8.2.1　三维位移传感器结构设计

设计一个三维位移传感器直接测量Mecanum轮全方位移动机器人在双车联动过程中产生的水平偏差，该三维位移传感器由两个直线位移传感器和一个角位移传感器组成，巧妙地设计一个平动机构将三个位移传感器结合起来，用两个直线位移传感器测量双车之间的偏差，用角位移传感器测量双车之间的角度偏差。三维位移传感器实物图和示意图如图8-7和8-8所示。

图8-7　三维位移传感器的实物图

图8-8　三维位移传感器示意图

三维位移传感器主要由平动滑块、T型滑块、两个直线位移传感器、一个角位移传感器、转台、转台支架、底板、外壳、A/D采集卡等构成。

平动滑块是三维位移传感器的核心部件，它上面有两个互相垂直的T型槽，两个直线位移传感器通过T型滑块与平动滑块相连，如图8-9所示。当平动滑块在盒子内平动时，与直线传感器相连的T型滑块就可以在T型槽内滑动，用于测出从车相对于主车的两个偏差，同时由于平动滑块在平动的时候需要承受主从车之间连杆的质量，故设计了厚度为5 mm的钢板作为底板。

图8-9　三维位移传感器的结构图

为了减少三维传感器的整体高度和平动滑块的质量，在平动滑块上开个洞，将角位移传感器放在里面，角位移传感器通过固定支撑架固定在平动滑块上，如图8-10所示。

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图8-10　角位移传感器的结构图

在转台底部打个孔，使角位移传感器输出轴与转台底部那个孔形成间隙配合，通过两个紧定螺钉预紧，如图8-11所示。当转台旋转时，就可以带动角位移传感器转动，这样角位移传感器就可以测出转过的角度。

同时，由于角位移传感器的轴不能承载，所以设计一个带楔形面的转台支架，转台支架与平动滑块用螺钉连接，转台支架与转台设计成楔形截面配合来承受来自两车连接杆的质量，这样在楔面截面上涂上润滑脂，转台就可以在转台支架上灵活转动，如图8-12所示。

图8-11　角位移传感器输出轴的结构图

图8-12　带楔形面的转台支架结构图

当双车在运动过程中，由于两车之间产生相对偏差，连接杆会带动平动滑块在盒子内平动，连接杆的重量会导致平动滑块与底板之间产生很大的摩擦，所以为了能够减少它们之间的摩擦，使平动滑块能够灵活地运动，本方案在平动滑块下安装了一个平动轴承，如图8-13所示。

图8-13　安装平动轴承

将上面的各个零部件安装好之后，通过转台上面的螺纹孔将传感器与连接杆连接在一起，这样当双车在运动过程中产生偏差时，连接杆带动平动滑块在底板上运动，从而通过这个机构测出双车在运动过程中的偏差。