本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
：新型的制造業(yè)對(duì)倉儲(chǔ)物流的信息化和智能化程度要求越來越高，傳統(tǒng)的物流搬運(yùn)機(jī)器人體積較大，并且采用了差動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式，在進(jìn)行搬運(yùn)時(shí)往往需要采用后退-轉(zhuǎn)向-前進(jìn)等三個(gè)步驟才能實(shí)現(xiàn)將貨物運(yùn)送到指定位置，這就要求倉庫的可用空間足夠大并且搬運(yùn)過程中的靈活度和效率非常低下，導(dǎo)致物流成本增加，智能化程度低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，以解決現(xiàn)有倉儲(chǔ)物流行業(yè)普遍存在依賴于人工作業(yè)或者依賴于比較笨重和體積大的叉車等問題。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，包括底座、升降臺(tái)、升降裝置以及萬向輪，所述萬向輪安裝于所述底座的底部，所述升降裝置安裝于所述底座上，所述升降臺(tái)具有與所述底座配合的形狀并由所述升降裝置支撐于所述底座上，所述升降臺(tái)在所述升降裝置的作用下進(jìn)行上升和下降，其中，所述升降裝置包括升降臂，所述升降臂可以沉入所述底座內(nèi)以降低機(jī)器人的整體高度。較佳地，所述升降臂的40％-80％可以沉入所述底座內(nèi)。較佳地，所述升降裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)。較佳地，所述升降裝置還包括支撐座，所述支撐座設(shè)置于所述升降臺(tái)的底部，所述升降臂通過所述支撐座與所述升降臺(tái)連接。較佳地，所述底座包括兩條臂和一條橫梁，所述兩條臂從所述橫梁沿大致垂直于所述橫梁的方向一體同向伸出，從而形成一個(gè)“U”形結(jié)構(gòu)。較佳地，所述底座的高度位于20cm-50cm之間。較佳地，所述底座的高度位于20cm-40cm之間。較佳地，所述底座的底部設(shè)有萬向輪安裝孔，所述萬向輪安裝于所述萬向輪安裝孔內(nèi)，其中，所述萬向輪安裝孔的深度與所述萬向輪的高度配合，從而使得當(dāng)所述萬向輪安裝于所述萬向輪安裝內(nèi)以后，所述萬向輪的高度的80％-90％容納于所述萬向輪安裝孔內(nèi)。較佳地，所述底座的底部安裝有至少三個(gè)萬向輪，該三個(gè)萬向輪中至少有兩個(gè)是主動(dòng)輪，以及所述全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)設(shè)置于所述底座內(nèi)并與所述升降裝置和所述主動(dòng)輪信號(hào)連接，從而對(duì)所述升降裝置和所述主動(dòng)輪進(jìn)行控制。較佳地，還包括供電裝置，所述供電裝置安裝于所述底座內(nèi)并與所述控制系統(tǒng)和主動(dòng)輪電連接從而給所述控制系統(tǒng)和主動(dòng)輪供電。較佳地，所述供電裝置為電池。較佳地，所述主動(dòng)輪為動(dòng)力萬向輪，所述動(dòng)力萬向輪包括滾輪并具有繞豎直軸線的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和繞所述滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)分別由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)獨(dú)立控制，使得所述轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)與所述驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之間無耦合。較佳地，所述動(dòng)力萬向輪包括：上架體；下架體，所述下架體可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于所述上架體；滾輪，所述滾輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝于所述下架體；第一電機(jī)，所述第一電機(jī)安裝于所述上架體并用于驅(qū)動(dòng)所述下架體轉(zhuǎn)動(dòng)；以及第二電機(jī)，所述第二電機(jī)與所述滾輪關(guān)聯(lián)以驅(qū)動(dòng)所述滾輪滾動(dòng)。較佳地，所述下架體的轉(zhuǎn)動(dòng)與所述滾輪的滾動(dòng)分別通過所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)獨(dú)立控制。