CN112519909A - 一种四轮驱动机器人及其底盘 - Google Patents

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陈青戈
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苏晓杰
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舒海燕
宿凯
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祝涛剑
雷宜辉
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Abstract

本申请揭示了一种四轮驱动机器人及其底盘，该底盘包括底盘框架和安装于所述底盘框架的四个车轮位置处的四组驱动轮组，每组驱动轮组包括轮毂电机、转向电机、摆臂、固定座、支撑座和传动轴，其中：对于每个驱动轮组，驱动轮组中的摆臂固定安装于底盘框架上，且相对另一侧的摆臂位置固定，轮毂电机的定子由固定座上下固定，固定座上固定安装有一支撑座，支撑座通过传动轴与转动电机的电机轴传动连接。本申请通过在每个轮毂电机上设置一个转向电机，并利用固定板固定轮毂电机的定子，再将固定板、支撑座和传动轴与转向电机的电机轴传动连接，使得轮毂电机的定子可以在转向电机的传动下转动方向，从而可以实现对四个轮胎的单独转向。

Description

一种四轮驱动机器人及其底盘
技术领域
本发明属于移动机器人机械设计技术领域，涉及一种四轮驱动机器人及其底盘。
背景技术
目前，移动机器人由于可以移动地实现较多的功能，因此应用已较为广泛。移动机器人通过底盘的设计来实现移动，而现有的机器人的底盘通常采用履带式、四轮后驱动、伺服电机直连驱动以及麦克纳姆轮式等。
履带式机器人底盘制造成本高，运行速度低，运行和转向时功率消耗大，零件磨损快需经常维护；四轮后驱动机器人底盘转弯半径大，对运行场地有一定的转弯要求，不适合在狭小空间内运行，同时后驱不能适应复杂的路面环境；伺服电机直连驱动机器人底盘通过驱动轮差速转向，对轮胎磨损比较大，同时旋转中心为驱动轮中心而非机器人底盘中心，对于原地旋转空间大于底盘本体空间；麦克纳姆轮式机器人底盘成本高，驱动轮易磨损，装配困难等缺点。也就是说，目前的几种实现底盘的方式均具备一些缺点，因此亟需提供一种较为优选的底盘设计方案。
发明内容
为了解决相关技术中各种底盘实现的缺点，本申请提供了一种四轮驱动机器人及其底盘，技术方案如下：
第一方面，本申请提供了一种四轮驱动机器人的底盘，所述底盘包括：底盘框架和安装于所述底盘框架的四个车轮位置处的四组驱动轮组，每组驱动轮组包括轮毂电机、转向电机、摆臂、固定座、支撑座和传动轴，其中：
对于每个驱动轮组，所述驱动轮组中的摆臂固定安装于所述底盘框架上，且相对另一侧的摆臂位置固定，所述轮毂电机的定子由所述固定座上下固定，所述固定座上固定安装有一支撑座，所述支撑座通过所述传动轴与所述转动电机的电机轴传动连接。
可选的，所述底盘框架包括底部框架以及安装于所述底部框架两侧的两个竖向框架，所述驱动轮组还包括减震器和支撑架，其中：
所述支撑架的一端通过第一安装轴转动安装于一个竖向框架的上端，所述支撑架的另一端通过第二安装轴转动安装于所述摆臂靠近于所述轮毂电机的一端，所述第一安装轴和所述第二安装轴的轴向平行；
所述减震器外套设于所述支撑架上。
可选的，所述减震器为液压弹簧。
可选的，所述摆臂为折弯形，所述折弯形摆臂的第一部分固定安装于对应的竖向框架的底部，所述折弯形摆臂的第二部分向上折弯后固定安装于所述转向电机的电机支撑座上。
可选的，所述支撑座包括第一固定板、第二固定板、支撑座护板，以及固定连接所述第一固定板和所述第二固定板的连接板，所述支撑座的第一固定板固定安装于所述固定座上，所述支撑座的第二固定板与所述传动轴固定连接，所述支撑座的第二固定板位于所对应的轮毂电机的上方且位于所述传动轴的下方；所述支撑座护板、所述第一固定板和所述连接板形成一用于供线束通过的保护空间。
