一种非对称式分布麦轮车的制作方法

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1.本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种非对称式分布麦轮车。

背景技术：

2.近年来，随着机器人领域的发展，机器人领域的研发方向愈发受到重视，机器人的应用场景也越发广泛，目前已衍生出在狭小区域使用机器人的需求。机器人在狭小区域行驶，对其体积要求很高。如何在缩小机器人的体积的同时，可以让电机等结构能合理地布局安装在小体积底盘上，不影响机器人的正常行驶，是现阶段面临的重要问题。
3.申请号为201780005007.4、名称为“麦克纳姆轮及具有该麦克纳姆轮的机器人”的中国专利，将电机内置于麦克纳姆轮的轮毂中，来使产品小型化。这种方式由于要对麦克纳姆轮的结构进行改变，无法应用在现有的麦克纳姆轮上。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种非对称式分布麦轮车，来解决以上问题。
5.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种非对称式分布麦轮车，包括机体，所述机体上设有至少一个驱动模组；
7.每个所述驱动模组包括平行设置的两个驱动模块，每个所述驱动模组所包括的两个所述驱动模块的头尾朝向相反；
8.每个所述驱动模块包括旋转驱动件，所述旋转驱动件固定连接所述机体，所述旋转驱动件的驱动轴连接有麦轮。
9.可选的，同一个所述驱动模组中的两个所述麦轮的辊子倾向方向不同。
10.可选的，所述非对称式分布麦轮车包括两个所述驱动模组，两个所述驱动模组所包括的四个驱动模块均平行设置；
11.四个所述麦轮分设于所述机体的相对两侧，位于所述机体同一侧的两个所述麦轮的辊子倾向方向不同。
12.可选的，四个所述驱动模块中，靠内侧的两个驱动模块的头尾朝向相同或相反。
13.可选的，所述驱动模块包括驱动件支架和联轴器；
14.所述驱动件支架固定连接所述机体，所述旋转驱动件固定连接所述驱动件支架；
15.所述旋转驱动件的驱动轴穿过所述驱动件支架，固定连接所述联轴器；所述联轴器背离旋转驱动件的一面固定连接所述麦轮。
16.可选的，所述驱动件支架的侧面呈l形，包括固定连接的第一固定片和第二固定片；
17.所述第一固定片上开设有多个第一固定孔，所述机体上开设有多个机体安装孔；所述驱动模块包括多个第一固定螺栓和多个第一固定螺母；所述第一固定孔、机体安装孔、第一固定螺栓和第一固定螺母的数量相同并一一对应；
18.每个所述第一固定螺栓穿过对应的所述第一固定孔和机体安装孔，螺纹连接对应
的所述第一固定螺母。
19.可选的，所述第二固定片上开设有用于所述旋转驱动件的驱动轴穿过的驱动过孔；所述第二固定片上开设有多个用于固定所述旋转驱动件的第二固定孔。
20.可选的，所述旋转驱动件为电机。
21.可选的，所述驱动模块的长度大于或等于所述机体的宽度。
22.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
23.本实用新型提供的非对称式分布麦轮车将两个驱动模块平行设置，使得机体在宽度方向上只需要容纳一个驱动模块，从而可减小机体的宽度，狭长的机体让非对称式分布麦轮车可以在狭小缝隙中行驶。本实用新型提供的非对称式分布麦轮车无需对麦轮结构进行更改，成本低廉。本实用新型提供的非对称式分布麦轮车采用麦轮和驱动模块连接，麦轮为全向移动轮，即使两个麦轮不处于同一直线，非对称式分布麦轮车仍然可以正常行驶，并且能够基于麦轮的运动特性实现竖向、横向、斜向和转弯等运动方式。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
25.图1为本实用新型实施例提供的非对称式分布麦轮车的结构示意图；
26.图2为本实用新型实施例提供的非对称式分布麦轮车的另一结构示意图；
27.图3为本实用新型实施例提供的左倾轮的结构示意图；
28.图4为本实用新型实施例提供的右倾轮的结构示意图；