較佳地，所述動(dòng)力萬向輪還包括第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中所述第一電機(jī)的輸出軸連接于所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端，所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與所述下架體連接；所述第二電機(jī)的輸出軸連接于所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端，所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與一轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，且所述滾輪安裝于該轉(zhuǎn)動(dòng)軸上；以及所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立；較佳地，所述第一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述第二傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別為第一齒輪組和第二齒輪組，其中所述第一齒輪組包括與所述第一電機(jī)的輸出軸連接的第一齒輪和與所述下架體連接的第二齒輪；以及所述第二齒輪組包括與所述第二電機(jī)的輸出軸連接的第三齒輪和與所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接的第四齒輪。較佳地，所述控制系統(tǒng)通過以下控制方法控制動(dòng)力萬向腳輪的運(yùn)動(dòng)，該控制方法包括：控制系統(tǒng)讀取編碼器的數(shù)值并做處理，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行正向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解運(yùn)算，得到機(jī)器人的移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度；控制系統(tǒng)獲得機(jī)器人的移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度指令，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式進(jìn)行逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解運(yùn)算，得到所要控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過控制器和放大器對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行控制；其中，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為：θ·iα·i=cos(αi)r-sin(αi)rhsin(αi)rsin(αi)rcos(αi)rr-hcos(αi)rvcxvcyw---(1)]]>式中：αi為轉(zhuǎn)向電機(jī)的關(guān)節(jié)角位移；θi為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的關(guān)節(jié)角位移，νcx為機(jī)器人的x軸方向的速度，νcy機(jī)器人的y軸方向的速度，ω為機(jī)器人繞中心軸方向旋轉(zhuǎn)的速度，r為萬向輪的半徑，h為底座中心到滾輪的距離。較佳地，所述運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括速度和加速度。較佳地，還包括定位導(dǎo)航系統(tǒng)、攝像頭和傳感器，所述攝像頭和傳感器安裝于所述底座上并與所述控制系統(tǒng)以及定位導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)連接，在所述控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下，所述機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主定位導(dǎo)航和自主移動(dòng)避障。較佳地，所述傳感器包括超聲波傳感器或紅外傳感器，所述傳感器包括超聲波傳感器或紅外傳感器與所述控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)連接，當(dāng)遇到緊急狀態(tài)時(shí)，在所述控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下的控制下，所述機(jī)器人可以立即減速至停止并切斷電源。較佳地，所述控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)包括編碼器模塊、多傳感器融合算法模塊、全局軌跡規(guī)劃模塊、慣性位置測量模塊、全局地圖建立模塊、激光傳感器或圖像輸入模塊、局部地圖建立模塊、局部軌跡規(guī)劃及壁障模塊以及底層運(yùn)動(dòng)學(xué)控制模塊；其中編碼器模塊用于讀取萬向輪的編碼器數(shù)據(jù)，慣性位置測量模塊用于測量機(jī)器人的實(shí)時(shí)慣性位置信號(hào)，并通過多傳感器融合模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化，最后算出最優(yōu)的位置，全局軌跡規(guī)劃模塊讀取全局地圖數(shù)據(jù)，規(guī)劃出全局路徑，局部軌跡規(guī)劃和避障模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的障礙檢測和局部軌跡調(diào)整，局部地圖建立模塊實(shí)時(shí)檢測機(jī)器人所在的局部環(huán)境地圖，并與全局模塊通訊，實(shí)現(xiàn)地圖的實(shí)時(shí)更新，激光傳感器或圖像輸入模塊用于檢測機(jī)器人與障礙物之間的距離，作為地圖模塊的輸入，底層運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制模塊用于配合萬向腳輪實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)功能并接受上層軌跡規(guī)劃數(shù)據(jù)。