青岛黄海学院，纪光洋、杜羽龙、马铭、王大志、程瑞伟、薛蕊 266427
摘要：设计了一个控制简单并且可以实现这种360度全方向平行移动运输设备。装置主要包括转向部分传动组，行进部分传动组，电机，控制部分，壳体。在确定万向移动运输装置整体设计方案的基础上，进行万向移动运输装置主要组成部分的设计计算，确定各部分零件的尺寸，并运用SolidWorks三维绘图工具进行三维模型设计，完成万向移动运输装置的整体装配设计。运用3D打印技术，对部分零件进行生产加工。
关键词：万向移动运输装置；结构设计；三维建模
1研究内容
新型万向移动运输装置可以实现全方位的平行移动，运动非常灵活，转向比较柔和，车体本身不发生转动，可沿任意连续轨迹平行移动到要求的位置。作为一个完整设备的基础，可以应用于物流仓储，影视拍摄，消防水炮等场合。其独特的运动方式，适用于很多特殊需求的场合，对于需要矩阵移动的仓储物流方面更是方便，放眼国内外仓储物流等方面移动机器人的研究，前景可谓十分可观[1]。设计新型万向移动运输装置的样机模型，系统设计如图1所示。
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2硬件系统设计
STM32F103内核为ARM 32位Cortex-M3，最高工作频率为72MHz，在0等待期间访问存储器时，它可以达到1.25DMips / MHZ。它具有单周期乘法和硬件除法，并具有128K字节的闪存程序存储器。容量，高达64K字节的SRAM，强大的计算能力[2]。
2.1驱动电路
随着电力电子技术的发展而生产的新型电动机。它具有寿命长，转矩惯性低，无需电刷换向，结构简单，易于控制，调速性能好等特点。因此，它被广泛用于国防，机器人技术，采矿和化学工业。电机驱动电路是三相逆变桥，并且选择了集成驱动芯片IR2101，结构简单，稳定可靠，速度快，精度高。 MOS管使用耐压为75V，最大电流为110A的N沟道MOS管IRF3205[3]。
2.2电源电路
利用稳压芯片LM2596使输入的7.4v变为5v对除了A/D转换器的所有元器件供电，再利用稳压芯片AMS2使电压变为3.3v为A/D转换器供电。这两个稳压芯片具有自我保护电路的作用。
2.3拨码开关电路
拨码开关（也叫DIP开关，拨动开关，超频开关，地址开关，拨拉开关，数码开关，指拨开关）是一款用来操作控制的地址开关，采用的是0/1的二进制编码原理。通过控制拨码开关每个键的开关，可以让控制系统执行不同的程序，使该装置有序的完成所有要求。
3.软件系统设计
设计的新型万向移动运输装置的壳体齿轮组是该设备的核心部分，其主要功能就是把转向动力与行进动力整合在同一个中轴心，从而实现万向平行移动的功能，其工作原理为：类似于共轴双旋翼直升机套筒齿轮组结构，将两个电机的输出动力整合到一个轴上。
3.1行进、转向齿轮组
根据其壳体尺寸，为保证完成功能要求，由减速电机输出轴开始，电机输出轴齿轮模数为1，齿数为48（）与模数为1，齿数为49（）齿轮配合组成第一级减速，49齿齿轮输出轴齿轮模数为3，齿数为30（），通过5*112.5mm光轴相连，该轴为中轴，两个齿轮均用紧定螺丝固定；4个模数为3，齿数为50（）的齿轮，正方形排布，与30齿齿轮共同啮合，组成第二级减速；4个50齿齿轮分别与4个轮组箱体同步转动，由外径12mm，内径6mm，长度45mm的孔轴相连，组成套筒边轴；四组轮组相互平行，这样电机转动可以带动四组轮组同时转动，实现移动平台不改变车身指向，360度各个方向的转向。
3.2电机装配