29.图5为本实用新型实施例提供的非对称式分布麦轮车的结构示意图；
30.图6为本实用新型实施例提供的非对称式分布麦轮车的另一种麦轮布局方式的结构示意图；
31.图7为本实用新型实施例提供的驱动件支架的结构示意图；
32.图8为对本实用新型实施例提供的非对称式分布麦轮车进行运动学分析的坐标示意图。
33.图示说明：1、机体；11、机体安装孔；2、驱动模组；21、驱动模块；210、旋转驱动件；211、驱动件支架；2111、第一固定孔；2112、第二固定孔；2113、驱动过孔；212、联轴器；3、麦轮；31、左倾轮；32、右倾轮。
具体实施方式
34.为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
36.本实用新型提供了一种非对称式分布麦轮车，将麦轮3非对称设置，来减少机体1的宽度。
37.请参考图1和图2，该非对称式分布麦轮车包括机体1，机体1上设有至少一个驱动模组2。
38.每个驱动模组2包括平行设置的两个驱动模块21，每个驱动模组2所包括的两个驱动模块21的头尾朝向相反。
39.每个驱动模块21包括旋转驱动件210，旋转驱动件210固定连接机体1，旋转驱动件210的驱动轴连接有麦轮3。麦轮是麦克纳姆轮的简称。
40.传统的小车(又可称为移动机器人)中，两个车轮是对称并排设置，即两个车轮处于同一直线上。这样会导致驱动两个车轮行驶的两个驱动模块21也必须处于同一直线上，为了容纳这样并排分布的两个驱动模块21，传统机体1的宽度至少应两倍于驱动模块21的长度。
41.如图1所示，本实施例中所说的驱动模块21的长度指驱动模块21的头尾间距，机体1的宽度方向和驱动模块21头尾朝向平行。本实施例中，驱动模块21头尾朝向具体为旋转驱动件210的驱动轴的指向，即旋转驱动件210背离其驱动轴的一面为驱动模块21的头部。
42.可以理解的是，也可将旋转驱动件210背离其驱动轴的一面视为驱动模块21的尾部，头尾朝向则为旋转驱动件210的驱动轴指向的反方向。这并不影响本方案，只要两个驱动模块21的头尾朝向相反即可。
43.本实施例中的两个驱动模块21是平行设置，这样机体1在宽度方向上只需要容纳一个驱动模块21，从而可减小机体1的宽度，让非对称式分布麦轮车可以在狭小缝隙中行驶。并且本实施例无需对麦轮结构进行更改，整体结构简单，成本低廉。
44.本实施例采用麦轮3和驱动模块21连接，麦轮3为全向移动轮，即使两个麦轮3不处于同一直线，非对称式分布麦轮车仍然可以正常行驶，并且能够基于麦轮3的运动特性实现竖向、横向、斜向和转弯等运动方式。而如果麦轮3被替换成普通的滚轮，则非对称式分布麦轮车只能竖向移动，是无法实现转弯等移动方式的。
45.麦轮3根据其辊子倾向方向可分为左倾轮31(如图3所示)和右倾轮32(如图4所示)。右倾轮32可以斜向右前或左后方向运动，左倾轮31可以斜向左前或右后方运动。
46.如图1所示，同一个驱动模组2中的两个麦轮3的辊子倾向方向不同。即同一个驱动模组2中的两个麦轮3应分别为左倾轮31和右倾轮32。
47.进一步的，非对称式分布麦轮车包括两个驱动模组2，两个驱动模组2所包括的四个驱动模块21均平行设置。四个麦轮3分设于机体1的相对两侧，位于机体1同一侧的两个麦轮3的辊子倾向方向不同，即位于机体1同一侧的两个麦轮3应分别为左倾轮31和右倾轮32。
48.本实施例通过合理设计右倾轮32和左倾轮31的位置，让非对称式分布麦轮车可以实现横向、斜向和转弯等运动方式。
49.图6为本实施例提供的非对称式分布麦轮车的另一种麦轮布局方式。四个驱动模块21中，靠内侧的两个驱动模块21的头尾朝向相同(如图6所示)或相反(如图5所示)，都能满足同一个驱动模组2中的两个麦轮3的辊子倾向方向不同且位于机体1同一侧的两个麦轮3的辊子倾向方向不同的要求。即靠内侧的两个驱动模块21的头尾朝向相同和相反这两种情况均能达到目的，都应在本专利的保护范围内。
50.请参考图1，驱动模块21包括驱动件支架211和联轴器212。
51.驱动件支架211固定连接机体1，旋转驱动件210固定连接驱动件支架211。
