本發(fā)明涉及全向行走機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種全向輪、包括該全向輪的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)及移動(dòng)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

移動(dòng)機(jī)器人在環(huán)境中無(wú)約束的運(yùn)動(dòng)需要一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)全向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)?，F(xiàn)有機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)大多采用底盤(pán)與全向輪組合的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的任意方向的平移和旋轉(zhuǎn)。

全向輪的優(yōu)勢(shì)在于可以原地轉(zhuǎn)向和橫向移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)在狹小空間內(nèi)的靈活運(yùn)動(dòng)。具體到全向輪的結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的主要為兩種，一種為Mecanum輪：其輪緣上斜向分布著許多小滾子，當(dāng)輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)小滾子的包絡(luò)線為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動(dòng)；同時(shí)由于小滾子的作用，輪子可以橫向滑移；通過(guò)多個(gè)輪子(常見(jiàn)的為四個(gè))驅(qū)動(dòng)力的矢量合成，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的原地轉(zhuǎn)向和橫向移動(dòng)。

另一種為Omni輪，其輪緣上橫向分布著許多小滾子，當(dāng)輪子繞著固定的輪心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)小滾子的包絡(luò)線也為圓柱面，所以該輪能夠連續(xù)地向前滾動(dòng)；同時(shí)由于小滾子的作用，可以實(shí)現(xiàn)橫向的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)多個(gè)輪子(常見(jiàn)的為三個(gè)或四個(gè))驅(qū)動(dòng)力的矢量合成，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的原地轉(zhuǎn)向和橫向移動(dòng)。

以上兩種全向輪的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)緊湊，但是由于輪上有多個(gè)滾子，在輪子滾動(dòng)時(shí)，滾子會(huì)依次與地面接觸，由于滾子與地面的接觸面不是連續(xù)的，每次滾子接觸地面時(shí)會(huì)發(fā)生振動(dòng)。而為了減少振動(dòng)，以上兩種全向輪結(jié)構(gòu)在使用時(shí)往往會(huì)盡量增加滾子數(shù)量，由于每個(gè)滾子需要一對(duì)軸承，多個(gè)滾子會(huì)導(dǎo)致組裝復(fù)雜，成本較高。因此導(dǎo)致傳統(tǒng)全向輪組裝復(fù)雜，成本較高。

公開(kāi)于本發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種全向輪，所述全向輪能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)震動(dòng)小、組裝方便、成本低的效果。本發(fā)明的目的還在于提供一種包括該全向輪的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)以及移動(dòng)機(jī)器人。

本發(fā)明的一方面提出一種全向輪，包括：

全向輪軸，用于將所述全向輪進(jìn)行外部連接；

支架，用于在所述全向輪內(nèi)部進(jìn)行剛性支承，連接于所述全向輪軸；

第一輪組，所述第一輪組通過(guò)支架連接于所述全向輪軸，包括分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述支架兩側(cè)的兩個(gè)半球形滾輪；

第二輪組，所述第二輪組包括分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述第一輪組的半球形滾輪頂端的兩個(gè)第二滾輪，且通過(guò)所述支架連接于所述全向輪軸；

第三輪組，所述第三輪組包括相對(duì)于所述第一輪組對(duì)應(yīng)的第一轉(zhuǎn)軸分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于所述支架的兩側(cè)的兩個(gè)第三滾輪，且通過(guò)所述支架連接于所述全向輪軸；

其中，所述全向輪軸、所述第一轉(zhuǎn)軸及所述第二滾輪對(duì)應(yīng)的第二轉(zhuǎn)軸彼此垂直。

優(yōu)選地，所述第一轉(zhuǎn)軸、所述第二轉(zhuǎn)軸和所述第三滾輪對(duì)應(yīng)的第三轉(zhuǎn)軸共面設(shè)置。

優(yōu)選地，在所述第一轉(zhuǎn)軸、所述第二轉(zhuǎn)軸、所述第三轉(zhuǎn)軸所在的平面上，所述第一輪組、所述第二輪組和所述第三輪組的外輪廓組合形成圓形。