較佳地，所述機(jī)器人包括四個(gè)升降裝置、四個(gè)萬向輪和控制系統(tǒng)，所述兩條臂上分別安裝兩個(gè)萬向輪和兩個(gè)升降裝置，所述控制系統(tǒng)安裝于所述橫梁內(nèi)，所述控制系統(tǒng)控制四個(gè)升降臂同時(shí)升降，從而保證所述機(jī)器人上的貨物的平穩(wěn)運(yùn)輸。本發(fā)明的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，首先簡化了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)將升降臂與機(jī)器人本體融為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，使得機(jī)器人能夠直接進(jìn)入貨物底部利用升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直接搬運(yùn)，占用倉庫的空間小，另外，機(jī)器人采用動(dòng)力萬向輪實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)功能，與傳統(tǒng)的全向移動(dòng)方式不同，它能夠?qū)崿F(xiàn)無滑轉(zhuǎn)滑移運(yùn)動(dòng)，對(duì)物流車間地面的磨損小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，而配合基于解耦全向移動(dòng)的定位導(dǎo)航方法可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航功能，使得機(jī)器人在車間中不依賴于標(biāo)志物便可實(shí)現(xiàn)自我的定位和行駛，具備智能移動(dòng)功能。本發(fā)明不僅僅適用于狹窄的工廠貨物運(yùn)輸和倉儲(chǔ)物流的貨物運(yùn)輸環(huán)節(jié)，還可以應(yīng)用于汽車立體倉庫等需要高效靈活智能運(yùn)輸?shù)膱龊?，該發(fā)明具備結(jié)構(gòu)緊湊，快速高效的特點(diǎn)，解決了目前物流搬運(yùn)的核心問題，具有非常重大的應(yīng)用前景。附圖說明圖1是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的主視圖；圖2是裝載有貨物的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的主視圖；圖3是是另一視覺的裝載有貨物的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的主視圖；圖4是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的立體圖；圖5-8示出升降臂處于縮回狀態(tài)時(shí)的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人；其中圖5-6是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人不同視覺的視圖；圖7是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人的立體圖；圖9是動(dòng)力萬向輪的立體圖；圖10是圖9的動(dòng)力萬向輪的側(cè)視圖；圖11是沿圖10的剖面線A-A剖切的剖視圖；以及圖12是控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)的框圖。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)理解的是，附圖所示的實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)精神。本發(fā)明總體上涉及一種全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人，包括底座、升降裝置以及萬向輪，萬向輪安裝于底座的底部，升降裝置安裝于底座上，其中，升降裝置包括升降臂，升降臂可以沉入底座內(nèi)以降低整個(gè)機(jī)器人的高度，從而整個(gè)機(jī)器人可以進(jìn)入貨物的底部搬運(yùn)貨物。下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1-4示出在升降狀態(tài)(即將貨物舉高的狀態(tài))的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100，其中，圖1是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的主視圖，圖2是裝載有貨物70的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的主視圖，圖3是是另一視覺的裝載有貨物70的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的主視圖，圖4是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的立體圖。