淺析全向多能移動平臺的結構設計

姚江舟

摘要：該項目由四根伸縮桿、伸縮桿升降運動機構和上部固定框架組成，每根伸縮桿下端可固定不同的輪子，伸縮桿自身可做伸縮運動，同時還可以通過伸縮桿升降運動機構來升降，從而達到隨意升降，平臺也不會隨著地面的凹凸不平而導致歪斜，使用范圍比較廣;本文的全向多能移動平臺結構緊湊穩定，模塊化設計，安裝拆卸方便簡單，同時可方便根據需求進行二次開發，加導航、人臉識別、人機交互等多種功能，可與各類智能機器人的配套使用或者作為其他設備的移動平臺。

關鍵詞：移動平臺;模塊化;多功能;二次開發

1 引言

目前市面上很多設備或者產品因沒有合適的移動底盤，導致使用場景大大減少，即使有類似AGV這樣的移動平臺，也因為大部分AGV對工作地面的要求較高，只能在平整的室內環境下使用;生產成本和維護成本高，兼容性也較差，目前還沒有一款“全功能”移動平臺;重量較重，便攜性較差、運輸不方便;針對以上痛點，我設計了一種全向多能移動平臺，這是一款新型結構的移動平臺，集機械設計、電氣控制、機械制造等多門學科為一體，可以作為其他產品的移動平臺來使用，實現多種場景、多種工作模式，該結構采用模塊化設計，可以配合傳感器、電腦等進行控制，來實現自動化的操控;另外全向多能移動平臺也可以做一些高危、高難度的運輸工作，該設計結構簡單，腿部剪刀叉機構自鎖力比較大，負載的重量較重，本文主要說明結構的設計和一些主要的使用場景。

2 全向多能移動平臺的結構設計和電控控制

2.1 總體結構設計

全向多能移動平臺包括上端框架和4個伸縮桿的主體結構，其中前后共四個伸縮桿，前面兩個伸縮桿根部裝有全向輪，方便轉彎，后面兩個伸縮桿裝有兩個動力的輪轂電機，以驅動整個移動平臺行駛，同時也可換方向行駛，動力輪在前全向輪在后，越障能力加強。

上端框架包含有四周的固定鈑金和內部的升降驅動機構組件，框架左右兩側的固定板鈑金分別設有沿前后方向延伸的滑槽;升降驅動機構用于驅動伸縮桿的頂端沿滑槽前后方向移動、達到全向移動平臺整體升降;升降驅動結構組件包括驅動電機、傳動裝置聯軸器和升降絲桿，升降絲桿上的螺母與伸縮桿尾端的轉軸連接，當電機轉動帶動絲桿上的螺母沿著滑槽前后移動時，也帶動伸縮桿的尾端端在所述滑槽內移動，從而帶動整個全向移動平臺的升高或降低。

伸縮桿包括有旋轉支撐桿、伸縮桿自身伸縮驅動機構組件、前后伸縮內外管和底部的驅動輪組;伸縮驅動機構用于驅動伸縮桿伸長或縮短，以使伸縮桿升高或降低，伸縮桿自身伸縮驅動機構組件里有驅動電機、傳動裝置同步帶輪、同步帶和滾珠絲桿，滾珠絲桿上的螺母與伸縮桿內管連接，以驅動伸縮內管伸長或縮短，伸縮內管內置在伸縮外管的里面，伸縮內管的前端固定有驅動輪組，后驅動輪組有輪轂電機、固定板以及減震彈簧，固定板上裝有減震彈簧，輪轂電機又固定在固定板上。

前面提到的后伸縮桿裝有輪轂電機，但是前伸縮桿底部裝有全向輪輪組，在狹小的空間內可以自由的做轉彎動作，更為靈活;或者也可以根據實際情況來轉換行駛方向，前面行駛的為有動力的輪轂電機，后面為全向輪，這樣在越障礙時的能力有大幅度提高。

2.2 針對市場相似產品的改進和后期的擴展

本全向多能移動平臺不僅可以在平面內自由運動，還具有爬臺階等越障能力，該多功能移動平臺的升降驅動機構組件可以驅動伸縮桿伸長或縮短，當伸縮桿縮短時，伸縮桿帶動驅動輪組件抬高，能夠實現類似‘抬腿的動作;另外一組升降驅動機構組件可以驅動伸縮桿相對旋轉支撐桿交叉轉動，當伸縮桿與旋轉支撐桿的夾角α變大時，也可以做類似‘抬腿的動作;因此本全向多能移動平臺可以爬升臺階、穿越不平整路面，越障能力顯著提高，使用場景更為廣泛。為了實現這些功能，設計的主要機構和控制部分包括：