優(yōu)選地，所述第一轉(zhuǎn)軸平行于所述第三轉(zhuǎn)軸。

優(yōu)選地，所述第二滾輪、所述第三滾輪均為紡錘形，且所述第二滾輪、所述第三滾輪對(duì)應(yīng)的弧度分別與所述半球形滾輪對(duì)應(yīng)的弧度一致。

優(yōu)選地，所述第一輪組、所述第二輪組和所述第三輪組分別通過(guò)軸承連接于所述支架。

優(yōu)選地，所述半球形滾輪、所述第二滾輪和所述第三滾輪的至少其中之一的外表面由橡膠、硅膠或尼龍制成。

優(yōu)選地，所述半球形滾輪的頂端形成端面，所述第二滾輪設(shè)置于所述端面處。

優(yōu)選地，所述半球形滾輪能夠繞所述第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第二滾輪能夠繞所述第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述第三滾輪能夠繞所述第三滾輪對(duì)應(yīng)的第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的另一方面提供一種機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，包括底盤(pán)和設(shè)置于所述底盤(pán)的至少三個(gè)上述的全向輪。

優(yōu)選地，所述全向輪的個(gè)數(shù)為三個(gè)，且三個(gè)全向輪均布于所述底盤(pán)的底部。

優(yōu)選地，每個(gè)全向輪分別連接至一臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)所述全向輪的全向輪軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)還包括：

計(jì)算模塊，用于基于所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置和姿態(tài)以及目標(biāo)位置和姿態(tài)計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量；

控制模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

優(yōu)選地，通過(guò)以下公式計(jì)算所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量：

其中，表示所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，x_t、y_t分別表示所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位置的水平x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，θ_t表示所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的繞豎直方向的目標(biāo)角度，x₀、y₀分別表示所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置的水平x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，θ₀表示所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的繞豎直方向的當(dāng)前角度。

優(yōu)選地，所述控制模塊根據(jù)所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，將所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量轉(zhuǎn)化為每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。

優(yōu)選地，所述控制模塊根據(jù)所述目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)全向輪相向或相背滾動(dòng)，根據(jù)兩個(gè)全向輪的滾動(dòng)速度產(chǎn)生的受力差異控制所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行所述兩個(gè)全向輪對(duì)應(yīng)方向上的水平移動(dòng)，通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)全向輪同向滾動(dòng)進(jìn)行繞所述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的再一方面提供一種移動(dòng)機(jī)器人，包括上述的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

通過(guò)連接于全向輪軸的三個(gè)輪組實(shí)現(xiàn)全向輪的全向轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于組裝；

全向輪的第一輪組、第二輪組和第三輪組的滾輪的幾何旋轉(zhuǎn)軸共面設(shè)置，在該平面上，第一輪組、第二輪組和第三輪組的外輪廓組合形成圓形，使得全向輪與地面的接觸面是一個(gè)幾乎連續(xù)的球面，僅在輪組交界處有8處不連續(xù)，但其不連續(xù)的距離較小，由此可以減小工作時(shí)的振動(dòng)；

全向輪使用的滾輪數(shù)較少，大大降低了制造成本；

采用本發(fā)明全向輪的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)能夠方便地實(shí)現(xiàn)任意方向的直線運(yùn)動(dòng)、繞平臺(tái)軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、以及由直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的裝置具有其它的特性和優(yōu)點(diǎn)，這些特性和優(yōu)點(diǎn)從并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施例中將是顯而易見(jiàn)的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施例中進(jìn)行詳細(xì)陳述，這些附圖和具體實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，在本發(fā)明示例性實(shí)施例中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表相同部件。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全向輪的俯視圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全向輪沿剖面7的剖面圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全向輪的立體圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的立體圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)示意圖；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)示意圖。

主要附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1、第一輪組；101、半球形滾輪；102、近端面；103、端面；2、第二輪組；3、第三輪組；4、第一轉(zhuǎn)軸；5、第二轉(zhuǎn)軸；6、第三轉(zhuǎn)軸；7、剖面；8、全向輪軸；9、支架；2001、全向輪；2002、全向輪；2003、全向輪；201、驅(qū)動(dòng)裝置；202、底盤(pán)；203、軸線。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本發(fā)明更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種全向輪，包括：