如圖1-4所示，全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人(下文簡稱機(jī)器人)100包括底座10、升降臺(tái)20、升降裝置30以及萬向輪40。升降臺(tái)20設(shè)置于底座10上，升降裝置30設(shè)置于底座10和升降臺(tái)20之間并用于支撐升降臺(tái)20，萬向輪40設(shè)置于底座10的下部。如圖4所示，底座10包括橫梁11和兩條臂12，兩條臂12從橫梁11一體向外伸出形成，從而底座11呈“U”字形結(jié)構(gòu)，通過將底座11設(shè)置成“U”字形結(jié)構(gòu)，可以便于機(jī)器人100進(jìn)入到各種貨物底部執(zhí)行搬運(yùn)工作。在底座10的底部設(shè)置有萬向輪安裝孔11，萬向輪40安裝于萬向輪安裝孔11內(nèi)。其中，萬向輪安裝孔的深度與萬向輪的高度配合，即萬向輪為潛入式設(shè)計(jì)，萬向輪在進(jìn)行回轉(zhuǎn)和滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其不會(huì)與底座干擾，并且大部分結(jié)構(gòu)潛入在底座內(nèi)中，并且萬向輪的高度略高于底座的下部，這既能夠使萬向輪與地面保持持續(xù)接觸，又能夠使得機(jī)器人的總體高度降低。例如，設(shè)置成當(dāng)萬向輪40安裝于萬向輪安裝孔11內(nèi)以后，萬向輪的高度的80％-90％容納于萬向輪安裝孔11內(nèi)。在本發(fā)明中，在兩條臂11上分別設(shè)置兩個(gè)萬向輪40，然而在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施中，也可以在兩條臂40上各設(shè)置一個(gè)萬向輪40，在橫梁10設(shè)置一個(gè)萬向輪40。針對(duì)萬向輪40，其中至少有兩個(gè)萬向輪40是主動(dòng)輪，主動(dòng)輪40的數(shù)目當(dāng)然也可以多余兩個(gè)，例如全是主動(dòng)輪，然而這樣會(huì)增加成本，因此，優(yōu)選的是設(shè)置兩個(gè)主動(dòng)輪。有關(guān)萬向輪中的主動(dòng)輪的實(shí)施例請參照下文的描述。升降裝置30包括升降臂31，在升降臺(tái)20的底部設(shè)有支撐座50，升降臂31的上端連接于支撐座50上，升降臂31的下端容納于底座10內(nèi)，升降臂31可以進(jìn)行升降和縮回動(dòng)作，在工作的時(shí)候可以向上將升降臺(tái)20上的貨物70舉起，在不工作的時(shí)候可以縮回并存儲(chǔ)在底座10的內(nèi)部，從而降低機(jī)器人的整體高度。使得本發(fā)明的機(jī)器人的總體尺寸小，便于實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)動(dòng)，可以直接潛入貨物底部通過升降臂31托起貨物，優(yōu)選的，機(jī)器人10的升降臂31采用液壓驅(qū)動(dòng)，從而具有較大的承載能力。本發(fā)明的機(jī)器人100還包括控制系統(tǒng)以及定位導(dǎo)航系統(tǒng)(圖未示)，該控制系統(tǒng)以及定位導(dǎo)航系統(tǒng)安裝于底座10內(nèi)。在底座10上還設(shè)有攝像頭和傳感器(圖未示)，該攝像頭和傳感器與控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)連接，從而在控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)的控制下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主定位導(dǎo)航和自主移動(dòng)避障。較佳地，傳感器包括超聲波傳感器或紅外傳感器，當(dāng)遇到緊急狀態(tài)時(shí)，在控制系統(tǒng)的控制下，所述機(jī)器人可以立即減速至停止并切斷電源。本發(fā)明的機(jī)器人100通過控制系統(tǒng)進(jìn)行升降的控制，控制系統(tǒng)包括了主動(dòng)輪的控制算法和系統(tǒng)供電裝置以及其它電氣控制裝置?？刂葡到y(tǒng)的電氣元件安裝在底座10的橫梁11內(nèi)部。通過機(jī)器人的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境的自主定位導(dǎo)航，并且能夠?qū)崿F(xiàn)360度零轉(zhuǎn)彎半徑的自主移動(dòng)。詳細(xì)情況請參見下文有關(guān)主動(dòng)輪部分的描述。在本發(fā)明中，作為一種優(yōu)選的方式，底座10的高度大于或等于20cm并小于或等于50cm，更佳地，底座10的高度大于或等于20cm并小于或等于40cm，從而保證機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)小巧緊湊，同時(shí)升降裝置30采用液壓驅(qū)動(dòng)，保證具有較大的承載能力，并通過將升降臂31設(shè)置成在縮回狀態(tài)容納于底座10內(nèi)，從而保證整個(gè)機(jī)器人100不僅結(jié)構(gòu)小巧，同時(shí)還具有較大的承載能力。