两部分的电机支架通过M3*12的双通螺柱和M3螺丝固定，再由M3*10螺栓固定到壳体顶板上。为使电机固定的更加牢固，转向部分电机再由M4*6单通螺柱和M4螺丝固定；行进部分电机后半部分不使用M4螺丝直接固定，改由M4*22单通螺柱固定，再由M4螺丝固定到壳体顶板上。
3.3整体尺寸设计
根据轮胎，差速器总成等进行设计，其结构主要作用：链接固定由转向齿轮组末端输出端、连通由行进齿轮组末端输出端、固定差速器位置。其中5*100mm光轴通过联轴器与小伞齿轮连接，连接点分别由两个螺丝孔径为M3的紧定螺丝链接。外径12mm，孔径6mm转向部分输出轴尾端为边长12mm长度为18mm的长方体结构，两侧分别用两个M3*10的螺丝与轮组箱体固定。联轴器与转向部分输出轴之间部件，是外径12mm，孔径5mm金属柱体，仅用于润滑和稳定5*100mm光轴，其螺丝可不加装。轮组箱体结构基本对称，每组箱体采用6个M3*25平头螺栓固定，箱体内部结构紧凑，各部件采用润滑脂润滑。
3.4外壳尺寸设计
三层隔板的钣金安装与固定均采用20mm铜柱固定，但选型有所差别，其安装顺序为：第一层底部采用M3*10螺丝将20mm单通铜柱固定到第一层钣金上，第二层采用20mm双通铜柱将第二层钣金固定到第一层20mm单通铜柱上，第三层采用M3*10螺丝将第三层钣金固定到20mm双通铜柱上（安装第三层钣金需先将电机与电机支架安装完毕）。
3.5装配
零件主要通过拉伸，旋转，放样等功能完成，再新建装配体，进行新型万向移动运输装置整体的装配。选择插入零件，插入外壳隔板的钣金、电机、电机支架、轮组箱体、轮胎等零件。通过Toolbox插件添加齿轮、螺丝、螺母，并另存为单个零件，方便以后修改与加工。完成齿轮之间的动态配合。完成整体的装配，并对每个零件附加材质，方便后续的上色渲染。使用KeyShot进行渲染，KeyShot全称名为“The Key to Amazing Shots”，是一个具有互动性的光线追踪和可以实现全域光渲染程序，通过简单的设定就可以实现效果逼真的3D渲染影像。将装配图导入Keyshot软件中，附加对应的材质，调整视角与背景，点击渲染即可出图。
4.结论
在设计中，主要对新型万向移动运输装置整体设计及部件选择等进行了研究。主要包括：根据国内外研究现状及方向，比较不同设计方案的优缺点确定了新型万向移动运输装置的最优设计方案；对新型万向移动运输装置整体进行分析划分成不同的组成部分，主要包括转向部分传动组、行进部分传动组、电机、控制部分、壳体等部分；利用三维设计软件完成了新型万向移动运输装置的各个零件的建模，并完成装配并采用keyshot进行效果图渲染；通过3D打印技术对部分零件进行加工，并将实物样机制作完成参与调试；设计中也有很多不足之处如：转向齿轮组第一级齿轮轴较细，紧定螺丝固定运行时间长时，容易打滑。希望通过后续的研究，可以适用于各种智能化生产作业。
参考文献
[1]高波,贾巨民,高国强.万向移动搬运机械现状及发展趋势[J].中国储运,2013,24(12):130-132.
[2]陈兵,韩正功,肖玉隆,张青江,姚川,赵银华.全向移动运载小车的设计[J].科技经济导刊,2018,26(23):65.
[3]李婷.基于单片机的直流电机控制方法研究[J].集成电路应用,2019,36(12):110-122.
薛蕊（1981－）,女,山东省济宁人,硕士，教授，研究方向：控制科学与工程
纪光洋 1999.11 山东省泰安市 本科学士 控制工程
杜羽龙 1999.11 山东省东营市 本科学士 机械工程
马铭 1999.08 山东省临沂市 本科学士 控制工程
王大志 2000.10 山东省济宁市 本科学士 控制工程
程瑞伟 2000.10 山东省邹平市 本科学士 控制工程
该项目由青岛黄海学院省级国创项目《新型万向移动运输平台》（S202013320035）支持。