[0001] 本实用新型涉及平衡车技术领域，具体涉及一种麦克纳姆轮平衡车。

[0002] 近年来自平衡车日益受到市场关注。自平衡车相比传统移动工具，拥有结构轻便、清洁环保、全向移动和效率高等优点。

[0003] 目前自平衡车产品主要存在的应用受限以及运动方式单一等问题。具体体现在：现有的自平衡车产品虽然能够实现负载以及搬运功能，但是，现有的自平衡车产品的轮毂只能绕轴转动，无法实现的全向移动功能，对于通过狭窄空间，那难度较大，不能够很好的适用于快递物流行业的搬运和分拣。

[0004] 因此为了适应快递物流行业的搬运和分拣，需要设计一款具备全向移动功能，且平稳性好的自平衡车产品。实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种麦克纳姆轮平衡车，采用以麦克纳姆轮为驱动轮毂，实现全向移动功能，同时底盘机架与摆臂轮组之间采用非固定连接方式，实现摆臂轮组减震功能，提高了麦克纳姆轮平衡车的平稳性。

[0006] 本实用新型通过下述技术方案实现：

[0007] 一种麦克纳姆轮平衡车，包括底盘机架、摆臂轮组和车架横板；

[0008] 所述摆臂轮组设置有两个，两个摆臂轮组呈镜像对称设置在底盘机架的两侧；所述摆臂轮组的驱动轮毂采用呈镜像对称设置右旋麦克纳姆轮和左旋麦克纳姆轮，所述右旋麦克纳姆轮和左旋麦克纳姆轮共用一个轴；

[0009] 所述车架横板用于连接底盘机架和摆臂轮组，所述车架横板中部与底盘机架连接，所述车架横板的两端分别与两个摆臂轮组活动连接。

[0010] 麦克纳姆轮的幅轮毂的轴线和麦克纳姆轮主轴线呈45°倾角，分为左旋和右旋两种，同时幅轮毂可以绕自身轴线进行自转，也可以绕麦克纳姆轮主轴线进行周转运动。麦克纳姆轮为三自由度结构：幅轮毂的自转运动，麦克纳姆轮绕主轴的自转运动，幅轮毂的轴向平动。当电机驱动其中的一个麦轮进行转动时，由于麦轮上的幅轮毂可以自由转动，以使其获得法向的力，从而获得被动的移动能力。

[0011] 本实用新型所述活动连接是指车架横板与摆臂轮为非固定连接，二者可以反生相对位移。

[0012] 本实用新型所述车架横板的两端分别与两个摆臂轮组活动连接，使得整个底盘机架与摆臂轮组之间为活动连接，使底盘机架与摆臂轮组之间能够发生相对位移，当麦克纳姆轮平衡车行走在具有坡度的地面时，即当其中一个摆臂轮组位于较高位置时，也能实现其余一个摆臂轮组和底盘机架位于较低的平面，实现了摆臂轮组减震功能，提高了麦克纳姆轮平衡车的平稳性。

[0013] 本实用新型所述摆臂轮组的驱动轮毂采用呈镜像对称设置右旋麦克纳姆轮和左旋麦克纳姆轮，能够实现全向移动功能，同时底盘机架与摆臂轮组之间采用非固定连接方式，实现摆臂轮组减震功能，提高了麦克纳姆轮平衡车的平稳性。

[0014] 进一步地，摆臂轮组包括安装壳体、右旋麦克纳姆轮、左旋麦克纳姆轮、电机、传动机构和光轴；

[0015] 所述光轴的两端安装在安装壳体上；

[0016] 所述右旋麦克纳姆轮、左旋麦克纳姆轮通过滚动轴承安装在光轴上；

[0017] 所述电机安装在安装壳体上，所述右旋麦克纳姆轮、左旋麦克纳姆轮各对应一个电机，所述电机的动力输出轴通过传动机构与右旋麦克纳姆轮或左旋麦克纳姆轮传动连接。

[0018] 进一步地，传动机构采用同步带轮传动结构。

[0019] 进一步地，传动机构包括两组同步带轮传动结构，每组同步带轮传动结构均包括两个同步轮和一个同步带，两个同步轮之间通过同步带连接，其中一个同步轮安装在光轴上，另一个同步轮与电机的动力输出轴连接。

[0020] 进一步地，传动机构设置在右旋麦克纳姆轮和左旋麦克纳姆轮之间。

[0021] 进一步地，安装壳体包括轮组安装横板、第一轮组安装竖板和第二轮组安装竖板；

[0022] 所述第一轮组安装竖板设置有两个，两个第一轮组安装竖板对称设置在轮组安装横板的下端面，且设置在底盘机架的长度方向；同一个摆臂轮组中，光轴的两端分别与两个第一轮组安装竖板连接；

