CN110341793A - 机器人移动底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体公开了机器人移动底盘，包括车体、悬架和车轮，所述车体包括一体成型的底板；底板包括前部、中部和后部，其中前部和后部的横截面积均小于中部的横截面积；前部和后部的两侧上均固定连接有侧板，后部和前部关于中部的中线对称；悬架一端与侧板固定连接；车轮包括轮毂电机，悬架另一端与轮毂电机固定连接。采用本发明的技术方案能够应付不同路况，崎岖环境。

Description

机器人移动底盘
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及机器人移动底盘。
背景技术
随着市场需求不断扩展，移动机器人在军备，探测矿石，民用服务，安防巡检等方面有着极大的应用空间和市场潜力，例如，可作变压电站，化学工厂厂区等高危场所的巡检机器人；火灾，地震等灾害地况崎岖危险场所代替人工进行环境的检测；货仓，厂房等可以自动寻迹搬运货物。应用场景的不断扩展也使得移动机器人底盘更加需要一些适应性的设计，使其更好地应用于各种环境中，能够良好地发挥出机器人的能力，提高任务完成的效率。
现有的移动机器人底盘大多以轮式，履带式为主，履带式虽然可以应用于大多场景但其运动效率低，运动时噪声较大，制造成本高，轮式有较好的行驶效率，而现有的轮式底盘设计上采用电机直驱，车轮与底盘直接连接，因此不便于行进在路况崎岖的场景中，底盘不能很好的被动避障，这就造成了应用场景的缩小，只能适用于以厂区，商场等路面平坦的环境中。
随着轮式移动机器人在运用领域的不断扩展，所面临的环境也更加恶劣，这就需要一种能够应付不同路况，崎岖环境的轮式底盘。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了机器人移动底盘。
本发明技术方案如下：
机器人移动底盘，包括车体、悬架和车轮，所述车体包括一体成型的底板；底板包括前部、中部和后部，其中前部和后部的横截面积均小于中部的横截面积；前部和后部的两侧上均固定连接有侧板，后部和前部关于中部的中线对称；悬架一端与侧板固定连接；车轮包括轮毂电机，悬架另一端与轮毂电机固定连接。
基础方案原理及有益效果如下：
车体包括一体成型的底板，结构简单，与传统的安装有各种动力装置，传动装置的底板相比，空间大，承载能力强、轻巧、便于维护。通过轮毂电机的差速驱动，可以实现灵活运动，以应付不同的路况。传统的底盘为了应付复杂路况，需要安装差速器，本方案通过轮毂电机在实现相同功能的情况下，还进一步节约了的底盘的空间。同时轮毂电机具有高的机械传动效率，行驶时噪声小。
进一步，还包括减震器，减震器一端与侧板固定连接，另一端与悬架固定连接。
设置减震器能有效避震，以提高对恶劣路况的应对能力。
进一步，所述悬架包括上横臂悬架和下横臂悬架；上横臂悬架和下横臂悬架均包括对称设置的第一臂和第二臂；第一臂和第二臂之间不平行；第一臂和第二臂的一端部固定连接在同一第一连接环上；第一臂和第二臂的另一端部分别固定连接有第二连接环。
上横臂悬架和下横臂悬架均包括对称设置的第一臂和第二臂，能使上横臂悬架和下横臂悬架强度更高。
进一步，所述上横臂悬架的长度小于下横臂悬架的长度。
双横臂式独立悬架两臂长对车轮行驶过程中的跳动定位参数影响较大，上横臂悬架较短，下横臂悬架较长，可以得到较为理想的悬架特性，以减少行驶过程中的跳动。
进一步，侧板上均固定连接有两个上悬架固定块和两个下悬架固定块；上横臂悬架的第二连接环与上悬架固定块铰接；下横臂悬架的第二连接环与下悬架固定块铰接。