52.旋转驱动件210的驱动轴穿过驱动件支架211，固定连接联轴器212。联轴器212背离旋转驱动件210的一面固定连接麦轮3。
53.请参考图7，驱动件支架211的侧面呈l形，包括固定连接的第一固定片和第二固定片。
54.第一固定片上开设有多个第一固定孔2111，机体1上开设有多个机体安装孔11。驱动模块21包括多个第一固定螺栓和多个第一固定螺母。第一固定孔2111、机体安装孔11、第一固定螺栓和第一固定螺母的数量相同并一一对应。
55.每个第一固定螺栓穿过对应的第一固定孔2111和机体安装孔11，螺纹连接对应的第一固定螺母。
56.第二固定片上开设有用于旋转驱动件210的驱动轴穿过的驱动过孔2113。第二固定片上开设有多个用于固定旋转驱动件210的第二固定孔2112。
57.在本实施例中，旋转驱动件210为电机。
58.综上所述，本实施例提供的非对称式分布麦轮车具有以下优势：
59.1、两个驱动模块21平行设置，使得机体1在宽度方向上只需要容纳一个驱动模块21，从而可减小机体1的宽度，狭长的机体1让非对称式分布麦轮车可以在狭小缝隙中行驶；
60.2、无需对麦轮结构进行更改，成本低廉；
61.3、采用麦轮3和驱动模块21连接，麦轮3为全向移动轮，即使两个麦轮3不处于同一直线，非对称式分布麦轮车仍然可以正常行驶，并且能够基于麦轮3的运动特性实现竖向、横向、斜向和转弯等运动方式。
62.为了证明非对称式分布麦轮车确实可以实现竖向和横向等多种运动方式，本实施例对非对称式分布麦轮车进行了运动学分析，具体如下：
63.首先对非对称式分布麦轮车进行逆运动学分析，在麦克纳姆轮车的运动学分析中，逆运动学分析具体指已知车的运动状态求解驱动四个麦轮转动的电机的转速。
64.为了易于说明，建立如图8所示的坐标系，其中，xoy为局部坐标系。这里，先对图8及之后公式中出现的符号进行说明，各类符号的含义如下表所示：
[0065][0066][0067]
其中，非对称式分布麦轮车的前向即为图8中的箭头x方向，侧向即为箭头y方向。
[0068]
对于任一麦轮而言，其运动状态为v
ix
和v
ir
两者共同决定。另一方面，由于车是刚体，则机体的运动状态和麦轮的运动状态应该一致。而机体的运动状态又由v
x
,vy和ω三者共同决定。
[0069]
则在x方向上，有：
[0070][0071]
在y方向上，有：
[0072][0073]
其中，
[0074]
[0075]
当i＝1,3的时候，l＝l2；当i＝2,4的时候，l＝l1。
[0076]
联立(1)(2)(3)可得：
[0077][0078]
即：
[0079]
只关注ωi这一项，有：
[0080][0081]
那么，对于4个麦轮(i＝1,2,3,4)，有：
[0082][0083]
根据图8所示的麦轮布局，式(7)可变为：
[0084][0085]
接下来对非对称式分布麦轮车进行正运动学分析，与逆运动学分析相反，正运动学分析是指已知驱动四个麦轮转动的电机的转速，求解车的运动状态。
[0086]
令式(8)中的系数矩阵为t，即：
[0087][0088]
则式(8)可以写为：
[0089][0090]
两边同时左乘t
t
，可得：
[0091][0092]
由于rank(t
t
t)＝rank(t)＝3，所以，矩阵t
t
t存在逆矩阵。那么，两边同时左乘(t
t
t)-1
，可得：
[0093][0094]
为了易于表示，令：
[0095][0096]
即：
[0097][0098]
故可得：
[0099][0100]
对图6提供的麦轮布局方式进行运动学分析的流程和以上类似，在此不再赘述。
[0101]
从以上运动分析学可知，本实施例提供的非对称式分布麦轮车，通过控制与麦轮连接的电机的转速，就可以控制非对称式分布麦轮车在竖向和横向方向上的运动速度；获知非对称式分布麦轮车的运动状态，就可以获知与麦轮连接的电机的转速。这就说明该非对称式分布麦轮车确实可以正常地受控移动，实现竖向和横向等多种运动方式。
[0102]
以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案
的精神和范围。

