CN113263909A - 一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘 - Google Patents

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CN113263909A CN202110601252.XA CN202110601252A CN113263909A CN 113263909 A CN113263909 A CN 113263909A CN 202110601252 A CN202110601252 A CN 202110601252A CN 113263909 A CN113263909 A CN 113263909A
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杨军
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蒋国文
崔克进
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Taian Jinzhida Robot Technology Co ltd
Yixiao Parts Technology Xiangyang Co ltd
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Taian Jinzhida Robot Technology Co ltd
Yixiao Parts Technology Xiangyang Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，包括四轮驱动机构、差速器，转向机构、减震机构，所述四轮驱动机构设置于底盘车架上，所述差速器前后对称设置于底盘车架上，所述差速器与四轮驱动机构固定连接，所述转向机构前后对称设置于底盘车架上，所述减震机构对称设置于底盘车架四角，所述底盘车架四角设置有车轮，所述车轮上转动设置有转向羊角，所述转向羊角上耳和下耳分别与减震机构固定连接，所述转向羊角的臂杆与转向机构固定连接，所述差速器的传动轴穿过转向羊角中心孔与车轮固定连接。本发明旨在提供一种结构简单、联动性强的四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘。

Description

一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘
技术领域
本发明涉及机器人底盘技术领域，特别涉及一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘。
背景技术
机器人底盘能支撑起整车零件，并控制整车前进、后退、转向的重要部件。目前，机器人已广泛介入工业生产、助老助残、抗灾救援、医疗服务等社会生活各个方面，特别是当机器人在室外工作时，会对机器人底盘的性能有较高的要求，例如具有很好的通过性和较强的越障能力，需要实现小范围的转弯半径等。
现有申请公布号CN107651001A、名称为“一种四轮独立驱动独立转向底盘总成结构及控制方法”的中国发明专利，该专利公开了底盘总成结构，包括电动汽车的底盘及四个车轮，四个车轮的轮毂内侧面均安装有一个独立驱动机构和一个独立转向机构，四个独立转向机构分别固定在底盘的四个角落处，由四个驱动电机分别驱动电动汽车四个车轮的旋转，由四个减速电机分别控制电动汽车四个车轮的转向。该发明虽然能将四个车轮的驱动、转向都进行控制，但安装的零部件太多，控制***也较为繁杂，各控制***联动性不强。
针对以上问题，现需提供一种结构简单、联动性强的四轮独立减震、转向及驱动的机器人底盘。
发明内容
本发明旨在解决现有技术安装的零部件太多、控制***也较为繁杂、各控制***联动性不强技术问题，提供一种结构简单、联动性强的四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘。