上横臂悬架和下横臂悬架分别通过上悬架固定块和下悬架固定块与侧板连接，结构简单，便于维护。
进一步，所述侧板和下横臂悬架上均固定连接有减震器固定块，减震器的两端均与减震器固定块铰接。
减震器的一端固定在下横臂悬架上，减震效果好。
进一步，所述轮毂电机包括轮毂和驱动电机，驱动电机为直流无刷电动机，感应电机，永磁无刷直流电动机或开关磁阻电机中的一种。
直流有刷电机有良好的电磁矩控制特性；永磁无刷直流电机的优点在于功率密度高，效率就高，可控性能好，体积小，噪声相对较低；开关磁阻电机构造最为简单的，可以在大范围的转速和转矩内高速运行，响应速度快，制造成本相对较低。
进一步，车轮包括轮胎，轮胎包裹轮毂，轮胎外表面刻有花纹。
通过花纹可以提高轮胎的抓地力。
进一步，轮毂上固定连接有轮毂固定块，上横臂悬架和下横臂悬架的第一连接环均与轮毂固定块铰接。
轮毂通过轮毂固定块与上横臂悬架和下横臂悬架连接，结构简单，便于维护。
进一步，所述上横臂悬架的第一臂和第二臂之间设置有一条固定臂，固定臂的两端分别与第一臂和第二臂固定连接；下横臂悬架的第一臂和第二臂之间设置有两条固定臂，固定臂的两端分别与第一臂和第二臂固定连接。
设置固定臂可以增强上横臂悬架和下横臂悬架的强度。
附图说明
图1为机器人移动底盘实施例一的立体图；
图2为机器人移动底盘实施例一的左视图；
图3为机器人移动底盘实施例一的前视图；
图4为机器人移动底盘实施例一车体的立体图；
图5为机器人移动底盘实施例一下横臂悬架的立体图；
图6为机器人移动底盘实施例二轮胎的纵剖图；
图7为图6的A部放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：
车体1、下横臂悬架2、上横臂悬架3、轮胎4、轮毂电机5、减震器6、上悬架固定块7、下悬架固定块8、轮毂固定块9、减震器固定块10、底板11、端部侧板12、侧边侧板13、第一臂14、第二臂15、固定臂16、第一连接环17、第二连接环18、伸缩孔19、伸缩柱20、拉簧21、卡块22、限位块23。
实施例一
如图1、图2和图3所示，机器人移动底盘，包括车体1、悬架、减振器和车轮。
如图4所示，车体1包括一体成型的底板11。底板11分为前部、中部和后部，其中前部的横截面积小于中部的横截面积；前部上倾斜焊接有三块侧板，三块侧板和底板11共同围成顶部和朝向后部一侧开口的台体。后部和前部关于中部的中线对称，后部焊接有与前部相同的三块侧板，后部的三块侧板和前部的三块侧板关于中部的中线对称。为表述方便，三块侧板中，靠近前部或后部端部的侧板称为端部侧板12，位于前部或后部两侧的侧板称为侧边侧板13。
如图5所示，悬架包括上横臂悬架3和下横臂悬架2。上横臂悬架3和下横臂悬架2均包括对称设置的第一臂14和第二臂15；第一臂14和第二臂15之间不平行。第一臂14和第二臂15的一端部均焊接在同一第一连接环17上；第一臂14和第二臂15的另一端部分别焊接有第二连接环18。其中，上横臂悬架3的第一臂14和第二臂15之间设置有一条固定臂16，固定臂16的两端分别与上横臂悬架3的第一臂14和第二臂15焊接。下横臂悬架2的第一臂14和第二臂15之间设置有两条固定臂16，两条固定臂16的两端分别下横臂悬架2的与第一臂14和第二臂15焊接。
侧边侧板13上均焊接有两个上悬架固定块7和两个下悬架固定块8；上横臂悬架3的第二连接环18与上悬架固定块7铰接；下横臂悬架2的第二连接环18与下悬架固定块8铰接。
