一种全向移动轮式机器人平台及控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106394715A(43)申请公布日2017.02.15(21)申请号201611094443.7(22)申请日2016.12.02(71)申请人河海大学常州校区地址213022江苏省常州市晋陵北路200号(72)发明人王程程刘小峰周小芹蒋爱民徐宁(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林(51)Int.Cl.B62D57/02(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种全向移动轮式机器人平台及控制方法(57)摘要本发明公开了一种全向移动轮式机器人平台及控制方法，全向移动轮式机器人平台，包括设置有安装孔的底盘平台，其特征在于，还包括三个均匀排列的麦克纳姆轮且两两之间夹角为120°，每个麦克纳姆轮通过电机驱动，每个电机与控制器相连，控制器接收控制指令参数，通过系统运动学方程得到三个电机的控制速度，输出信号给电机驱动器分别控制三个电机的转速。采用三个电机控制三个麦克纳姆轮作为主动轮，无从动轮，能够灵活的完成全向运动，具有适应性强、灵敏度高、稳定性好、转动灵活等优点，满足系统运动对复杂环境的要求。CN106394715ACN106394715A权利要求书1/2页1.一种全向移动轮式机器人平台，包括设置有安装孔的底盘平台，其特征在于，还包括三个均匀排列的麦克纳姆轮且两两之间夹角为120°，每个麦克纳姆轮通过电机驱动，每个电机通过驱动器与控制器相连，控制器输出信号给电机驱动器分别控制三个电机的转速。2.根据权利要求1所述的一种全向移动轮式机器人平台，其特征在于，设三个均匀排列的麦克纳姆轮的中心为O点，第i个麦克纳姆轮的转动中心为O′i，i＝1,2,3，xoy是中心为O的直角坐标系，x′o′iy′是圆心为轮毂中心O′i的直角坐标系，r为麦克纳姆轮的半径，αi是第i个麦克纳姆轮的辊子的偏向角，βi是与x轴的夹角，(lix,liy,θi)是x′o′iy′坐标系在xoy中的位姿描述，lix＝licosβi,liy＝lisinβi，θi是第i个麦克纳姆轮的轮子轴线与x轴方向夹T角，则全向移动平台的运动的速度矢量即为O点的速度矢量，设为[vx,vy,ω]，vx是x轴速T度,vy是y轴速度,ω是转向速度，则三个电机的转速矢量[ω1,ω2,ω3]：控制器输出PWM脉冲信号给电机驱动器分别控制三个电机的转速。3.根据权利要求1所述的一种全向移动轮式机器人平台，其特征在于，所述底盘平台呈圆形。4.根据权利要求1所述的一种全向移动轮式机器人平台，其特征在于，还包括传感器单元。5.根据权利要求4所述的一种全向移动轮式机器人平台，其特征在于，所述传感器单元包括霍尔电流传感器、陀螺仪传感器、角度传感器和超声波传感器。6.一种全向移动轮式机器人平台的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：T步骤1、输入全向移动平台的运动的速度矢量[vx,vy,ω]，vx是x轴速度,vy是y轴速度,ω是转向速度；T步骤2、计算三个电机的转速矢量[ω1,ω2,ω3]：式中，设三个均匀排列的麦克纳姆轮的中心为O点，第i个麦克纳姆轮的转动中心为O′i，i＝1,2,3，xoy是中心为O的直角坐标系，x′o′iy′是圆心为轮毂中心O′i的直角坐标系，r为麦克纳姆轮的半径，αi是第i个麦克纳姆轮的辊子的偏向角，βi是与x轴的夹角，(lix,liy,θi)是x′o′iy′坐标系在xoy中的位姿描述，lix＝licosβi,liy＝lisinβi，θi是第i个麦克纳姆轮的轮子轴线与x轴方向夹角；2CN106394715A权利要求书2/2页T步骤3、控制器根据三个电机的转速矢量[ω1,ω2,ω3]，输出对应频率的PWM脉冲信号给电机驱动器；步骤4、电机驱动将其转换成控制电机转速的双相四线式脉冲信号输出到电机。3CN106394715A说明书1/7页一种全向移动轮式机器人平台及控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种全向移动轮式机器人平台及控制方法。背景技术[0002]麦克纳姆轮的概念是由瑞典麦克纳姆公司提出的，其主要由两部分组成，一部分为电机控制的轮毂，另一部分为沿着轮毂外缘按照一定角度均匀分布的多个被动辊子。麦克纳姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮，但是现有技术中，为了实现全方位移动功能，需至少采用4个麦克纳姆轮进行组合，比如，专利号201010145736.X公开了一种多功能智能助立助行机器人，采用四个麦克纳姆轮，专利号201610725467.1公开了一种电控式滑撬直升机自动移库装置，所述凹形平台底部的四个角均安装有所述麦克纳姆轮。[0003]采用4个麦克纳姆轮进行组合，轮子分布面积过大而无法减小移动平台的尺寸，并且轮子的分布也导致了系统缺乏灵活性，不适