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1、(10)申请公布号 CN 103640496 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103640496 A (21)申请号 201310272565.0 (22)申请日 2013.07.01 B60L 15/32(2006.01) B60L 11/18(2006.01) (71)申请人 常熟理工学院 地址 215500 江苏省苏州市常熟市南三环路 99 号 (72)发明人 朱建江 杨浩东 华强 赵秀兰 (74)专利代理机构 南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人 柏尚春 (54) 发明名称 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台 (57) 摘要 本发明。
2、公开了 8Mecanum 轮重载协同驱动全 向移动平台， 包括 ： 手动操作杆及控制链路， 所述 控制链路与主控制单元连接， 所述主控制单元内 部设有微处理器。所述手动操作杆与综合控制器 连接， 所述综合控制器与动力电池组连接。 所述动 力电池组通过动力电缆与 8 组 Mecanum 轮移动装 置连接， 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动 平台本体四周设有传感器， 所述传感器采用超声 波传感器。 本发明本体四周设有传感器， 遇到意外 时能进行紧急制动， 安全性能得到大大提升， 并且 本发明的动力电池组采用低压铅酸电池动力电池 组， 价格便宜， 成本低， 并且采用低压策略， 需要的 。
3、单体电池少， 能够有效降低整个系统的体积与重 量。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103640496 A CN 103640496 A 1/1 页 2 1.8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台， 包括手动操作杆 （9） 及控制链路 （11） ， 所 述手动操作杆 （9） 与综合控制器 （1） 连接， 所述综合控制器 （1） 与动力电池组 （2） 连接， 所 述控制链路 （11） 与主控制单元连接， 所述主控制单元内部设有。
4、微处理器， 其特征在于 ： 所 述微处理器采用 TMS320F28027 芯片， 所述动力电池组 （2） 通过动力电缆与 8 组 Mecanum 轮 移动装置连接， 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台本体四周设有传感器 （7） ， 所 述传感器 （7） 采用超声波传感器。 2. 根据权利要求 1 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台， 其特征在于 ： 所述 Mecanum 轮移动装置由电机控制器 （3） 、 驱动电机 （4） 、 减速机 （5） 及 Mecanum 轮 （6） 组成， 所 述驱动电机 （4） 上设有编码器， 所述编码器通过信号连接线 （8） 与电机。
5、控制器 （3） 连接。 3. 根据权利要求 1 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台， 其特征在于 ： 所述控 制链路 （11） 通过 RS485 总线与综合控制器 （1） 上 RS485 接口 （10） 连接， 传输实现。 4. 根据权利要求 1 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台， 其特征在于 ： 所述动 力电池组 （2） 采用低压铅酸电池动力电池组。 权 利 要 求 书 CN 103640496 A 2 1/3 页 3 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台 技术领域 0001 本发明涉及全向移动平台领域， 尤其是涉及 8Mecanum 轮重载协同驱动。
6、全向移动 平台。 背景技术 0002 全向运动是指运动系统具有平面内三个自由度， 可同时独立的在前后、 左右和原 地旋转三个方向上运动， 即在不改变自身位姿的情况下向任意方向进行移动的运动特性。 全向运动结构克服了普通轮式移动机构有转弯半径、 无法横向移动和原地旋转的局限。 Mecanum（麦克纳姆） 全向轮系及其驱动控制系统可以实现平面内横向、 纵向、 斜向任意方向 移动和零转弯半径旋转。全向移动平台可以方便地穿梭于狭窄拥挤且障碍较多的空间中， 灵活方便的完成多种任务， 在诸多应用场合中具有明显优势。 目前， 国内全向移动装置主要 应用在承载几公斤到几十公斤的轻载小型机器人方面， 如全向底盘。
7、足球机器人、 全向车底 检查机器人等。可工业化应用的重载型全向移动平台很少， 目前公开报导的只有装甲兵工 程学院与美科斯叉车联合研制的全向移动叉车， 该种叉车最大承载为 2 吨， 更大吨位的产 品未见报导。 0003 目前用于工业领域的较大载荷的全向移动平台， 主要是 4 全向轮移动平台。由于 重载 Mecanum 轮式全向移动平台需要的驱动扭矩大， 在采用蓄电池直流供电模式下， 采用 4 台电机驱动 4 个 Mecanum 轮难以满足重载要求， 采用多个 Mecanum 轮协同驱动技术是合理 的选择。因此， 本申请设计采用 8 只 Mecanum 全向轮协同驱动， 理论上可承载的最大载荷将 。
8、达到 10 吨以上， 本发明将为大型工件的工序间转运和装配对接带来方便。 发明内容 0004 发明目的 ： 针对现有技术的不足， 申请人经过长期的实践探索， 设计了 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台。 0005 技术方案 ： 为了实现上述发明目的， 本发明所采用的技术方案为 ： 8Mecanum 轮重 载协同驱动全向移动平台， 包括 ： 手动操作杆及控制链路， 所述控制链路与主控制单元连 接， 所述主控制单元内部设有微处理器。 所述手动操作杆与综合控制器连接， 所述综合控制 器与动力电池组连接。所述微处理器采用 TMS320F28027 芯片， 所述动力电池组通过动力电 缆与 8 。