上横臂悬架3和下横臂悬架2的长度对车轮行驶过程中的跳动定位参数影响较大。一般汽车所使用的双横臂式悬架设计为上横臂悬架3较短，下横臂悬架2较长，主要是为了得到较为理想的悬架特性。汽车设计双横臂式独立悬架时所采用的是l2/l1取值为0.6～1.0之间。因此本实施例中选定上横臂悬架3和下横臂悬架2的长度l2/l1比值取0.65。根据所需底盘大小及应用要求，因此两横臂铰点间距离定为75mm～115mm，l1＝155mm～175mm，l2＝228mm～258mm，得出横臂悬架臂长及铰接处间距离范围，本实施例中上横臂悬架3长160mm宽为116mm，下横臂悬架2长228mm宽为142mm，上横臂悬架3和下横臂悬架2间铰接处间距为95mm。
根据载荷负重为不小于10KG，上横臂悬架3和下横臂悬架2间铰接处间距为95mm，设计减振器长度定在110mm～125mm之间，本实施例中，减震器6采用型号为CY-JZ-03的弹簧减震器6，所承受最大工作压力为300KG，弹性刚度为600N/mm。侧边侧板13和下横臂悬架2上均焊接有减震器固定块10，减震器6的两端均与减震器固定块10铰接。
车轮包括轮胎4和轮毂电机5。轮胎4在机器人行驶过程中起到至关重要的作用，轮胎4的良好行驶性能可以保障机器人的平稳安全性，持续稳定性。在不同的应用场景，可根据场景环境，路况去选择不同的轮胎4。轮胎4外表面有着不同的花纹，大致分为；适合于较硬路面使用的普通花纹轮胎4，其纹路为横向、纵向及纵横向；对地面抓着力大，花纹槽宽而深的越野花纹轮胎4；综合性能好，适应能力强的混合型花纹轮胎4。本实施例中，机器人在商场，厂区等较为平整且地面硬实的场景下选用普通花纹轮胎4，如果需要行驶在地面不平整且环境恶劣的场景下选用混合型花纹轮胎4。
轮毂电机5是以轮毂和驱动装置直接合并为一体的车轮式电机，驱动装置包括电机部分。电机部分主要有直流无刷电动机，感应电机，永磁无刷直流电动机，开关磁阻电机等等。直流有刷电机有良好的电磁矩控制特性，但其重量大，效率也低下，机械换向结构在运动时容易产生火花，不适合运行在多尘，潮湿的环境中。永磁无刷直流电机的优点在于功率密度高，效率就高，可控性能好，体积小，噪声相对较低。开关磁阻电机是构造最为简单的，可以在大范围的转速和转矩内高速运行，响应速度快，相对来说制造成本低，但其振动大，可靠性差，控制的成本较高。永磁无刷直流电机和开关磁阻电机综合性能超过其他电机，是当前优先选择的电机类型，永磁无刷电机与开关磁阻电机相比控制性能好，再考虑到所设计的底盘需要较高的稳定性，因此，本实施例中采用永磁无刷电机。
具体的，本实施中，轮毂电机5采用单边无刷直流轮毂电机5QB01，奇邦电机公司所产，电压在36V～54V，功率为150～800W，额定转速在400～1600rpm之间，尺寸为6.5寸，材质为铝轮，轮胎4为碳钎维材质。
轮毂上焊接有轮毂固定块9，上横臂悬架3和下横臂悬架2的第一连接环17均与轮毂固定块9铰接。
本实施例的机器人移动底盘，简化传统底盘的机械结构，同时结合轮毂电机5驱动，去除了导向机构，实现独立悬架式四轮差速运动的底盘设计；车体1空间大，便于根据使用场景进行相应的二次开发；结构简单，轻巧，实用性高而且便于维护。通过轮毂电机5实现四轮差速驱动，可以实现灵活运动，以应付不同路况。
实施例二
如图6所示，机器人移动底盘，与实施例一的区别在于，轮胎4一体成型有若干伸缩孔19，伸缩孔19沿轮胎4的径向均匀分布，伸缩孔19靠近轮胎4圆心的一端封闭，伸缩孔19靠近轮胎4外表面的一端开口。