本发明提供的技术方案为：一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，包括四轮驱动机构、差速器，转向机构、减震机构，所述四轮驱动机构设置于底盘车架上，所述差速器前后对称设置于底盘车架上，所述差速器与四轮驱动机构固定连接，所述转向机构前后对称设置于底盘车架上，所述减震机构对称设置于底盘车架四角，所述底盘车架四角设置有车轮，所述车轮上转动设置有转向羊角，所述转向羊角上耳和下耳分别与减震机构固定连接，所述转向羊角的臂杆与转向机构固定连接，所述差速器的传动轴穿过转向羊角中心孔与车轮固定连接。
通过采用上述技术方案，轮式机器人底盘车架上设置有四轮驱动机构，底盘车架前后对称设置有差速器和转向机构，差速器与四轮驱动机构固定连接，转向机构固定设置于底盘车架上，四只车轮上各设置有减震机构，车轮上转动设置有转向羊角，转向羊角上耳和下耳分别与减震机构固定连接，转向羊角的臂杆与转向机构固定连接，差速器的传动轴穿过转向羊角中心孔与车轮固定连接，其中四轮驱动机构为现有技术中能将动力分别传动给前后轮的动力装置，采用锂电池作为动力来源，底盘车架前后的转向机构能分别控制前轮和后轮，使得前轮和后轮转向一致或者相反的两种联动模式，四只车轮通过转向羊角独立的悬挂于减震机构上。当控制车辆转弯时，底盘车架前端的转向机构控制前端的两只车轮同时向一侧转动，而底盘车架后端的转向机构既可以控制后端的两只车轮与前端两只车轮转向相同，也可控制后端的两只车轮与前端两只车轮转向相反，与此同时，由于前后差速器的作用，使得前后端左右两侧的车轮可以以不同的速度进行转弯，遇到道路不平等复杂地形时，四只车轮上的减震机构可独立的实现减震效果。本发明通过车轮的转向羊角上的减震机构实现四轮独立减震效果，通过底盘车架前后对称设置的差速器、转向机构实现了前后端车轮独立转向、左右两侧车轮独立差速转向的联动效果，并且通过转向羊角将差速器、转向机构、减震机构和车轮形成一个整体，实现不同的技术效果。
作为本发明的进一步设置，所述减震机构包括上支臂、下支臂、减震弹簧，所述上支臂一端与底盘车架上方铰接，另一端与转向羊角上端固定连接，所述下支臂一端与底盘车架下方铰接，另一端与转向羊角下端固定连接，所述减震弹簧一端与底盘车架上方铰接，另一端与下支臂铰接。
通过采用上述技术方案，减震机构上的上支臂的一端和下支臂的一端分别与底盘车架上方和下方铰接，上支臂、下支臂的另一端分别与转向羊角的上端和下端固定连接，减震弹簧一端与底盘车架上方铰接，另一端与下支臂铰接，上支臂、转向羊角、下支臂和底盘车架组成了可变形的四边形悬挂结构，底盘车架和下支臂之间的减震弹簧起到减震作用，底盘车架上四只车轮形成独立减震悬挂结构。
作为本发明的进一步设置，所述上支臂呈U形，下支臂呈A形，所述上支臂U形开口两端与底盘车架上方铰接，另一端与转向羊角上端固定连接，所述下支臂A形开口两端与底盘车架下方铰接，另一端与转向羊角下端固定连接。
通过采用上述技术方案，上支臂呈U字形，下支臂呈A字形，减震机构上的上支臂U形开口两端和下支臂A形开口两端分别与底盘车架铰接，上支臂、下支臂的另一端分别与转向羊角的上端和下端固定连接，U形的上支臂和A形的下支臂结构提高了减震机构的整体刚性，形成的四边形悬挂结构更加稳定。
作为本发明的进一步设置，所述减震机构还包括连接板，所述连接板与下支臂固定连接，所述连接板一端向底盘车架方向延伸，所述减震弹簧与连接板延伸的一端固定连接。
通过采用上述技术方案，在下支臂处设置有一连接板，连接板的一端靠近底盘车架，减震弹簧一端与连接板铰接，增加的连接板不仅能进一步提高下支臂的整体刚性，还能使减震弹簧安装在上支臂和下支臂的侧边，合理地利用了底盘车架与车轮之间空间，安装部件的空间布局更加合理。
作为本发明的进一步设置，所述上支臂、下支臂与转向羊角的固定连接方式均采用万向球头固定连接。
通过采用上述技术方案，上支臂的一端与转向羊角上端采用万向球头固定连接，下支臂的一端与转向羊角下端采用万向球头固定连接，当车轮在转向时，由于万向球头的作用，减震机构不会随着车轮在水平方向上移动，增强了减震机构的独立性。
作为本发明的进一步设置，所述差速器的传动轴设置为球笼传动轴，所述球笼传动轴一端与差速器固定连接，另一端穿过转向羊角中心孔与车轮固定连接。
通过采用上述技术方案，差速器的动力来源由四轮驱动机构输入，差速器传动轴设置为球笼传动轴，球笼传动轴穿过转向羊角中心孔与车轮固定连接，带动车轮转动，球笼传动轴传动效率高，能适应车轮大范围角度的转动，而且占用空间小。
