方面，非悬挂式连接方式的麦克纳姆轮中心与底盘几何中心的纵向距离或者横向距离是定值，因此底盘的运动学方程是不变的，也就是说，程序设定的底盘速度与麦克纳姆轮转速之间的关系是一定的，然而在实际作业环境中，不同负载状况会引起不同程度的震动，偏载的负载状况下震动更明显，从而会直接影响到每个麦克纳姆轮运动过程中的动力分配和效率，同时震动还也会对安装在移动机器人底盘上的扩展设备造成不利影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种可适用于不平整地面的移动机器人底盘及其控制方法，能够在保证每个麦克纳姆轮与地面紧密接触、且底盘整体运行平稳的前提下，实现根据载荷和路面状况实时对每个麦克纳姆轮的动力分配进行实时更新调整，进而实现底盘的准确定位移动。

为实现上述目的，本可适用于不平整地面的移动机器人底盘包括底盘架体、麦克纳姆轮、连接单元、减震弹簧单元、姿态采集单元、动力单元和集中电控单元。

所述的麦克纳姆轮相对于底盘架体的几何中心中心对称设置为四件，且四件麦克纳姆轮两两前后及左右对称设置。

所述的连接单元对应麦克纳姆轮的位置左右对称设置为四组，每组连接单元均包括上连接板、轴承座支架和下连接板，内部设有轴承的轴承座支架竖直设置，上连接板和下连接板沿左右方向向下方倾斜设置、且上连接板与下连接板平行设置，上连接板的左右两端分别与轴承座支架的上端和底盘架体的上架体板铰接安装连接，下连接板的左右两端分别与轴承座支架的下端和底盘架体的下架体板铰接安装连接，上连接板、轴承座支架、下连接板和底盘架体共同组成平行四边形结构，四件麦克纳姆轮分别通过水平设置的阶梯传动轴轴向定位、配合穿接安装在四组连接单元的轴承座支架上。