[0023] 所述第二轮组安装竖板设置有两个，两个第二轮组安装竖板对称设置在轮组安装横板的下端面，且设置在底盘机架的宽度方向，所述车架横板对称设置有两个，每个车架横板的两端均分别与两个摆臂轮组中的一个第二轮组安装竖板活动连接。

[0024] 进一步地，电机安装在轮组安装横板的上端面，所述轮组安装横板的上端面还设置有与电机相配合的调速器。

[0025] 进一步地，第一轮组安装竖板和第二轮组安装竖板的下端均为倒三角形结构，所述倒三角形结构的下端采用圆弧过渡，所述车架横板与第二轮组安装竖板连接的一端为三角形结构，所述三角形结构与第二轮组安装竖板连接的角处采用圆弧过渡。

[0026] 进一步地，车架横板和摆臂轮组之间通过平衡摇臂机构活动连接；所述平衡摇臂机构包括螺栓、螺母、挡边轴承和推力球轴承；

[0027] 所述螺栓穿过车架横板和安装壳体设置，螺栓通过螺母紧固，所述螺栓上在车架横板和安装壳体之间设置有挡边轴承，所述安装壳体内侧设置有推力球轴承。

[0028] 进一步地，还包括保护壳，所述保护壳设置在安装壳体外侧。

[0029] 本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

[0030] 本实用新型的麦克纳姆轮平衡车，采用以麦克纳姆轮为驱动轮毂，实现全向移动功能，同时底盘机架与摆臂轮组之间采用非固定连接方式，实现摆臂轮组减震功能，提高了麦克纳姆轮平衡车的平稳性，即本实用新型所述麦克纳姆轮平衡车能够实现自平衡系统所需要求，并能够完成轻载的负载，实现快速的搬运，并且还具备传统平衡车无法实现的全向移动功能，尤其是平移功能，有助于通过狭窄空间，特别适合快递物流行业的搬运和分拣。

[0037] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

[0038] 实施例1：

[0039] 如图1‑图3所示，一种麦克纳姆轮平衡车，包括底盘机架1、摆臂轮组2和车架横板3；

[0040] 其中，底盘机架1的主要目的是实现麦克纳姆轮平衡车的负载功能以及安装摆臂轮组2，即麦克纳姆轮平衡车所需的控制电路和电池部分均安装在底盘机架1上，自动控制部分不是实施例保护的技术，再次就不赘述。

[0041] 在一个具体结构中，底盘机架1自下而上设置有3层，分别为第一层、第二层和第三层，其中，第一层主要实现电池安装功能，第二层为整个控制系统电路部分安装布线区，第三层为麦克纳姆轮平衡车的顶板部分，主要实现机体的负载功能以及对内部电路部分进行保护。

[0042] 所述摆臂轮组2设置有两个，两个摆臂轮组2呈镜像对称设置在底盘机架1的两侧；所述摆臂轮组2的驱动轮毂采用呈镜像对称设置右旋麦克纳姆轮21和左旋麦克纳姆轮22，所述右旋麦克纳姆轮21和左旋麦克纳姆轮22共用一个轴。

[0043] 可以理解为：底盘机架1长度方向的两侧分别设置有左侧摆臂轮组、右侧摆臂轮组两个轮组机构，两个轮组呈镜像对称设计。同时每个轮组的整体结构也呈镜像对称设计。

[0044] 具体地，所述摆臂轮组2包括安装壳体、右旋麦克纳姆轮21、左旋麦克纳姆轮22、电机24、传动机构和光轴29；所述光轴29的两端安装在安装壳体上；所述右旋麦克纳姆轮21、左旋麦克纳姆轮22安装在光轴29上；所述电机24安装在安装壳体上，

[0045] 所述右旋麦克纳姆轮21、左旋麦克纳姆轮22通过滚动轴承安装在光轴29上；

[0046] 所述电机24安装在安装壳体上，所述右旋麦克纳姆轮21、左旋麦克纳姆轮22各对应一个电机24，所述电机24的动力输出轴通过传动机构与右旋麦克纳姆轮21或左旋麦克纳姆轮22传动连接。

[0047] 电机24通过传动机构将力传递给光轴29，使光轴29转动，进而带动右旋麦克纳姆轮21、左旋麦克纳姆轮22转动，实现平衡车的移动。

[0048] 电机24作为整个麦克纳姆轮平衡车的驱动部件，电机24具体可以采用直流无刷减速电机，作为优选的，直流无刷减速电机还配设有无刷电机调速器。

[0049] 所述传动机构具体可以采用同步带轮传动结构，在本实施例中，所述传动机构包括两组同步带轮传动结构，每组同步带轮传动结构均包括两个同步轮23和一个同步带25，两个同步轮23之间通过同步带25连接，其中一个同步轮23安装在光轴29上，另一个同步轮23与电机24的动力输出轴连接。两组同步带轮传动结构设置在右旋麦克纳姆轮21和左旋麦克纳姆轮22之间，光轴29主要是起支撑作用，电机24通过同步带25将扭矩输送到带轮法兰进而使麦伦转动。