作为本发明的进一步设置，所述转向机构包括减速电机、转向机、万向连杆，所述减速电机、转向机均固定设置于底盘车架上，所述减速电机与转向机通过皮带传动，所述万向连杆左右对称设置，所述万向连杆一端与减速电机固定连接，另一端与转向羊角的臂杆固定连接。
通过采用上述技术方案，减速电机和转向机之间通过皮带传动，万向连杆一端与减速电机固定连接，另一端与转向羊角的臂杆固定连接，通过减速电机、转向机的转动最终转化为万向连杆的位移，万向连杆的位移使车轮形成一定角度的转动，完成机器人底盘的转向，万向连杆的传动方向稳定，传动效率高。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，当控制车辆转弯时，底盘车架前端的转向机构控制前端的两只车轮同时向一侧转动，而底盘车架后端的转向机构既可以控制后端的两只车轮与前端两只车轮转向相同，也可控制后端的两只车轮与前端两只车轮转向相反，与此同时，由于前后差速器的作用，使得前后端左右两侧的车轮可以以不同的速度进行转弯，遇到道路不平等复杂地形时，四只车轮上的减震机构可独立的实现减震效果。本发明通过车轮的转向羊角上的减震机构实现四轮独立减震效果，通过底盘车架前后对称设置的差速器、转向机构实现了前后端车轮独立转向、左右两侧车轮独立差速转向的联动效果，并且通过转向羊角将差速器、转向机构、减震机构和车轮形成一个整体，实现不同的技术效果。
2、本发明提供的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，减震机构上的上支臂的一端和下支臂的一端分别与底盘车架上方和下方铰接，上支臂、下支臂的另一端分别与转向羊角的上端和下端固定连接，减震弹簧一端与底盘车架上方铰接，另一端与下支臂铰接，上支臂、转向羊角、下支臂和底盘车架组成了可变形的四边形悬挂结构，底盘车架和下支臂之间的减震弹簧起到减震作用，底盘车架上四只车轮形成独立减震悬挂结构，上支臂呈U字形，下支臂呈A字形，U形的上支臂和A形的下支臂结构提高了减震机构的整体刚性，形成的四边形悬挂结构更加稳定，在下支臂处设置有一连接板，增加的连接板不仅能进一步提高下支臂的整体刚性，还能使减震弹簧安装在上支臂和下支臂的侧边，合理地利用了底盘车架与车轮之间空间，安装部件的空间布局更加合理。
3、本发明提供的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，上支臂的一端与转向羊角上端采用万向球头固定连接，下支臂的一端与转向羊角下端采用万向球头固定连接，当车轮在转向时，由于万向球头的作用，减震机构不会随着车轮在水平方向上移动，增强了减震机构的独立性。
4、本发明提供的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，差速器的动力来源由四轮驱动机构输入，差速器传动轴设置为球笼传动轴，球笼传动轴穿过转向羊角中心孔与车轮固定连接，带动车轮转动，球笼传动轴传动效率高，能适应车轮大范围角度的转动，而且占用空间小。
5、本发明提供的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，减速电机和转向机之间通过皮带传动，万向连杆一端与减速电机固定连接，另一端与转向羊角的臂杆固定连接，通过减速电机、转向机的转动最终转化为万向连杆的位移，万向连杆的位移使车轮形成一定角度的转动，完成机器人底盘的转向，万向连杆的传动方向稳定，传动效率高。
附图说明
图1是本发明的轮式机器人底盘立体结构示意图；
图2是本发明机器人底盘车轮转动的两种联动模式示意图；
图3是本发明的轮式机器人底盘结构左视结构示意图；
图4是本发明的轮式机器人底盘差速器连接立体结构示意图；
图5是本发明的轮式机器人底盘转向机构立体结构示意图；
图6是本发明的轮式机器人底盘减震机构立体结构示意图。