全向輪軸，用于將全向輪進(jìn)行外部連接；

支架，用于在全向輪內(nèi)部進(jìn)行剛性支承，連接于全向輪軸；

第一輪組，第一輪組通過(guò)支架連接于全向輪軸，包括分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于支架兩側(cè)的兩個(gè)半球形滾輪；

第二輪組，第二輪組包括分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于第一輪組的半球形滾輪頂端的兩個(gè)第二滾輪，且通過(guò)支架連接于全向輪軸；

第三輪組，第三輪組包括相對(duì)于第一輪組對(duì)應(yīng)的第一轉(zhuǎn)軸分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于支架的兩側(cè)的兩個(gè)第三滾輪，且通過(guò)支架連接于全向輪軸；

其中，全向輪軸、第一轉(zhuǎn)軸及第二滾輪對(duì)應(yīng)的第二轉(zhuǎn)軸彼此垂直。

全向輪軸和各輪組按本發(fā)明實(shí)施例所述的位置設(shè)置，全向輪可以繞著全向輪軸滾動(dòng)，三個(gè)輪組的滾輪也可以繞著各自的幾何旋轉(zhuǎn)軸被動(dòng)滾動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)全向輪沿各個(gè)方向的滾動(dòng)。

作為優(yōu)選方案，第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸和第三滾輪對(duì)應(yīng)的第三轉(zhuǎn)軸共面設(shè)置，以提高滾動(dòng)效率。

作為優(yōu)選方案，第一轉(zhuǎn)軸平行于第三轉(zhuǎn)軸，更利于全向輪的全向轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。

作為優(yōu)選方案，在第一轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)軸、第三轉(zhuǎn)軸所在的平面上，第一輪組、第二輪組和第三輪組的外輪廓組合形成圓形，使得全向輪與地面的接觸面是一個(gè)連續(xù)的球面，僅在輪組交界處有8處不連續(xù)，但其不連續(xù)的距離較小，由此可以減小工作時(shí)的振動(dòng)，工作過(guò)程更順暢。

作為優(yōu)選方案，第二滾輪、第三滾輪均為紡錘形，且第二滾輪、第三滾輪對(duì)應(yīng)的弧度分別與半球形滾輪對(duì)應(yīng)的弧度一致，易于滾動(dòng)。

作為優(yōu)選方案，第一輪組、第二輪組和第三輪組分別通過(guò)軸承連接于支架，每個(gè)滾輪可使用兩個(gè)軸承。與現(xiàn)有全向輪相比，本發(fā)明實(shí)施例的全向輪使用的軸承相對(duì)較少，能夠大大節(jié)省成本。

作為優(yōu)選方案，半球形滾輪、第二滾輪、第三滾輪的外表面可以采用橡膠、硅膠、尼龍等材料，能夠防止滑輪。

作為優(yōu)選方案，半球形滾輪的頂端形成端面，第二滾輪設(shè)置于端面處，以便與半球形滾輪組合形成連續(xù)球面。

作為優(yōu)選方案，半球形滾輪能夠繞第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二滾輪能夠繞第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第三滾輪能夠繞第三滾輪對(duì)應(yīng)的第三轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)全向輪沿各個(gè)方向的全向滾動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，包括底盤(pán)和設(shè)置于底盤(pán)的至少三個(gè)全向輪。這樣的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于組裝，且能夠?qū)崿F(xiàn)全向轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。優(yōu)選地，全向輪的個(gè)數(shù)為三個(gè)，且三個(gè)全向輪均布于底盤(pán)的底部。

每個(gè)全向輪可連接至一臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置用于驅(qū)動(dòng)全向輪的全向輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)全向輪以全向輪軸為轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置例如是電機(jī)。

作為優(yōu)選方案，機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)還包括：

計(jì)算模塊，用于基于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置和姿態(tài)以及目標(biāo)位置和姿態(tài)計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量；

控制模塊，用于根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在確定了機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置和姿態(tài)以及目標(biāo)位置和姿態(tài)的情況下，計(jì)算模塊可以計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，其用于表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量可以表示為機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位置和姿態(tài)以及當(dāng)前位置和姿態(tài)的矢量差，如以下公式所示：