可选的，每组驱动轮组还包括电机支撑座和滑环，所述转向电机安装于所述电机支撑座内的顶部，且所述滑环安装于所述电机支撑座内且套设于所述转动电机的电机轴上。
可选的，每组驱动轮组还包括轴承座，所述轴承座容置于所述电机支撑座内下端，且所述轴承座套设于所述电机轴的下端部。
可选的，所述轮毂电机的线束从所述轮毂电机的定子中引出，并依次经所述固定座及所述支撑座内部的对插端子、所述滑环内、所述电机支撑座顶部的电机保护罩上的通孔引出至机器人本体的内部。
可选的，所述连接轴固定套设于所述转向电机的电机轴的下端，所述电机轴的上端与所述转向电机的驱动端连接。
第二方面，本申请还提供一种四轮驱动机器人，所述四轮驱动机器人包括如第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的底盘，驱动轮以及安装于所述底盘上的机器人本体，所述底盘中的驱动轮组与驱动轮一一对应，每个驱动轮组中的轮毂电机安装于对应的驱动轮中。
本申请至少可以实现如下有益效果：
通过在每个轮毂电机上设置一个转向电机，并利用固定板固定轮毂电机的定子，再将固定板、支撑座和传动轴与转向电机的电机轴传动连接，使得轮毂电机的定子可以在转向电机的传动下转动方向，从而可以实现对四个轮胎的单独转向，且每个轮胎均可以在对应的转向电机的带动下转向任意角度，所以在较小的空间可以通过原地回转来实现转向。
通过将各个摆臂固定，两侧相对的摆臂之间固定，避免了摆臂的左右晃动；另外，通过在摆臂和竖向框架上设置支撑架，并在支撑架外套设一个减震器，使得摆臂可以满足上下跳动的同时，对底盘上的机器人本体的起到了减震的作用；而通常，由于移动机器人通常由高精密零部件组成对底盘舒适性有很高的要求，四轮纵置单摆臂结构配合可调式弹簧液压减震，极大的增强了底盘的舒适性，降低因为行驶环境对机器人零部件的振动。
通过将轮毂电机的线束从轮毂电机的定子中引出，依次经固定座及支撑座内部的对插端子、滑环内、电机支撑座顶部的通孔引出至机器人本体的内部，使得驱动轮在360°转向时，避免了线束缠绕的问题。
另外，由于本申请中的底盘的四组驱动轮组的结构和零部件均一致，所以在生产过程中，摆臂组装重复度高，对于提高生产效率有极大的提升；且当单个摆臂任意零部件出现异常，可以单独将摆臂拆下，进行整体更换和维护，方便的维护人员维护也缩短因为故障而引起的设备无法运作，降低机器人故障率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请一个实施例中提供的四轮驱动机器人的底盘的结构示意图；
图2是本申请一个实施例中提供的四组驱动轮组的截面示意图。
其中，附图标记如下：
10、底盘框架；11、底部框架；12、竖向框架；21、轮毂电机；22、转向电机；221、电机轴；222、电机支撑座；223、滑环；224、轴承座；231、摆臂；232、减震器；233、支撑架；24、固定座；25、支撑座；26、传动轴。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是本申请一个实施例中提供的四轮驱动机器人的底盘的结构示意图，图2是本申请一个实施例中提供的四组驱动轮组的截面示意图，结合图1和图2，本申请提供的四轮驱动机器人的底盘至少可以包括：底盘框架10和安装于所述底盘框架10的四个车轮位置处的四组驱动轮组，每组驱动轮组包括轮毂电机21、转向电机22、摆臂231、固定座24、支撑座25和传动轴26。各部件的连接及安装关系如下：
对于每个驱动轮组，所述驱动轮组中的摆臂231固定安装于所述底盘框架10上，且相对另一侧的摆臂231位置固定，所述轮毂电机21的定子由所述固定座24上下固定，所述固定座24上固定安装有一支撑座25，所述支撑座25通过所述传动轴26与所述转动电机的电机轴221传动连接。
在一种可能的实现方式中，所述底盘框架10包括底部框架11以及安装于所述底部框架11两侧的两个竖向框架12，所述驱动轮组还包括减震器232和支撑架233，其中：