附图中，1、四轮驱动机构；2、差速器；21、球笼传动轴；3、转向机构；31、减速电机；32、转向机；33、万向连杆；4、减震机构；41、上支臂；42、下支臂；43、减震弹簧；44、连接板；5、底盘车架；6、车轮；7、转向羊角。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参照图1-图6，本发明提供的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，包括四轮驱动机构1、差速器2，转向机构3、减震机构4，所述四轮驱动机构1设置于底盘车架5上，所述差速器2前后对称设置于底盘车架5上，所述差速器2与四轮驱动机构1固定连接，所述转向机构3前后对称设置于底盘车架5上，所述减震机构4对称设置于底盘车架5四角，所述底盘车架5四角设置有车轮6，所述车轮上转动设置有转向羊角7，所述转向羊角7上耳和下耳分别与减震机构4固定连接，所述转向羊角7的臂杆与转向机构3固定连接，所述差速器2的传动轴穿过转向羊角7中心孔与车轮6固定连接。采用上述技术方案，轮式机器人底盘车架5上设置有四轮驱动机构1，底盘车架5前后对称设置有差速器2和转向机构3，差速器2与四轮驱动机构1固定连接，转向机构3固定设置于底盘车架5上，四只车轮6上各设置有减震机构4，车轮6上转动设置有转向羊角7，转向羊角7上耳和下耳分别与减震机构4固定连接，转向羊角7的臂杆与转向机构3固定连接，差速器2的传动轴穿过转向羊角7中心孔与车轮6固定连接，其中四轮驱动机构1为现有技术中能将动力分别传动给前后轮的动力装置，采用锂电池作为动力来源，底盘车架5前后的转向机构3能分别控制前轮和后轮，使得前轮和后轮转向一致或者相反的两种联动模式，四只车轮6通过转向羊角7独立的悬挂于减震机构4上。当控制车辆转弯时，底盘车架5前端的转向机构3控制前端的两只车轮6同时向一侧转动，而底盘车架5后端的转向机构3既可以控制后端的两只车轮6与前端两只车轮6转向相同，也可控制后端的两只车轮6与前端两只车轮6转向相反，与此同时，由于前后差速器2的作用，使得前后端左右两侧的车轮6可以以不同的速度进行转弯，遇到道路不平等复杂地形时，四只车轮6上的减震机构4可独立的实现减震效果。本发明通过车轮6的转向羊角7上的减震机构4实现四轮独立减震效果，通过底盘车架5前后对称设置的差速器2、转向机构3实现了前后端车轮6独立转向、左右两侧车轮6独立差速转向的联动效果，并且通过转向羊角7将差速器2、转向机构3、减震机构4和车轮6形成一个整体，实现不同的技术效果。
更进一步地，所述减震机构4包括上支臂41、下支臂42、减震弹簧43，所述上支臂41一端与底盘车架5上方铰接，另一端与转向羊角7上端固定连接，所述下支臂42一端与底盘车架5下方铰接，另一端与转向羊角7下端固定连接，所述减震弹簧43一端与底盘车架5上方铰接，另一端与下支臂42铰接，所述上支臂41呈U形，下支臂42呈A形，所述上支臂41U形开口两端与底盘车架5上方铰接，另一端与转向羊角7上端固定连接，所述下支臂42A形开口两端与底盘车架5下方铰接，另一端与转向羊角7下端固定连接。采用上述技术方案，减震机构4上的上支臂41的一端和下支臂42的一端分别与底盘车架5上方和下方铰接，上支臂41、下支臂42的另一端分别与转向羊角7的上端和下端固定连接，减震弹簧43一端与底盘车架5上方铰接，另一端与下支臂42铰接，上支臂41、转向羊角7、下支臂42和底盘车架5组成了可变形的四边形悬挂结构，底盘车架5和下支臂42之间的减震弹簧43起到减震作用，底盘车架5上四只车轮6形成独立减震悬挂结构，上支臂41呈U字形，下支臂42呈A字形，U形的上支臂41和A形的下支臂42结构提高了减震机构4的整体刚性，形成的四边形悬挂结构更加稳定，在下支臂42处设置有一连接板44，增加的连接板44不仅能进一步提高下支臂42的整体刚性，还能使减震弹簧43安装在上支臂41和下支臂42的侧边，合理地利用了底盘车架5与车轮6之间空间，安装部件的空间布局更加合理。
更进一步地，所述上支臂41、下支臂42与转向羊角7的固定连接方式均采用万向球头固定连接。采用上述技术方案，上支臂41的一端与转向羊角7上端采用万向球头固定连接，下支臂42的一端与转向羊角7下端采用万向球头固定连接，当车轮6在转向时，由于万向球头的作用，减震机构4不会随着车轮6在水平方向上移动，增强了减震机构4的独立性。