圖5-8示出升降臂處于縮回狀態(tài)時(shí)的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100，其中，圖5-6是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100不同視覺的視圖，圖7是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的立體圖。如圖5-8所示，當(dāng)全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的升降臂31縮回到底座10內(nèi)時(shí)，升降臺(tái)20降落到底座10的上表面，從而整個(gè)機(jī)器人的高度降低，占用空間小，并通過萬向輪11實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)，在應(yīng)用于汽車智能化倉庫等需要在狹窄空間內(nèi)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活移動(dòng)的搬運(yùn)，并直接潛入貨物底部托起貨物，并能夠?qū)崿F(xiàn)360無轉(zhuǎn)彎半徑的全向移動(dòng)，并且該由于采用了萬向輪，相對(duì)于其它的全向移動(dòng)方式，其對(duì)地面基本無摩擦或者摩擦程度非常小，適合應(yīng)用于工廠環(huán)境。如圖7所示，機(jī)器人100還包括供電裝置60，供電裝置60安裝于底座10的橫梁11內(nèi)并與控制系統(tǒng)和主動(dòng)輪電連接從而給控制系統(tǒng)和主動(dòng)輪供電。在本實(shí)施例中，機(jī)器人100包括四個(gè)升降裝置30、四個(gè)萬向輪40，兩條臂11上分別安裝兩個(gè)萬向輪40和兩個(gè)升降裝置30。下滿結(jié)合圖9-11詳細(xì)描述本方發(fā)明的全向移動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人100的主動(dòng)輪的一種實(shí)施例，在該實(shí)施例中，主動(dòng)輪為動(dòng)力萬向輪200。動(dòng)力萬向輪200為機(jī)器人提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，從而使整個(gè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)直行、側(cè)行、斜行以及原地旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。本申請的動(dòng)力萬向輪的主要特點(diǎn)是具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間無耦合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，并且可控。通過動(dòng)力萬向輪上的各電機(jī)協(xié)同控制就可以使得整個(gè)機(jī)器人在不改變自身姿態(tài)的條件下沿著平面內(nèi)任意方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)。下面以前置式動(dòng)力萬向輪為例描述本申請的動(dòng)力萬向輪。前置式動(dòng)力萬向輪具備兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，分別是繞轉(zhuǎn)向裝置豎直軸線的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和繞滾輪水平軸線的驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)分別由安裝在它上面的兩個(gè)電機(jī)通過內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此，只需要對(duì)這兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制就可以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)動(dòng)力萬向輪的運(yùn)動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備該動(dòng)力萬向輪的移動(dòng)機(jī)器人或車輛的控制，使機(jī)器人或車輛可以沿著給定的路線實(shí)現(xiàn)直行、側(cè)行、斜行以及原地旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)。前置式動(dòng)力萬向輪內(nèi)部通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈可以同轉(zhuǎn)向裝置一起轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可以保證它的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)與驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之間保持無耦合，從而保證裝備有該動(dòng)力萬向輪的移動(dòng)機(jī)器人或車輛在執(zhí)行轉(zhuǎn)向動(dòng)作時(shí)無額外的滾輪滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)輸出，使得該移動(dòng)機(jī)器人或車輛在運(yùn)行過程中無側(cè)滑，保證運(yùn)行平穩(wěn)，并且可以得到精確的運(yùn)動(dòng)控制。