（1）模塊化，目前市面上其他類型的移動平臺車比較笨重，一般的家庭用小轎車進行運輸比較困難，在整體結構的布局中，本人采用了五個大模塊，13個小模塊化拼裝的結構;每根伸縮桿均可獨立拆卸，伸縮桿前端的輪子也可快速拆卸，快速更換想要的各種形式的輪子;外出運輸可以把各個模塊拆分裝到私家車上運輸，然后再把模塊裝配成一個整體，以供其他設備做移動平臺使用，在全向多能移動平臺外出攜帶時，只要簡單的拆分為五個大部分，或者再運載工具空間有限的情況下，還可以進一步細化拆分為13個小模塊;在拆卸為五個模塊后，每個部分的重量都很輕，成年人都能輕松的拿起來，可以輕松的放在汽車后備箱里，讓用戶的體驗更好，同時也給公司的快速部署、批量生產全向多能移動平臺帶來了便利，優化產品全生命周期內的成本、研發、生產、物流、銷售和服務等環節控制產品總成本，取得產品價格優勢。

（2）擴展性好，在移動平臺初期設計階段就已經考慮到后期改造或者擴展的問題，本人在框架的上方設計預留一整塊固定板，全向多能移動平臺框架上端的鈑金采用多孔且多規格固定，讓不同的設備能與其便捷連接;同時后期可以加裝有快速插拔接頭、快速夾等，方便與其他設備固定連接，進一步提高產品的使用便利性，以方便固定需要使用的設備，同時車體的框架外圍也做了預留加工安裝孔，方便后期加配使用的各種傳感器，給改造帶來了便利，能在最短的時間內改造出想要的設備，后期可以加導航、激光雷達等傳感器，使移動平臺做到真正的全向自動移動平臺，在功能上實現多個級別的跨越，使用的范圍和用途更廣。

（3）負載率好，可做的動作多，移動平臺的腿部為4根伸縮桿交叉分布的結構，這樣設計能使各個單獨的伸縮桿截面積更小、自重更輕，同時4根交叉結構的承重負載更重，不僅可以負載自身幾倍重量，還可以通過伸縮桿自身的伸縮來實現整個移動平臺的各種動作和高度的變化，當伸縮桿縮短時，伸縮桿帶動驅動輪組件抬高，能夠實現類似‘抬腿的動作;另外一組升降驅動機構組件可以驅動伸縮桿相對旋轉支撐桿交叉轉動，當伸縮桿與旋轉支撐桿的夾角α變大時，伸縮桿帶動驅動輪組件抬高，能夠實現類似‘抬腿的動作，可操作的動作更柔性。

（4）可隨意更換行駛方向，根據行駛的實際需要來轉換方向，當需要快速移動時，可以把有動力的輪轂電機放在前面，全向輪放在后面，在越障的時候通過性更好;當需要在非常狹小的空間內做轉彎等動作時，可以全向輪在前，動力輪轂電機在后，這樣設計具有滑跑穩定性，重心在前后輪之間，當車受到橫向擾動，比如向左偏離后，前輪是萬向輪，是滾動摩擦力，可以忽略，后輪是滑動摩擦力，合力與前進方向相反，對重心取矩，有一個向右偏轉的恢復力矩，所以具有滑跑穩定性，同時由于全向輪在前，使轉彎半徑大為減少，在類似電梯、窄巷的使用環境里也能輕松自如地做轉彎操作;同時動力輪和全向輪的尺寸選用8寸甚至更大的尺寸，增強全向多能移動平臺的越障能力，動力輪轂電機放在后面這樣行駛，在突然剎車時的安全性能也能達到最優，不會因為急剎而翻車;移動平臺車行駛動作和方向較好變化。

（5）減重設計，大量使用碳纖維和7075鋁合金的材質，在大大減輕重量的情況下，還能保持高強度的剛性，同時在還設計有減重孔、3D打印等輕型材料代替金屬結構設計，既能滿足強度又能照顧到移動平臺的整體重量，總重量比市面上現有的移動平臺車要減輕近一倍，大大提高了移動平臺車的輕便性。

3 總結

綜上所述，全向多能移動平臺是一個新型的運輸設備，也可以根據使用者的需求，來定制所需的產品，該全向多能移動平臺的設計讓物料和產品的搬送、裝配牽引、人員的移動方便快捷，同時達到多功能性、一物多用，有效減少了成本，增加了產品的利用率。

隨著經濟發展、物流效率以及勞動成本的迫切需要，還需要更豐富不同大小的型號設計，因此本人還需要對產品的設計結構做進一步的細化工作，使全向移動平臺的大小型號更加合理，讓消費者有更多的型號供選擇，同時還可以將其他巧妙的機械結構放到全向移動平臺上，以便增加移動平臺車更多的輔助功能，讓使用者使用起來更方便簡單，并且在安全為第一位的前提下減少生產成本，提高生產效率，希望能在未來的移動平臺車領域做出自己的一點貢獻。

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（作者單位：上海尊頤智能科技有限公司）