所述支撑架233的一端通过第一安装轴转动安装于一个竖向框架12的上端，所述支撑架233的另一端通过第二安装轴转动安装于所述摆臂231靠近于所述轮毂电机21的一端，所述第一安装轴和所述第二安装轴的轴向平行；所述减震器232外套设于所述支撑架233上。
通过将各个摆臂231固定，两侧相对的摆臂231之间固定，避免了摆臂231的左右晃动；另外，通过在摆臂231和竖向框架12上设置支撑架233，并在支撑架233外套设一个减震器232，使得摆臂231可以满足上下跳动的同时，对底盘上的机器人本体的起到了减震的作用。
而通常，由于移动机器人通常由高精密零部件组成对底盘舒适性有很高的要求，四轮纵置单摆臂结构配合可调式弹簧液压减震，极大的增强了底盘的舒适性，降低因为行驶环境对机器人零部件的振动。
可选的，本申请提供的减震器232可以为液压弹簧。
在实际应用中，摆臂231可以为折弯形，折弯形摆臂231的第一部分固定安装于对应的竖向框架12的底部，所述折弯形摆臂231的第二部分向上折弯后固定安装于所述转向电机22的电机支撑座222上。
为了实现支撑座25传动连接位于不同高度和不同竖向位置的固定板和传动轴26，本申请提供的支撑座25可以包括第一固定板、第二固定板、支撑座护板，以及固定连接所述第一固定板和所述第二固定板的连接板，所述支撑座25的第一固定板固定安装于所述固定座24上，所述支撑座25的第二固定板与所述传动轴26固定连接，所述支撑座25的第二固定板位于所对应的轮毂电机21的上方且位于所述传动轴26的下方；所述支撑座护板、所述第一固定板和所述连接板形成一用于供线束通过的保护空间。
可选的，第一固定板与连接板垂直，连接板与第二固定板垂直，第一固定板位于轮毂电机21的定子的上方，第二固定板位于轮毂电机21的正上方。这样，支撑座25可以将轮毂电机21的定子以及轮毂上方的传动轴26传动连接起来。
显然，在实际实现时，固定板、第一固定板可以通过螺栓固定于轮毂电机21的定子上；类似的，第二固定板可以通过螺栓与传动轴26固定。
在实际实现时，每组驱动轮组还可以包括电机支撑座222和滑环223，所述转向电机22安装于所述电机支撑座222内的顶部，且所述滑环223安装于所述电机支撑座222内且套设于所述转动电机的电机轴221上。
也可以理解为：转向电机22位于电机支撑座222内，转向电机22的驱动部位于电机支撑座222内的上方，转向电机22的驱动部下方传动安装有电机轴221。
所述连接轴固定套设于所述转向电机22的电机轴221的下端，所述电机轴221的上端与所述转向电机22的驱动端连接。
实际应用中，摆臂231固定连接于电机支撑座222上，且传动轴26也是固定安装于电机支撑座222的底部。可选的，摆臂231也可以固定安装于电机支撑座222底部的传动轴26上。
可选的，每组驱动轮组还可以包括轴承座224，所述轴承座224容置于所述电机支撑座222内下端，且所述轴承座224套设于所述电机轴221的下端部。
为了避免线束在驱动轮转动过程中的缠绕，本申请提供了一种线束的布线方式，即：所述轮毂电机21的线束从所述轮毂电机21的定子中引出，并依次经所述固定座24及所述支撑座25内部的对插端子、所述滑环223内、所述电机支撑座222顶部的通孔引出至机器人本体的内部。
这样，通过将轮毂电机21的线束从轮毂电机21的定子中引出，依次经固定座24及支撑座25内部的对插端子、滑环223内、电机支撑座222顶部的电机保护罩上的通孔引出至机器人本体的内部，使得驱动轮在360°转向时，避免了线束缠绕的问题。
综上所述，本申请提供的四轮驱动机器人的底盘，通过在每个轮毂电机上设置一个转向电机，并利用固定板固定轮毂电机的定子，再将固定板、支撑座和传动轴与转向电机的电机轴传动连接，使得轮毂电机的定子可以在转向电机的传动下转动方向，从而可以实现对四个轮胎的单独转向，且每个轮胎均可以在对应的转向电机的带动下转向任意角度，所以在较小的空间可以通过原地回转来实现转向。
另外，由于本申请中的底盘的四组驱动轮组的结构和零部件均一致，所以在生产过程中，摆臂组装重复度高，对于提高生产效率有极大的提升；且当单个摆臂任意零部件出现异常，可以单独将摆臂拆下，进行整体更换和维护，方便的维护人员维护也缩短因为故障而引起的设备无法运作，降低机器人故障率。