另外，由于轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)之間不存在運(yùn)動(dòng)耦合，所以無需為了運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)采用專門的機(jī)構(gòu)去解耦，使得動(dòng)力萬向輪整個(gè)結(jié)構(gòu)得到簡化。如圖9-11所示，前置式動(dòng)力萬向輪200包括殼體1001(或稱上架體)、下架體1002以及滾輪1003，其中下架體1002可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于殼體1001，滾輪1003可轉(zhuǎn)動(dòng)地下架體1002。電機(jī)1004安裝于殼體1001的一側(cè)上并通過置于殼體1001內(nèi)部的傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)下架體1002轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)。電機(jī)1005安裝于殼體的另一側(cè)上并通過相應(yīng)的傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)滾輪1003滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)。具體地，前置式動(dòng)力萬向輪200主要由以下零件所組成，分別是：電機(jī)座101，壓蓋102，鎖緊螺母103，軸承104，軸套105，軸承106，軸承套107，殼體1001，壓蓋109，軸承1010，壓蓋1011，下架體1002，軸承1013，軸承1014，傳動(dòng)軸1015，軸套1016，滾輪1003，傳動(dòng)軸1018，軸套1019，軸承1020，軸套1021，齒輪1022，鎖緊螺母1023，傳動(dòng)軸1024，齒輪1025，鎖緊螺母1026，軸承1027，齒輪1028，鎖緊螺母1029，軸套1030，軸承1031，軸套1032，齒輪1033，軸套1034，鎖緊螺母1035，鎖緊螺母1036，軸承1037，齒輪1038，齒輪1039，軸承1040，支撐套1041，軸承1042，鎖緊螺母1043，傳動(dòng)軸1044，軸套1045，軸承1046，電機(jī)座1047，壓蓋1048，齒輪1049以及光電開關(guān)1050。轉(zhuǎn)向電機(jī)1005通過螺釘與軸承座101相連接。轉(zhuǎn)向電機(jī)1005通過平鍵與齒輪1049相連接。壓蓋102通過螺釘與軸承座101相連接。齒輪1049通過軸承104、軸套105、軸承106及鎖緊螺母103與軸承座101相連接。軸承座101通過螺釘與殼體1001相連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)1004通過螺釘與電機(jī)座1047相連接。支撐軸1041通過螺釘與電機(jī)座1047相連接。電機(jī)座1047通過軸承1042與殼體1001相連接。壓蓋1048通過螺釘與殼體1001相連接。傳動(dòng)軸1044通過軸承1046、軸套1045、鎖緊螺母1043與電機(jī)座1047相連接。支承座1041通過螺釘與齒輪1039相連接。齒輪1039與齒輪1049嚙合。傳動(dòng)軸1044通過軸承1040、鎖緊螺母1036、壓蓋1011與齒輪1039相連接。齒輪1039通過軸承1010、軸承1037、壓蓋109及螺釘與殼體1001相連接。齒輪1038通過平鍵、鎖緊螺母1035與傳動(dòng)軸1044相連接。下架體1002通過螺釘與壓蓋1011相連接。傳動(dòng)軸1018通過軸承1013、軸承1031、鎖緊螺母1029與下架體1002相連接。軸套1034、軸套1032、軸套1030空套于傳動(dòng)軸1018上。齒輪1033、齒輪1028分別通過平鍵與傳動(dòng)軸1018相連接。傳動(dòng)軸1024通過軸承1027、鎖緊螺母1026與下架體1002連接。齒輪1025通過平鍵與傳動(dòng)軸1024相連接。傳動(dòng)軸1015通過軸承1014、軸承1020、鎖緊螺母1023與下架體1002相連接。軸套1016、軸套1019、軸套1021空套于傳動(dòng)軸1015上。滾輪1003、齒輪1022分別通過平鍵與傳動(dòng)軸1015相連接。上述齒輪中，除了齒輪1033、1038、1039以及1049為錐齒輪外，其余齒輪均為圓柱齒輪。各個(gè)齒輪之間的傳動(dòng)比可根據(jù)需要設(shè)置，在此不再詳述。轉(zhuǎn)向電機(jī)1005和驅(qū)動(dòng)電機(jī)1004可以是交流電機(jī)、直流電機(jī)、異步電機(jī)或同步電機(jī)。如圖11所示，下架體1002包括相互間隔開預(yù)定距離的兩個(gè)支臂10021和10022。兩個(gè)軸承1014和1020分別固定于兩個(gè)支臂10021和10022上。傳動(dòng)軸1015的兩端分別固定安裝于兩個(gè)軸承1014和1020的內(nèi)圈，從而傳動(dòng)軸能夠相對(duì)于支臂轉(zhuǎn)動(dòng)。還如圖11所示，下架體1002的兩個(gè)支臂外側(cè)還分別設(shè)置有蓋體1006和1007。蓋體1006和1007可起到對(duì)安裝于兩個(gè)支臂上的軸承和齒輪等進(jìn)行保護(hù)的作用，防止灰塵等進(jìn)入。