技术特征：

1.一种非对称式分布麦轮车，其特征在于，包括机体，所述机体上设有至少一个驱动模组；每个所述驱动模组包括平行设置的两个驱动模块，每个所述驱动模组所包括的两个所述驱动模块的头尾朝向相反；每个所述驱动模块包括旋转驱动件，所述旋转驱动件固定连接所述机体，所述旋转驱动件的驱动轴连接有麦轮。2.根据权利要求1所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，同一个所述驱动模组中的两个所述麦轮的辊子倾向方向不同。3.根据权利要求2所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，所述非对称式分布麦轮车包括两个所述驱动模组，两个所述驱动模组所包括的四个驱动模块均平行设置；四个所述麦轮分设于所述机体的相对两侧，位于所述机体同一侧的两个所述麦轮的辊子倾向方向不同。4.根据权利要求3所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，四个所述驱动模块中，靠内侧的两个驱动模块的头尾朝向相同或相反。5.根据权利要求1所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，所述驱动模块包括驱动件支架和联轴器；所述驱动件支架固定连接所述机体，所述旋转驱动件固定连接所述驱动件支架；所述旋转驱动件的驱动轴穿过所述驱动件支架，固定连接所述联轴器；所述联轴器背离旋转驱动件的一面固定连接所述麦轮。6.根据权利要求5所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，所述驱动件支架的侧面呈l形，包括固定连接的第一固定片和第二固定片；所述第一固定片上开设有多个第一固定孔，所述机体上开设有多个机体安装孔；所述驱动模块包括多个第一固定螺栓和多个第一固定螺母；所述第一固定孔、机体安装孔、第一固定螺栓和第一固定螺母的数量相同并一一对应；每个所述第一固定螺栓穿过对应的所述第一固定孔和机体安装孔，螺纹连接对应的所述第一固定螺母。7.根据权利要求6所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，所述第二固定片上开设有用于所述旋转驱动件的驱动轴穿过的驱动过孔；所述第二固定片上开设有多个用于固定所述旋转驱动件的第二固定孔。8.根据权利要求1所述的非对称式分布麦轮车，其特征在于，所述旋转驱动件为电机。

技术总结

本实用新型公开了一种非对称式分布麦轮车，包括机体，机体上设有至少一个驱动模组；每个驱动模组包括平行设置的两个驱动模块，每个驱动模组所包括的两个驱动模块的头尾朝向相反；每个驱动模块包括旋转驱动件，旋转驱动件固定连接机体，旋转驱动件的驱动轴连接有麦轮。本实用新型将两个驱动模块平行设置，从而可减小机体的宽度，狭长的机体让非对称式分布麦轮车可以在狭小缝隙中行驶；本实用新型无需对麦轮结构进行更改，成本低廉；本实用新型采用麦轮和驱动模块连接，麦轮为全向移动轮，即使两个麦轮不处于同一直线，非对称式分布麦轮车仍然可以正常行驶，并且能够基于麦轮的运动特性实现横向、斜向和转弯等运动方式。斜向和转弯等运动方式。斜向和转弯等运动方式。