另外，本申请还提供一种四轮驱动机器人，所述四轮驱动机器人包括如图1和图2所示的底盘，驱动轮以及安装于所述底盘上的机器人本体，所述底盘中的驱动轮组与驱动轮一一对应，每个驱动轮组中的轮毂电机安装于对应的驱动轮中。
综上所述，本申请提供的四轮驱动机器人，通过在每个轮毂电机上设置一个转向电机，并利用固定板固定轮毂电机的定子，再将固定板、支撑座和传动轴与转向电机的电机轴传动连接，使得轮毂电机的定子可以在转向电机的传动下转动方向，从而可以实现对四个轮胎的单独转向。
另外，由于本申请中的底盘的四组驱动轮组的结构和零部件均一致，所以在生产过程中，摆臂组装重复度高，对于提高生产效率有极大的提升；且当单个摆臂任意零部件出现异常，可以单独将摆臂拆下，进行整体更换和维护，方便的维护人员维护也缩短因为故障而引起的设备无法运作，降低机器人故障率。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种四轮驱动机器人的底盘，其特征在于，所述底盘包括：底盘框架和安装于所述底盘框架的四个车轮位置处的四组驱动轮组，每组驱动轮组包括轮毂电机、转向电机、摆臂、固定座、支撑座和传动轴，其中：
对于每个驱动轮组，所述驱动轮组中的摆臂固定安装于所述底盘框架上，且相对另一侧的摆臂位置固定，所述轮毂电机的定子由所述固定座上下固定，所述固定座上固定安装有一支撑座，所述支撑座通过所述传动轴与所述转动电机的电机轴传动连接。
2.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，所述底盘框架包括底部框架以及安装于所述底部框架两侧的两个竖向框架，所述驱动轮组还包括减震器和支撑架，其中：
所述支撑架的一端通过第一安装轴转动安装于一个竖向框架的上端，所述支撑架的另一端通过第二安装轴转动安装于所述摆臂靠近于所述轮毂电机的一端，所述第一安装轴和所述第二安装轴的轴向平行；
所述减震器外套设于所述支撑架上。
3.根据权利要求2所述的底盘，其特征在于，所述减震器为液压弹簧。
4.根据权利要求2所述的底盘，其特征在于，所述摆臂为折弯形，所述折弯形摆臂的第一部分固定安装于对应的竖向框架的底部，所述折弯形摆臂的第二部分向上折弯后固定安装于所述转向电机的电机支撑座上。
5.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，所述支撑座包括第一固定板、第二固定板、支撑座护板，以及固定连接所述第一固定板和所述第二固定板的连接板，所述支撑座的第一固定板固定安装于所述固定座上，所述支撑座的第二固定板与所述传动轴固定连接，所述支撑座的第二固定板位于所对应的轮毂电机的上方且位于所述传动轴的下方；所述支撑座护板、所述第一固定板和所述连接板形成一用于供线束通过的保护空间。
6.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，每组驱动轮组还包括电机支撑座和滑环，所述转向电机安装于所述电机支撑座内的顶部，且所述滑环安装于所述电机支撑座内且套设于所述转动电机的电机轴上。
7.根据权利要求6所述的底盘，其特征在于，每组驱动轮组还包括轴承座，所述轴承座容置于所述电机支撑座内下端，且所述轴承座套设于所述电机轴的下端部。
8.根据权利要求6所述的底盘，其特征在于，所述轮毂电机的线束从所述轮毂电机的定子中引出，并依次经所述固定座及所述支撑座内部的对插端子、所述滑环内、所述电机支撑座顶部的电机保护罩上的通孔引出至机器人本体的内部。
9.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于，所述连接轴固定套设于所述转向电机的电机轴的下端，所述电机轴的上端与所述转向电机的驱动端连接。
10.一种四轮驱动机器人，其特征在于，所述四轮驱动机器人包括如权利要求1-9中任一所述的底盘，驱动轮以及安装于所述底盘上的机器人本体，所述底盘中的驱动轮组与驱动轮一一对应，每个驱动轮组中的轮毂电机安装于对应的驱动轮中。
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