CN111716389A

CN111716389A - 一种机器人同步转向底盘

Info

Publication number: CN111716389A
Application number: CN202010706705.0A
Authority: CN
Inventors: 韩忠华; ***; 骆聪聪; 王青; 李剑; 汪双洋; 杨杰超; 李婷婷; 夏春雨
Original assignee: Beijing Zhong Tianfeng Security Protection Technologies Co ltd; First Research Institute of Ministry of Public Security
Current assignee: Beijing Zhong Tianfeng Security Protection Technologies Co ltd; First Research Institute of Ministry of Public Security
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2020-09-29

Abstract

本发明公开了一种机器人同步转向底盘，包括转向驱动机构、传动机构和轮体；转向驱动机构包括转向驱动电机和转向驱动齿轮；转向驱动电机可实现正反转，其输出端与转向驱动齿轮同轴连接；传动机构包括齿形带，齿形带与转向驱动齿轮啮合；轮体包括有至少四个，每个轮体均包括有驱动轮以及相配合的轮轴、连接架、转向轴和转向轴齿轮；转向轴齿轮与齿形带啮合；转向轴的上端和转向轴齿轮同轴固定连接，下端与连接架固定连接；轮轴穿过驱动轮的中心，驱动轮可绕轮轴轴向转动；连接架下部的两端分别与轮轴的两端固定连接；驱动轮连接于轮驱动电机。本发明具有结构简单、控制简便、易加工、易集成的优点。

Description

一种机器人同步转向底盘

技术领域

本发明涉及机器人移动底盘技术领域，具体涉及一种机器人同步转向底盘。

背景技术

现有的机器人移动底盘主要有轮式、履带式、轮履复合式、腿足式和蠕动式等，分别适用于各种不同的场合。其中，轮式移动底盘最为常见，具有速度快，机动性好等优点。

对于在室内或狭小空间中作业的移动机器人，需要移动底盘具有转弯半径小、灵活性强等特点，同步转向和原地转向是常用的两种解决方案。其中原地转向多为二轮和四轮驱动，主要通过两侧车轮的转数差来实现预定角度的转向。但实际应用中，由于使用环境的不同，对于凹凸地面、冰雪路面、散沙路面等较差地面条件，此种转向方式往往难于达到预定角度的准确转向，由此容易造成因转向角度不到位而产生的预期行走路线的偏移。

针对两轮/四轮独立驱动方式，有研究学者提出同步转向控制方法，每个驱动轮由单独的电机控制方向，控制***需要通过安装在驱动轴上的编码器反馈来组成一个闭环***，结合相应的算法来保证转动时各个驱动轮同步转向，控制复杂，成本较高。另外，也有提出采用连杆机构实现驱动轮同步转向的方案，该方案存在设计分析复杂、零部件多、易产生动载荷、传动效率低等问题，且该结构无法实现全向移动。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种机器人同步转向底盘，具有结构简单、控制简便、易加工、易集成的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机器人同步转向底盘，包括转向驱动机构、传动机构和轮体；

所述转向驱动机构包括转向驱动电机和转向驱动齿轮；所述转向驱动电机可实现正反转，其输出端与所述转向驱动齿轮同轴连接；

所述传动机构包括齿形带，所述齿形带与所述转向驱动齿轮啮合；

所述轮体包括有至少四个，每个轮体均包括有驱动轮以及相配合的轮轴、连接架、转向轴和转向轴齿轮；所述转向轴齿轮与所述齿形带啮合；所述转向轴的上端和所述转向轴齿轮同轴固定连接，下端与所述连接架固定连接；所述轮轴穿过所述驱动轮的中心，所述驱动轮可绕所述轮轴轴向转动；所述连接架下部的两端分别与所述轮轴的两端固定连接；所述驱动轮连接于轮驱动电机。

进一步地，所述转向驱动电机为步进电机。

进一步地，所述转向驱动电机的输出端与所述转向驱动齿轮之间设置减速机构。

进一步地，所述传动机构还包括有张紧轮和卡槽；所述张紧轮设置在所述卡槽内，可在所述卡槽内移动并固定在任意位置；所述张紧轮与所述齿形带相啮合并紧贴所述齿形带，用于控制齿形带的张紧力。

更进一步地，还包括有承重架，所述转向驱动电机设于所述承重架的底部，所述转向驱动齿轮设于所述承重架的顶部，所述转向驱动电机的输出端穿过所述承重架与所述转向驱动齿轮同轴连接；所述齿形带、转向轴齿轮和所述卡槽均设于所述承重架的顶部，所述转向轴的上端穿过所述承重架和所述转向轴齿轮同轴固定连接。

更进一步地，所述转向轴上固定套接有支撑件二，所述支撑件二位于所述承重架的底部并与所述承重架接触，用于支撑承重架。

再进一步地，所述支撑件二采用紧固螺钉固定在所述转向轴上。

进一步地，所述轮驱动电机采用轮毂电机。

进一步地，所述驱动轮与所述轮轴之间设置有轴承。

本发明的有益效果在于：本发明采用机械结构实现底盘中各个驱动轮的同步转向，减少了电机数量，解决了独立驱动底盘控制复杂，成本较高的问题；另外，本发明采用齿形带、齿轮相啮合的机构，解决了连杆机构设计分析复杂、零部件多、易产生动载荷、传动效率低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例1中同步转向底盘的立体图；