其中，表示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，x_t、y_t、z_t分別表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位置的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、z坐標(biāo)，α_t、β_t、θ_t分別表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的繞x軸方向、y軸方向、z軸方向的目標(biāo)角度，x₀、y₀、z₀分別表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、z坐標(biāo)，α₀、β₀、θ₀分別表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的繞x軸方向、y軸方向、z軸方向的當(dāng)前角度。

根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，控制模塊分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)，從而使得機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)沿著指定的運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到目標(biāo)位置和姿態(tài)。根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，基于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的全向輪布局，計(jì)算每個(gè)全向輪所對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方向和驅(qū)動(dòng)速度并進(jìn)行相應(yīng)的控制，屬于本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段，其不是本發(fā)明的重點(diǎn)，在此不再贅述。

在大多數(shù)情況下，機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)在水平面內(nèi)移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，控制模塊通過(guò)以下公式計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量：

其中，表示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，x_t、y_t分別表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的目標(biāo)位置的水平x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，θ_t表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的繞豎直方向的目標(biāo)角度，x₀、y₀分別表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置的水平x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，θ₀表示機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的繞豎直方向的當(dāng)前角度。

在這種情況下，對(duì)于最常見(jiàn)的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，即機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)包括三個(gè)均布的全向輪時(shí)，控制模塊根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)全向輪相向或相背滾動(dòng)，根據(jù)兩個(gè)全向輪的滾動(dòng)速度產(chǎn)生的受力差異控制機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行兩個(gè)全向輪對(duì)應(yīng)方向上的水平移動(dòng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置分別驅(qū)動(dòng)三個(gè)全向輪同向滾動(dòng)進(jìn)行繞機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種移動(dòng)機(jī)器人，包括上述的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)。

實(shí)施例

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全向輪的俯視圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全向輪沿剖面7的剖面圖，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的全向輪的立體圖。

如圖1-3所示，剖面7為全向輪的幾何對(duì)稱(chēng)面，垂直于全向輪軸8，第一輪組1的半球形滾輪101對(duì)應(yīng)的第一轉(zhuǎn)軸4、第二輪組2的第二滾輪對(duì)應(yīng)的第二轉(zhuǎn)軸5及第三輪組3的第三滾輪對(duì)應(yīng)的第三轉(zhuǎn)軸6均位于剖面7上。沿著剖面7切開(kāi)可以得到全向輪的剖面圖。

根據(jù)示例性實(shí)施例的全向輪包括：

全向輪軸8，用于將全向輪進(jìn)行外部連接，例如可連接至機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的底盤(pán)；

支架9，用于在全向輪內(nèi)部進(jìn)行剛性支承，其可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于全向輪軸8；

第一輪組1，第一輪組1通過(guò)支架9連接于全向輪軸8，第一輪組1包括分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于支架9兩側(cè)的兩個(gè)半球形滾輪101，半球形滾輪101的頂端形成端面103，半球形滾輪101能夠繞第一轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動(dòng)；

第二輪組2，第二輪組2包括分別設(shè)置于第一輪組1的端面103處的兩個(gè)第二滾輪，且第二輪組2通過(guò)支架9連接于全向輪軸8，第二滾輪能夠繞第二轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)，第二滾輪的外表面與半球形滾輪101的外表面形成幾乎連續(xù)的圓弧，有利于工作時(shí)減少振動(dòng)；

第三輪組3，第三輪組3包括相對(duì)于第一轉(zhuǎn)軸4分別對(duì)稱(chēng)設(shè)置于支架9的兩側(cè)的兩個(gè)第三滾輪，且第三輪組3通過(guò)支架9連接于全向輪軸8，第三滾輪能夠繞第三轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，第三滾輪設(shè)置于近端面102(近端面102是兩個(gè)半球形滾輪101相對(duì)的端面)處，第三滾輪的外表面與半球形滾輪101的外表面形成幾乎連續(xù)的圓弧，可以減少工作時(shí)的振動(dòng)；