9、组 Mecanum 轮移动装置连接， 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台本体四周 设有传感器， 所述传感器采用超声波传感器。 0006 所述 Mecanum 轮移动装置由电机控制器、 驱动电机、 减速机及 Mecanum 轮组成， 所 述驱动电机上设有编码器， 所述编码器通过信号连接线与电机控制器连接。 0007 进一步地， 所述驱动电机和电机控制器采用低压交流电机和交流驱动器， 该种方 案可以选用低压交流伺服电机或异步电机， 以及配套的交流驱动器， 该种驱动器采用脉冲 或总线控制， 易于与综合控制器的单元接口连接， 并且转速控制精度高， 能够实现较为精确 的运动控制。本发明中。
10、 8 台驱动电机和电机控制器之间可以采用脉冲控制或 CAN 通讯接口 说 明 书 CN 103640496 A 3 2/3 页 4 控制。 0008 本装置采用动力电池组为整个系统提供电能， 所述动力电池组分别用动力电缆与 8 台电机控制器相连， 为驱动电机提供电能。主控制单元根据手动操作杆给定的前后、 左右 以及旋转速度命令， 通过内部处理器综合运算， 得到 8 台电机对应的转速， 通过控制链路输 入给 8 台电机控制器。 0009 具体表述为， 综合控制器从手动操作杆单元获取左右 （vx 方向） 、 前后 （vy 方向） 以 及旋转 （ 方向） 三个方向的速度命令， 该速度命令为模拟信号，。
11、 通过综合控制器的单片机 进行数模转换， 将得到的数字信号利用 RS485 接口传输至主控制单元， 主控制单元里的微 处理器按照下列运动学方程进行运算， 得到 8 台 Mecanum 轮的实际运动速度 (1-8)。 0010 0011 电机控制器得到速度信号后， 根据减速机构的速比， 换算成驱动电机的实际转速， 然后通过差分脉冲信号控制相应的 8 台驱动电机， 以实现 8 台驱动电机的协同控制。 0012 进一步地， 所述控制链路可以通过 CAN 总线、 RS485 总线或差分脉冲信号传输实 现， 本申请的控制链路通过 RS485 总线传输实现。 0013 进一步地， 所述动力电池组采用低压铅。
12、酸电池动力电池组。 0014 有益效果 ： 本发明与现有技术相比， 其有益效果如下 ： 0015 1、 本发明中的微处理器采用 TI 公司的 TMS320F28027 实现， 所以该控制器运算速 度快， 接口丰富， 包括 AD 采样、 CAN 通讯接口、 脉冲信号产生等模块， 综合利用率较高 ； 0016 2、 本发明本体四周设有传感器， 该传感器采用超声波传感器， 当检测到车体与周 围物体在一定距离范围内时， 输出紧急停车信号给主控单元， 主控单元得到紧急停车信号 后， 进行紧急制动， 防止相撞事故， 安全性能得到大大提升 ； 0017 3、 本发明的动力电池组采用低压铅酸电池动力电池组， 。
13、可以为 48V、 60V 或 72V， 该 种电池组价格便宜， 成本低， 并且采用低压策略， 需要的单体电池少， 能够有效降低整个系 统的体积与重量。 附图说明 0018 图 1 为本发明的系统结构总图。 0019 图 2 为主控制单元的电路图。 0020 图 3 为手动操作杆的接口电路。 具体实施方式 0021 下面通过一个最佳实施例， 对本技术方案进行详细说明， 但是本发明的保护范围 说 明 书 CN 103640496 A 4 3/3 页 5 不局限于所述实施例。 0022 如图 1 所示， 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台， 包括手动操作杆 9 及控制 链路 11， 所述手。
14、动操作杆 9 与综合控制器 1 连接， 所述综合控制器 1 与动力电池组 2 连接， 所述控制链路 11 与主控制单元连接， 所述主控制单元内部设有微处理器， 所述微处理器采 用 TMS320F28027 芯片， 所述动力电池组 2 通过动力电缆与 8 组 Mecanum 轮移动装置连接， 所述 8Mecanum 轮重载协同驱动全向移动平台本体四周设有传感器 7， 所述传感器 7 采用超 声波传感器。所述动力电池组 2 采用低压铅酸电池动力电池组。 0023 所述 Mecanum 轮移动装置由电机控制器 3、 驱动电机 4、 减速机 5 及 Mecanum 轮 6 组成， 所述驱动电机 4 上。
15、设有编码器， 所述编码器通过信号连接线 8 与电机控制器 3 连接。 所述控制链路 11 通过 RS485 总线与综合控制器 1 上 RS485 接口 10 连接， 传输实现。 0024 如图 2 所示， 主控制单元中的微处理器采用 TI 公司的 TMS320F28027 实现， 该控制 器运算速度快， 接口丰富， 包括 AD 采样、 CAN 通讯接口、 脉冲信号产生等模块， 非常适合于本 系统应用。图 2 中， DIR_M1 M8 表示电机的旋转速度方向， PWM_M1 M8 表示输出的脉冲， 脉冲的频率与电机的实际转速对应， 这 8 路信号分别控制 8 台电机的速度。 0025 如图3所示。
16、， 手动操作杆与主控制单元采用RS485总线通讯， 手动操作杆输出的信 号为模拟信号， 需要通过综合控制器的单片机进行 AD 转换， 量化为数字量， 然后通过单片 机的 RS485 接口， 把数据发到主控制单元中。操作杆采样的详细电路如图 3 所示， 所述单片 机采用 ATmega48 芯片。 0026 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出 ： 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103640496 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103640496 A 6 2/3 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103640496 A 7 3/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 103640496 A 8 。