殼體1001的下端設(shè)有從殼體的下端徑向向外凸出的法蘭10011。法蘭上設(shè)有多個(gè)連接孔，這些連接孔用于將動(dòng)力萬向輪安裝至底座上，下文將進(jìn)一步說明。如圖10所示，在動(dòng)力萬向輪200的滾輪1003的滾動(dòng)軸線與下架體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線之間設(shè)置一偏置距離e1。優(yōu)選地，偏置距離e1為：1/6*D1<e1<2/3*D1，其中D1為滾輪1003的直徑。應(yīng)理解的是，根據(jù)需要，偏置距離e1也可以采用其他任何合適的數(shù)值。下架體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與滾輪的滾動(dòng)軸線之間的偏置可以通過將下架體的兩個(gè)支臂做成特定的形狀，例如類似L形來實(shí)現(xiàn)。動(dòng)力萬向輪200上的光電開關(guān)1050通過螺釘安裝于支架上，該支架通過螺釘安裝于殼體1001上。光電開關(guān)1050的作用是確定下架體的初始零點(diǎn)位置。工作時(shí)，滾輪1003的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)1004通過傳動(dòng)軸1044把運(yùn)動(dòng)傳遞給齒輪1038，齒輪1038通過與齒輪1033嚙合帶動(dòng)傳動(dòng)軸1018轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸1018通過平鍵帶動(dòng)齒輪1028轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪1028與齒輪1025嚙合，齒輪1025與齒輪1022嚙合，齒輪1022通過平鍵帶動(dòng)傳動(dòng)軸1015轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸1015通過平鍵帶動(dòng)滾輪1003進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，完成主驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)動(dòng)力萬向輪的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)由轉(zhuǎn)向電機(jī)通過平鍵帶動(dòng)齒輪1049轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪1049與齒輪1039嚙合，通過齒輪1039帶動(dòng)與它相連的下架體1002及滾輪1003完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作。以上僅僅描述了本發(fā)明的主動(dòng)輪的一種實(shí)施方式，本發(fā)明的主動(dòng)輪還可以具有其他形式，在此不再詳細(xì)描述。下面介紹該機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全向運(yùn)動(dòng)的單個(gè)動(dòng)力萬向輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)控制方法，該控制方法包括以下步驟：控制系統(tǒng)讀取編碼器的數(shù)值并做處理，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式(1)進(jìn)行正向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解運(yùn)算，得到機(jī)器人的移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度；控制系統(tǒng)獲得機(jī)器人的移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度指令，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式(1)進(jìn)行逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解運(yùn)算，得到所要控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)1004和轉(zhuǎn)向電機(jī)1005的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(包括速度和加速度)，并通過控制器和放大器對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1004和轉(zhuǎn)向電機(jī)1005進(jìn)行控制；對(duì)于任意一個(gè)動(dòng)力萬向輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式為：θ·iα·i=cos(αi)r-sin(αi)rhsin(αi)rsin(αi)rcos(αi)rr-hcos(αi)rvcxvcyw---(1)]]>式中：αi為轉(zhuǎn)向電機(jī)的關(guān)節(jié)角位移；θi為滾動(dòng)電機(jī)的關(guān)節(jié)角位移，νcx為機(jī)器人的x軸方向的速度，νcy機(jī)器人的y軸方向的速度，ω為機(jī)器人的繞中心軸方向旋轉(zhuǎn)的速度，r為滾輪的半徑，h為機(jī)器人中心到滾輪的距離。