伸缩孔19的外壁套接有波纹管(未画出)，波纹管的底端和顶端分别与伸缩孔19的封闭端和开端口端粘接。本实施例中,伸缩孔19的外壁指伸缩孔19处于轮胎4腔体内的表面。
波纹管有助于提高伸缩孔19的抗压能力，避免伸缩孔19在轮胎4过大的气压下发生变形。
如图7所示，还包括设置在伸缩孔19内的伸缩柱20和拉簧21；伸缩柱20与伸缩孔19滑动连接。伸缩柱20的内端一体成型有外凸的卡块22。拉簧21一端与伸缩柱20的内端粘接，另一端与伸缩孔19的封闭端粘接。拉簧21未形变时，伸缩柱20的外端位于伸缩孔19内。伸缩孔19的内壁还粘接有半圆形的限位块23。拉簧21未形变时，限位块23与伸缩柱20内端的距离不大于2-4cm，本实施例中为2cm。限位块23用于卡住卡块22，防止伸缩柱20过度外伸。
机器人正常行驶时，车轮转速稳定，以此时伸缩柱20受到的离心力为参考离心力。在参考离心力下，伸缩柱20位于伸缩孔内。
当机器人受困时，车轮摩擦力变小，车轮空转，车轮转速变快。当车轮转速变快时，伸缩柱20受到的离心力大于参考离心力，此时的离心力大于拉簧21的弹力，伸缩柱20伸出伸缩孔19内；此时伸缩柱20能增大车轮与地面的摩擦力，帮助车轮脱困。当车轮正常行驶时，离心力变小，此时的离心力小于或等于参考离心力，伸缩柱20在拉簧21弹力的作用下缩回伸缩孔19内。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.机器人移动底盘，包括车体、悬架和车轮，其特征在于，所述车体包括一体成型的底板；底板包括前部、中部和后部，其中前部和后部的横截面积均小于中部的横截面积；前部和后部的两侧上均固定连接有侧板，后部和前部关于中部的中线对称；悬架一端与侧板固定连接；车轮包括轮毂电机，悬架另一端与轮毂电机固定连接。
2.根据权利要求1所述的机器人移动底盘，其特征在于：还包括减震器，减震器一端与侧板固定连接，另一端与悬架固定连接。
3.根据权利要求2所述的机器人移动底盘，其特征在于：所述悬架包括上横臂悬架和下横臂悬架，上横臂悬架和下横臂悬架均包括对称设置的第一臂和第二臂；第一臂和第二臂之间不平行；第一臂和第二臂的一端部固定连接在同一第一连接环上；第一臂和第二臂的另一端部分别固定连接有第二连接环。
4.根据权利要求3所述的机器人移动底盘，其特征在于：所述上横臂悬架的长度小于下横臂悬架的长度。
5.根据权利要求4所述的机器人移动底盘，其特征在于：侧板上均固定连接有两个上悬架固定块和两个下悬架固定块；上横臂悬架的第二连接环与上悬架固定块铰接；下横臂悬架的第二连接环与下悬架固定块铰接。
6.根据权利要求5所述的机器人移动底盘，其特征在于：所述侧板和下横臂悬架上均固定连接有减震器固定块，减震器的两端均与减震器固定块铰接。
7.根据权利要求6所述的机器人移动底盘，其特征在于：所述轮毂电机包括轮毂和驱动电机，驱动电机为直流无刷电动机，感应电机，永磁无刷直流电动机或开关磁阻电机中的一种。
8.根据权利要求7所述的机器人移动底盘，其特征在于：车轮包括轮胎，轮胎包裹轮毂，轮胎外表面刻有花纹。
9.根据权利要求8所述的机器人移动底盘，其特征在于：轮毂上固定连接有轮毂固定块，上横臂悬架和下横臂悬架的第一连接环均与轮毂固定块铰接。
10.根据权利要求3-9任一项所述的机器人移动底盘，其特征在于：所述上横臂悬架的第一臂和第二臂之间设置有一条固定臂，固定臂的两端分别与第一臂和第二臂固定连接；下横臂悬架的第一臂和第二臂之间设置有两条固定臂，固定臂的两端分别与第一臂和第二臂固定连接。
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