更进一步地，所述差速器2的传动轴设置为球笼传动轴21，所述球笼传动轴21一端与差速器2固定连接，另一端穿过转向羊角7中心孔与车轮6固定连接。采用上述技术方案，差速器2的动力来源由四轮驱动机构1输入，差速器2传动轴设置为球笼传动轴21，球笼传动轴21穿过转向羊角7中心孔与车轮6固定连接，带动车轮6转动，球笼传动轴21传动效率高，能适应车轮6大范围角度的转动，而且占用空间小。
更进一步地，所述转向机构3包括减速电机31、转向机32、万向连杆33，所述减速电机31、转向机32均固定设置于底盘车架5上，所述减速电机31与转向机32通过皮带传动，所述万向连杆33左右对称设置，所述万向连杆33一端与减速电机31固定连接，另一端与转向羊角7的臂杆固定连接。采用上述技术方案，减速电机31和转向机32之间通过皮带传动，万向连杆33一端与减速电机31固定连接，另一端与转向羊角7的臂杆固定连接，通过减速电机31、转向机32的转动最终转化为万向连杆33的位移，万向连杆33的位移使车轮6形成一定角度的转动，完成机器人底盘的转向，万向连杆33的传动方向稳定，传动效率高。

Claims (7)

1.一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：包括四轮驱动机构(1)、差速器(2)，转向机构(3)、减震机构(4)，所述四轮驱动机构(1)设置于底盘车架(5)上，所述差速器(2)前后对称设置于底盘车架(5)上，所述差速器(2)与四轮驱动机构(1)固定连接，所述转向机构(3)前后对称设置于底盘车架(5)上，所述减震机构(4)对称设置于底盘车架(5)四角，所述底盘车架(5)四角设置有车轮(6)，所述车轮上转动设置有转向羊角(7)，所述转向羊角(7)上耳和下耳分别与减震机构(4)固定连接，所述转向羊角(7)的臂杆与转向机构(3)固定连接，所述差速器(2)的传动轴穿过转向羊角(7)中心孔与车轮(6)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：所述减震机构(4)包括上支臂(41)、下支臂(42)、减震弹簧(43)，所述上支臂(41)一端与底盘车架(5)上方铰接，另一端与转向羊角(7)上端固定连接，所述下支臂(42)一端与底盘车架(5)下方铰接，另一端与转向羊角(7)下端固定连接，所述减震弹簧(43)一端与底盘车架(5)上方铰接，另一端与下支臂(42)铰接。
3.根据权利要求2所述的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：所述上支臂(41)呈U形，下支臂(42)呈A形，所述上支臂(41)U形开口两端与底盘车架(5)上方铰接，另一端与转向羊角(7)上端固定连接，所述下支臂(42)A形开口两端与底盘车架(5)下方铰接，另一端与转向羊角(7)下端固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：所述减震机构(4)还包括连接板(44)，所述连接板(44)与下支臂(42)固定连接，所述连接板(44)一端向底盘车架(5)方向延伸，所述减震弹簧(43)与连接板(44)延伸的一端固定连接。
5.根据权利要求2所述的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：所述上支臂(41)、下支臂(42)与转向羊角(7)的固定连接方式均采用万向球头固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：所述差速器(2)的传动轴设置为球笼传动轴(21)，所述球笼传动轴(21)一端与差速器(2)固定连接，另一端穿过转向羊角(7)中心孔与车轮(6)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种四轮独立减震、转向及驱动的轮式机器人底盘，其特征在于：所述转向机构(3)包括减速电机(31)、转向机(32)、万向连杆(33)，所述减速电机(31)、转向机(32)均固定设置于底盘车架(5)上，所述减速电机(31)与转向机(32)通过皮带传动，所述万向连杆(33)左右对称设置，所述万向连杆(33)一端与减速电机(31)固定连接，另一端与转向羊角(7)的臂杆固定连接。
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