對(duì)于多個(gè)動(dòng)力萬向輪，需要確定動(dòng)力萬向輪在底座上安裝的位置關(guān)系，求解萬向腳輪對(duì)于機(jī)器人中心坐標(biāo)的轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)其在底座的位置關(guān)系，利用轉(zhuǎn)移矩陣最終得到不同位置上的動(dòng)力萬向輪的轉(zhuǎn)動(dòng)輪的角速度α和滾動(dòng)輪的角速度的值θ，分別將對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度α值和滾動(dòng)角速度的值θ，發(fā)送到執(zhí)行電機(jī)端，控制相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)的速度，便可以讓平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在三維空間的設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度vcx，vcy和轉(zhuǎn)動(dòng)速度w，例如以兩個(gè)主動(dòng)萬向腳輪，按180分布安裝，公式(1)可以分別寫成：θ·1α·1=cos(α1)r-sin(α1)rhsin(α1)rsin(α1)rcos(α1)rr-hcos(α1)rvcxvcyw]]>θ·2α·2=cos(α2)r-sin(α2)rhsin(α2)rsin(α2)rcos(α2)rr-hcos(α2)rvcxvcyw]]>其中腳標(biāo)α1，和α2分別表示主動(dòng)萬向腳輪1和2的轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的角度，θ1和θ2分別表示主動(dòng)萬向腳輪1和2的滾動(dòng)電機(jī)角度。圖12是控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)的框圖。如圖12所示，控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)包括編碼器模塊、多傳感器融合算法模塊、全局軌跡規(guī)劃模塊、慣性位置測量模塊、全局地圖建立模塊、激光傳感器或圖像輸入模塊、局部地圖建立模塊、局部軌跡規(guī)劃及壁障模塊以及底層運(yùn)動(dòng)學(xué)控制模塊。編碼器模塊與多傳感器融合算法模塊連接，多傳感器融合算法模塊、慣性位置測量模塊以及激光傳感器或圖像輸入模塊與全局軌跡規(guī)劃模塊連接，激光傳感器或圖像輸入模塊還與局部地圖建立模塊連接從而信息可以在激光傳感器或圖像輸入模塊還與局部地圖建立模塊之間雙向船速，編碼器模塊、慣性位置測量模塊以及全局軌跡規(guī)劃模塊與局部軌跡規(guī)劃及壁障模塊連接。其中編碼器模塊用于讀取全向叉車的四個(gè)輪子編碼器數(shù)據(jù)，慣性位置測量模塊用于測量全向叉車的實(shí)時(shí)慣性位置型號(hào)，通過多傳感器融合模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的優(yōu)化，最后估算出最優(yōu)的位姿，此外全局軌跡規(guī)劃模塊讀取全局地圖數(shù)據(jù)，規(guī)劃出全局的路徑，局部軌跡規(guī)劃和避障模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的障礙檢測和局部軌跡調(diào)整，局部地圖建立模塊實(shí)時(shí)檢測叉車所在的局部環(huán)境地圖，并與全局模塊通訊，實(shí)現(xiàn)地圖的實(shí)時(shí)更新，激光傳感器或圖像輸入模塊用于檢測機(jī)器人與障礙物之間的距離，作為地圖模塊的輸入，底層運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制模塊用于配合萬向腳輪實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)功能并接受上層軌跡規(guī)劃數(shù)據(jù)。控制系統(tǒng)和定位導(dǎo)航系統(tǒng)的主要特征是在運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊采用了新型的配合動(dòng)力萬向輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法，在地圖建立和軌跡規(guī)劃時(shí)均采用了基于全向移動(dòng)原理的方法，接收和輸出全向移動(dòng)機(jī)器人的速度和位置信號(hào)。由于機(jī)器人的底座上安裝有緊急避障用的超聲波傳感器或紅外線傳感器，如果遇到緊急狀態(tài)可以馬上減速至停止并切斷電源。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)靈活，具有自主運(yùn)動(dòng)的特征，可以直接潛入貨物底部進(jìn)行搬運(yùn)，能夠廣泛應(yīng)用與物流及搬運(yùn)行業(yè)，提升工廠在物流環(huán)節(jié)的智能化程度并提高其貨物搬運(yùn)的效率。以上已詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改。這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3