图2为本发明实施例1中同步转向底盘的主视图；

图3为本发明实施例1中同步转向底盘的侧视图；

图4为本发明实施例1中同步转向底盘的俯视图；

图5为本发明实施例1中轮体的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

一种机器人同步转向底盘，如图1-5所示，包括承重架4、转向驱动机构、传动机构和轮体；

所述转向驱动机构包括转向驱动电机7和转向驱动齿轮1；所述转向驱动电机7固定在承重架4的底部，可实现正反转；转向驱动齿轮1设置在承重架4的顶部，所述转向驱动电机7的输出端穿过所述承重架4与所述转向驱动齿轮1同轴连接。

较优地，所述转向驱动电机7选用步进电机，便于精确控制。

较优地，所述转向驱动电机7的输出端与所述转向驱动齿轮1之间设置减速机构。减速机构用于降低所述转向驱动电机7的输出轴的转速，增大传递给所述转向驱动齿轮1的扭矩，减速机构可以为行星减速机，便于减小体积。

所述传动机构包括齿形带3，所述齿形带3与所述转向驱动齿轮1啮合。

较优地，所述传动机构还包括有张紧轮8和卡槽11；所述张紧轮8设置在所述卡槽11内，可在所述卡槽11内移动并固定在任意位置；所述张紧轮8与所述齿形带3相啮合并紧贴所述齿形带3，用于控制齿形带3的张紧力；所述卡槽11设置于承重架4的顶部。所述卡槽11既可以独立制作并与所述承重架4固定连接，也可与所述承重架4一体化加工。另外，可以在张紧轮8上设置紧固螺栓，在张紧轮8上设置从顶部贯穿至底部的内螺纹孔，所述紧固螺栓和所述内螺纹孔螺纹配合，当需要调整张紧轮8的位置时，拧松所述紧固螺栓使其底端和卡槽相脱离，张紧轮8移动至所需位置后，拧紧紧固螺栓至其底端和卡槽底部紧配，依靠紧固螺栓底端和卡槽底部的摩擦力进行固定。还可以在紧固螺栓的底端设置防滑垫等增大其与卡槽之间的摩擦力。

所述轮体包括有至少四个，每个轮体均包括有驱动轮6以及相配合的轮轴9、连接架5、转向轴12和转向轴齿轮2；所述转向轴齿轮2设于所述承重架4的顶部并与所述齿形带3啮合；所述转向轴12的上端穿过所述承重架4和所述转向轴齿轮2同轴固定连接，下端与所述连接架5固定连接；所述轮轴9穿过所述驱动轮6的中心，所述驱动轮6可绕所述轮轴9轴向转动；所述连接架5下部的两端分别与所述轮轴9的两端固定连接；所述驱动轮6的上部位于所述连接架5并且不与所述连接架5接触；所述驱动轮6连接于轮驱动电机。较优地，所述轮驱动电机采用轮毂电机。每个驱动轮6可单独连接一个轮驱动电机。

较优地，所述驱动轮6与所述轮轴9之间设置有轴承，用于降低驱动轮6与轮轴9间的摩擦力。

较优地，可以在所述转向轴齿轮2的底部和承重架4的顶部之间设有支撑件一14，用于减少齿形带3与承重架4之间的摩擦。

较优地，所述转向轴12上固定套接有支撑件二10，所述支撑件二10位于所述承重架4的底部并与所述承重架4接触，用于支撑承重架4。在本实施例中，所述支撑件二10采用紧固螺钉13固定在所述转向轴12上，通过紧固螺钉13可以对支撑件10进行定位调校。

实施例2

本实施例提供一种上述机器人同步转向底盘的使用方法，具体过程如下：

工作时，轮驱动电机启动，所述轮驱动电机驱动所述驱动轮转动，实现移动底盘的移动；当需要转向时，转向驱动电机启动，转向驱动电机驱动所述转向驱动齿轮转动，转向驱动齿轮驱动齿形带开始转动，从而带动各个轮体的转向轴齿轮转动；转向轴齿轮、转向轴、连接架、驱动轮之间依次传递扭矩，最终各个驱动轮的同步转向。

在上述过程中，转向驱动电机可以驱动转向驱动齿轮360°旋转，因此，转向轴齿轮和驱动轮也可实现360°旋转。而且转向驱动电机可以驱动转向驱动齿轮正反转，因此驱动轮可实现左右转向。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种机器人同步转向底盘，其特征在于，包括转向驱动机构、传动机构和轮体；

2.根据权利要求1所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述转向驱动电机为步进电机。

3.根据权利要求1所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述转向驱动电机的输出端与所述转向驱动齿轮之间设置减速机构。

4.根据权利要求1所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述传动机构还包括有张紧轮和卡槽；所述张紧轮设置在所述卡槽内，可在所述卡槽内移动并固定在任意位置；所述张紧轮与所述齿形带相啮合并紧贴所述齿形带，用于控制齿形带的张紧力。

5.根据权利要求4所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，还包括有承重架，所述转向驱动电机设于所述承重架的底部，所述转向驱动齿轮设于所述承重架的顶部，所述转向驱动电机的输出端穿过所述承重架与所述转向驱动齿轮同轴连接；所述齿形带、转向轴齿轮和所述卡槽均设于所述承重架的顶部，所述转向轴的上端穿过所述承重架和所述转向轴齿轮同轴固定连接。

6.根据权利要求5所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述转向轴上固定套接有支撑件二，所述支撑件二位于所述承重架的底部并与所述承重架接触，用于支撑承重架。

7.根据权利要求6所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述支撑件二采用紧固螺钉固定在所述转向轴上。

8.根据权利要求1所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述轮驱动电机采用轮毂电机。

9.根据权利要求1所述的机器人同步转向底盘，其特征在于，所述驱动轮与所述轮轴之间设置有轴承。