[0050] 在一个具体案例中，所述安装壳体包括轮组安装横板26、第一轮组安装竖板27和第二轮组安装竖板28；

[0051] 所述电机24安装在轮组安装横板26的上端面，所述轮组安装横板26的上端面还设置有与电机24相配合的调速器。

[0052] 所述第一轮组安装竖板27设置有两个，两个第一轮组安装竖板27对称设置在轮组安装横板26的下端面，且设置在底盘机架1的长度方向；同一个摆臂轮组2中，光轴29的两端分别与两个第一轮组安装竖板27连接。

[0053] 所述第二轮组安装竖板28设置有两个，两个第二轮组安装竖板28对称设置在轮组安装横板26的下端面，且设置在底盘机架1的宽度方向，所述车架横板3对称设置有两个，每个车架横板3的两端均分别与两个摆臂轮组2中的一个第二轮组安装竖板28活动连接。

[0054] 所述车架横板3用于连接底盘机架1和摆臂轮组2，所述车架横板3中部与底盘机架1连接，所述车架横板3的两端分别与两个摆臂轮组2活动连接。

[0055] 在一个具体案例中，两个摆臂轮组2对称设置在底盘机架1长度方向的两侧，车架横板3设置有两个，两个车架横板3对称设置在底盘机架1宽度方向的两侧，且车架横板3长度方向的两端分别延伸至两个与之在同一侧的第二轮组安装竖板28的外侧。

[0056] 具体地，所述车架横板3和摆臂轮组2之间通过平衡摇臂机构5活动连接；所述平衡摇臂机构5包括螺栓51、螺母52、挡边轴承53和推力球轴承54；

[0057] 所述螺栓51横向穿过车架横板3和安装壳体设置，具体地，螺栓51依次横向穿过车架横板3和第二轮组安装竖板28，并且螺栓51通过螺母52紧固，具体是，在车架横板3和第二轮组安装竖板28上分别设置有第一通孔和第二通孔，在第一通孔和第二通孔内分别安装有挡边轴承53和推力球轴承54，所述螺栓51是穿设在挡边轴承53和推力球轴承54内。

[0058] 即本实施例的平衡摇臂机构5位于底盘机架1和摆臂轮组2的连接处，两侧摆臂轮组2与底盘机架1连接通过轴承配合与螺栓51，螺栓51作为摆臂轴实现悬臂减震功能，两侧摆臂轮组2可绕螺栓51实现周转功能，如图3所示。

[0059] 虽然麦克纳姆轮四周有阵列分布的幅轮毂，且副轮毂与主轮毂中心轴成±45°偏置角，在麦克纳姆轮在设计建模过程轮廓为一个完整圆，但在制造过程中以及运动过程中，麦轮与地面接触时无法保证绝对垂直，这将会导致麦轮不可避免地产生周期性震动现象。这种周期性震动对于IMU传感器的数据反馈，以及共振对机体的使用寿命均存在一定影响。
因此本实施例所设计的平衡摇臂机构5，在一定程度上使每个麦克纳姆轮能够同时着地，有效的保证了麦克纳姆轮平衡车运行时的平稳性。

[0060] 例如：麦克纳姆轮平衡车单侧越障50mm高台阶时，即其中一个摆臂轮组2置于50mm高台阶上，一侧摆臂轮组2绕摆臂轴转动，越障一侧摆臂抬起，另一侧摆臂轮组2因机体重力左右反向转动，在平衡摇臂机构5的矫正下，底盘机架1重心位置略微抬升，车体稳定性略微变化。该种平衡摇臂机构5的设计，能在一定程度上实现底盘机架1因对不同环境的自适应功能，有效保证麦克纳姆轮平衡车每个轮子与地面接触，有效减小机体重心位置在单侧越障过程中的急剧变化，大幅度破坏麦克纳姆轮平衡车整体机构的稳定性。

[0061] 并且，本实施例所述麦克纳姆轮平衡车的结构主体采用双麦轮成组，同一摆臂轮组2中双麦轮共轴，实现各麦轮主轴平行的设计需求。还能在在满足机器人系统自平衡的前提下，结构更紧凑。

[0062] 本实施例的长度方向具体是指两个摆臂轮组2连线防线，宽度方向垂直于长度方向。

[0063] 在一个优选案例中，所述第一轮组安装竖板27和第二轮组安装竖板28的下端均为倒三角形结构，所述倒三角形结构的下端采用圆弧过渡，所述车架横板3与第二轮组安装竖板28连接的一端为三角形结构，所述三角形结构与第二轮组安装竖板28连接的角处采用圆弧过渡，第二轮组安装竖板28和车架横板3设置有相对应且用于穿过螺栓51的通孔。

[0064] 在一个优选案例中，还包括保护壳4，所述保护壳4设置在安装壳体外侧。保护壳4与安装壳体之间通过横杆连接。

[0065] 以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

[0066] 需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。