CN106114101A - 轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置 - Google Patents

Abstract

轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，包括用于连接机器人底盘的悬挂减震组件、以及连接在悬挂减震组件底部的运动组件，其中：所述悬挂减震组件包括支架、运动主轴和运动副轴，支架两端之间具有弹性，运动主轴和运动副轴分别配置在支架两端，运动主轴和运动副轴的顶端与机器人底盘连接，运动主轴和运动副轴的底端与支架顶面保持弹性接触；所述运动组件包括顺序连接的电机、电机座和轮子，电机、电机座连接在支架的底面，电机固定在运动副轴下方，电机座固定在运动主轴下方；运动主轴用于承受轮子经路面激励而产生的冲击；运动副轴用于缓冲运动主轴所受的冲击。本发明加大了机器人的越障能力，降低了电机输出轴的运动磨损，使行走趋于优化。

Description

轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体是一种轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置。

背景技术

目前机器人有很多种，就移动方式而言，可分为轮式、履带式、腿式、蛇形式、跳跃式。由于轮式移动机器人承载能力大、行走速度快、驱动和控制相对方便等优点，被广泛应用于各个领域。轮式移动机器人其底盘具有噪音小、平稳性好、行走速度快的优点，尤其使用麦克纳姆轮、全向轮通过控制驱动电机，可实现平移、原地旋转、直走等全方位运动，但这类麦克纳姆轮、全向轮、无内胎橡胶轮都没有充气内胎，轮子本身缺失弹性，在凹凸不平的路面容易产生离地间隙，导致轮子不能抓地运转。

针对以上问题，现有部分轮式移动机器人底盘安装了摆臂悬挂装置，可改善路面不平导致的轮子离地现象。但轮式移动机器人电机输出轴和轮子由法兰紧固，电机输出轴直接驱动轮子转动的同时承载了机器人的质量，不平路面激励会引起的轮子摆动，产生夹角，并因此使电机输出轴长期处在夹角状态工作，加速电机的疲劳损坏。

加拿大的舍布鲁克大学研制的AZIMUT-3移动平台，通过在AZIMUT的关节安装一个电动垂直悬架装置和弹性驱动使得平台的稳定性和灵活性得到增强，放在驱动关节的传感器上的弹性单元可感知并控制驱动关节的力矩，提高机器人在不平地面的运动性。但该电动方式控制复杂，成本高昂。

发明内容

本发明为了克服上述的现有技术不足之处，提供一种结构简单、不需要控制模块的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，具体的技术方案如下。

轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，包括用于连接机器人底盘的悬挂减震组件、以及连接在悬挂减震组件底部的运动组件，其中：

所述悬挂减震组件包括支架、运动主轴和运动副轴，支架两端之间具有弹性，运动主轴和运动副轴分别配置在支架两端，运动主轴和运动副轴的顶端与机器人底盘连接，运动主轴和运动副轴的底端与支架顶面保持弹性接触；

所述运动组件包括顺序连接的电机、电机座和轮子，电机、电机座连接在支架的底面，电机固定在运动副轴下方，电机座固定在运动主轴下方；

运动主轴用于承受轮子经路面激励而产生的冲击；

运动副轴用于缓冲运动主轴所受的冲击。

上述技术方案用于轮式移动机器人时，在重力作用下运动主轴相对于支架被弹性压缩，迫使轮子沿相反方向抓地。当轮式移动机器人行走在不平的路面时，不可避免会因路面激励导致运动主轴产生夹角偏移，造成电机输出轴受到刚性冲击力，此时藉由支架本身的弹性和运动副轴的弹性伸缩分担路面激励传递给电机输出轴的的刚性冲击力，因而尽可能的增加了轮子的垂直荷重，使轮子的抓地性能更充分的发挥，加大了机器人的越障能力，降低了电机输出轴的运动磨损，使行走时平顺性趋于优化。

与现有技术相比，本发明的积极效果在于：

(1)采用直线悬挂减震，结构简单成本较低。

(2)增加了轮子的垂直荷重，使轮子的抓地性能更充分的发挥，弥补麦克纳姆轮、全向轮、无内胎橡胶轮缺失弹性的弊端，提高了越障能力。

(3)减小因路面激励导致电机输出轴与轮子产生的夹角，使电机输出力尽可能按轴心传给轮子，降低了电机输出轴的运动磨损，降低因路面激励产生的振动，使行走时平顺性趋于优化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构分解示意图。

图3是采用了本发明的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置的轮式移动机器人底盘的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，包括用于连接机器人底盘的悬挂减震组件、以及连接在悬挂减震组件底部的运动组件，其中：

所述悬挂减震组件包括支架10、运动主轴20和运动副轴30，支架两端之间具有弹性，运动主轴20和运动副轴30分别配置在支架10两端，运动主轴10和运动副轴20的顶端与机器人底盘(图中未示出)连接，运动主轴10和运动副轴20的底端与支架10顶面保持弹性接触；