其中，全向輪軸8、第一轉(zhuǎn)軸4及第二轉(zhuǎn)軸5彼此垂直。

如圖3所示，第二滾輪和第三滾輪均為紡錘形，第二滾輪和第三滾輪的外表面可以采用橡膠、硅膠、尼龍等材料，防止滑輪。

第一輪組1、第二輪組2和第三輪組3的外表面組合形成球形外表面，換言之，第一輪組1、第二輪組2和第三輪組3的外輪廓在剖面7上組合形成圓形。第一輪組1、第二輪組2、第三輪組3均通過(guò)軸承連接于支架9。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的立體圖，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)示意圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)示意圖。

根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)包括底盤(pán)202和均布于底盤(pán)202底部的三個(gè)全向輪，即全向輪2001、全向輪2002和全向輪2003。每個(gè)全向輪連接至一臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置201，驅(qū)動(dòng)裝置201可以驅(qū)動(dòng)全向輪的全向輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)控制器可以基于機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的當(dāng)前位置和姿態(tài)以及目標(biāo)位置和姿態(tài)計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量，并根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量分別控制每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)速度和驅(qū)動(dòng)方向，即轉(zhuǎn)化為每臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而控制每個(gè)全向輪的全向輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。通過(guò)三個(gè)全向輪的運(yùn)動(dòng)矢量合成，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)沿任意方向的直線運(yùn)動(dòng)、繞機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)的對(duì)稱(chēng)軸線203的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、以及由直線和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

以下參考圖4、圖5和圖6舉例說(shuō)明在示例性實(shí)施例中控制機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)在水平面內(nèi)的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方法。

當(dāng)需要機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)沿圖5中箭頭方向(該方向與全向輪2003的全向輪軸8平行，此時(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量)移動(dòng)時(shí)，控制器通過(guò)與全向輪2001連接的驅(qū)動(dòng)裝置控制全向輪2001沿T1方向的反方向滾動(dòng)，通過(guò)與全向輪2002連接的驅(qū)動(dòng)裝置控制全向輪2002沿T2方向滾動(dòng)，且兩者速度向同。在滾動(dòng)時(shí)，全向輪2001和2002中的第一輪組、第二輪組、第三輪組按照前述的排布位置分別與地面接觸；此時(shí)，全向輪2003做被動(dòng)滾動(dòng)，其第一輪組、第二輪組、第三輪組中的一個(gè)或兩個(gè)滾輪將始終與地面接觸，并繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。在其他實(shí)施例中，控制器通過(guò)與全向輪2001連接的驅(qū)動(dòng)裝置控制全向輪2001沿T1方向的反方向滾動(dòng)，通過(guò)與全向輪2002連接的驅(qū)動(dòng)裝置控制全向輪2002沿T2方向滾動(dòng)，全向輪2001沿T1方向的反方向滾動(dòng)的速度大于全向輪2002沿T2方向滾動(dòng)的速度時(shí)，則全向輪2001與地面產(chǎn)生的摩擦力大于全向輪2002與地面產(chǎn)生的摩擦力，機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)沿圖5中箭頭方向偏下移動(dòng)，具體角度與兩者的滾動(dòng)速度差相關(guān)。

當(dāng)需要機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)沿圖6中箭頭方向繞底盤(pán)202的軸線203旋轉(zhuǎn)時(shí)(此時(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)矢量)，控制器通過(guò)分別與全向輪2001、2002、2003連接的驅(qū)動(dòng)裝置控制全向輪2001、2002、2003分別沿著T1、T2、T3的反方向進(jìn)行同向滾動(dòng)。在滾動(dòng)時(shí)，全向輪2001、2002、2003中的第一輪組、第二輪組、第三輪按照前述的排布位置分別與地面接觸。

機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)其他更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)可以分解為以上兩種運(yùn)動(dòng)的組合，其控制方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員也是顯而易見(jiàn)的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述的目的僅為了示例性地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的有益效果，并不意在將本發(fā)明的實(shí)施例限制于所給出的任何示例。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說(shuō)明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說(shuō)明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見(jiàn)的。本文中所用術(shù)語(yǔ)的選擇，旨在最好地解釋各實(shí)施例的原理、實(shí)際應(yīng)用或?qū)κ袌?chǎng)中的技術(shù)的改進(jìn)，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能理解本文披露的各實(shí)施例。