所述运动组件包括顺序连接的电机40、电机座50和轮子60，电机40、电机座50连接在支架10的底面，电机40固定在运动副轴30下方，电机座50固定在运动主轴20下方；

运动主轴20用于承受轮子60经路面激励而产生的冲击；

运动副轴30用于缓冲运动主轴10所受的冲击。

如图2所示，在较佳的实施方式中，所述运动主轴20包括直线轴承21、光轴导轨22、主弹簧23，直线轴承21固定在支架10上，光轴导轨22顶部与机器人底盘(图中未示出)连接，光轴导轨22向下穿过主弹簧23与直线轴承21滑动配合，并在其末端安装防脱螺帽24，即光轴导轨22被限制在直线轴承21内滑动且不会脱出。

如图2所示，在较佳的实施方式中，所述运动副轴30包括直线导轨32、副弹簧33，直线导轨32顶部与机器人底盘(图中未示出)连接，直线导轨32向下穿过支架10，并在其末端安装防脱螺帽34。具体来说，可在支架10设一容直线导轨32穿过的通孔31，即光轴导轨22被限制在通孔31内活动且不会脱出。

如图3所示，是采用了本发明列举的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置的轮式移动机器人底盘，包括底盘托板1，底盘托板1上设有控制电路2，底盘托板1下方设有电池支架3，在底盘托板1下方采取四轮交叉对称布置了四个本发明列举的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置4。

采用上述底盘装在机器人上，底盘运动组件中的轮子采用全向轮，四轮独立驱动，中心距离420mm，在不同工况路面进行移动测试，数据表现为：

工况1：理想平地(平面度≤1mm),路径4m

机器人直线移动、原地转弯、45°斜向移动、90°侧向移时运行稳定，噪音低于45dB，无明显振感。原地360°转弯无明显位移(≤1mm)。

工况2：粗糙平地(粗糙度≤2mm),路径4m

机器人直线移动、原地转弯、45°斜向移动、90°侧向移时运行稳定，噪音低于55dB，无明显振感。原地360°转弯无明显位移(≤2mm)。

工况3：5°平整坡面，坡长4m

机器人通过直向、45度斜向、90度侧向爬坡，运行平稳，噪音低于55dB，无明显振感。原地360°转弯有位移(≤30mm)。

工况4：5°粗糙坡面，坡长4m

机器人通过直向、45度斜向、90度侧向爬坡，运行平稳，噪音低于60dB，无明显振感。原地360°转弯有位移(≤30mm)，有轻微振感。

工况5：10°平整坡面，坡长4m

机器人通过直向、45度斜向、90度侧向爬坡，耗时均超出限定范围，噪音低于60dB，轻微振感。原地360°转弯有位移(≧60mm)。

工况6：10°粗糙坡面，坡长4m

机器人通过直向、45度斜向、90度侧向爬坡，耗时均超出限定范围，噪音范围60dB-70dB，轻微振感。原地360°转弯有位移(≧60mm)。

工况7：6mm越障

机器人通过直向、斜向、侧向越障，4轮接触台阶时无明显堵转现象，轮子无碰撞跳跃离地，噪音范围60dB-70dB，前轮上台阶时身体倾斜，在弹簧的作用下振动不明显。

工况8：12mm越障

机器可人通过直向、斜向、侧向越障，4轮接触台阶时有堵转现象，轮子出现碰撞跳跃离地，噪音范围70dB，振动明显。

而未采用上述底盘的机器人，在以上工况测试时，6mm高度已不能完成越障。相比安装摆臂悬挂方式的相同机器人，原地360°转弯时离心距离相对大，振动明显，12mm越障时需反复寻找着力点，通过越障时间较长。

对于本领域的技术人员来说，可根据本发明所揭示的结构和原理获得其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都属于本发明的保护范畴。

Claims (4)

1.轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，包括用于连接机器人底盘的悬挂减震组件、以及连接在悬挂减震组件底部的运动组件，其特征在于：

所述悬挂减震组件包括支架、运动主轴和运动副轴，支架两端之间具有弹性，运动主轴和运动副轴分别配置在支架两端，运动主轴和运动副轴的顶端与机器人底盘连接，运动主轴和运动副轴的底端与支架顶面保持弹性接触；

所述运动组件包括顺序连接的电机、电机座和轮子，电机、电机座连接在支架的底面，电机固定在运动副轴下方，电机座固定在运动主轴下方；

运动主轴用于承受轮子经路面激励而产生的冲击；

运动副轴用于缓冲运动主轴所受的冲击。

2.如权利要求1所述的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，其特征在于：所述运动主轴包括直线轴承、光轴导轨、主弹簧，直线轴承固定在支架上，光轴导轨顶部与机器人底盘连接，光轴导轨向下穿过主弹簧与直线轴承滑动配合，并在其末端安装防脱螺帽。

3.如权利要求1所述的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，其特征在于：所述运动副轴包括直线导轨、副弹簧，直线导轨顶部与机器人底盘连接，直线导轨向下穿过支架，并在其末端安装防脱螺帽。

4.如权利要求1所述的轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置，其特征在于：所述轮子是全向轮。