CN209887574U - 服务机器人可变形麦轮运动底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种服务机器人可变形麦轮运动底盘，其特征在于，包括麦克纳姆轮、固定挂钩、变形轮轮体、外侧外盘、六角头螺母、外盘螺栓杆、自攻螺钉、内侧外盘、舵机U形架、连接轴、舵机、紧固螺钉、内盘连接螺栓、内盘连接螺母、内盘；本实用新型运动底盘的可变形麦克纳姆轮是可以打开的，外侧是负责全向移动的麦克纳姆轮辊子，内侧是变形轮结构。变形原理是在遇到障碍物时舵机控制内盘转动，变形轮轮辐转动使外盘螺栓在滑道内滑动，撑开变形麦轮使之打开为三爪形。扩大有效越障半径完成跨越门槛的动作要求。故该运动底盘在移动越障时有两个原动件，直流伺服电机控制移动，舵机控制内盘与外盘的相对转动，即控制变形。

Description

服务机器人可变形麦轮运动底盘

技术领域

本实用新型属于服务机器人全向移动技术领域，具体涉及服务机器人可变形麦轮运动底盘，以实现灵活转向的同时完成越障功能。

背景技术

随着世界经济的快速发展以及人类生活水平的不断的进步,人们的消费对象越来越转向服务方向。新兴的服务机器人适应这一潮流，目前正蓬勃发展。服务机器人应用于餐饮服务、商场服务、会议服务、家居公用等多个场合。但由于应用场合地形狭窄，人流繁忙这就要求服务机器人的底盘性能具有通过狭小空间的能力，在必要时还需具备一定的越障能力。

就目前发展情况，移动机器人的底盘运动结构主要有以下几种：轮式结构机器人它以其灵活的转向性能，运行的稳定性，控制的简洁性、高效率性能成为最常见的移动方式。但它在越障性能上存在很大不足。室内的门槛台阶等都会成为它行进的障碍。履带式结构机器人它的适应性强，可以在多种复杂地形前行，许多星球探测车都是采用轮式与履带式的结合。但此种结构在狭窄地形转向能力差、效率低，并且占用空间大不适用于室内运作。腿足式结构机器人它的设计结构多样，应用于特殊场合，但由于控制复杂、效率低在服务机器人领域使用很少。可见常见移动底盘结构都存在结构上的弊端，在服务机器人上的研究还不完善。

实用新型内容

针对现有技术上的不足，本实用新型拟解决的问题是，提供一种服务机器人可变形麦轮运动底盘。该可变形麦轮主要针对在餐厅等公共场合，解放劳动力完全实现自动的送餐等服务。解决了普通机器人无法实现的在狭小环境下全向移动、自主导航避障甚至越障的功能。使用者只需远程下达命令，服务机器人便能够实现全方位的自主行走，依靠自身结构的特点实现自主越障，从而达到送餐等目的。该可变形麦轮适用于餐饮、酒店、会议、展览、家居等多个领域，非常适用于二次开发，具有广阔的应用前景。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：设计一种服务机器人可变形麦轮运动底盘，其特征在于，包括麦克纳姆轮、固定挂钩、变形轮轮体、外侧外盘、六角头螺母、外盘螺栓杆、自攻螺钉、内侧外盘、舵机U形架、连接轴、舵机、紧固螺钉、内盘连接螺栓、内盘连接螺母、内盘；所述麦克纳姆轮包括麦克纳姆轮小轴、弹簧卡圈、麦克纳姆轮固定轴套、麦克纳姆轮轴套；

所述变形轮轮体由三个完全相同的1/3变形轮构成，与轮心成环形阵列分布；每个1/3变形轮的外周面上、下两端均固定焊接有三个固定挂钩，每个固定挂钩与1/3变形轮的外周面呈相同角度安装，上端的九个固定挂钩均布于变形轮轮体的外周面上形成按顺时针排布的锯齿轮状，下端的九个固定挂钩均布于变形轮轮体的外周面上形成按逆时针排布的锯齿轮状；每个固定挂钩的末端设置有固定孔；

麦克纳姆轮轴套套装在麦克纳姆轮小轴的外周，麦克纳姆轮小轴的长度较麦克纳姆轮轴套的长度长，麦克纳姆轮小轴的两末端均安装有弹簧卡圈和麦克纳姆轮固定轴套；麦克纳姆轮小轴的一端安装在上端的固定挂钩末端的固定孔内，通过弹簧卡圈和麦克纳姆轮固定轴套进行紧固；麦克纳姆轮小轴的另一端安装在与该上端的固定挂钩位置相对的下端的固定挂钩上；固定挂钩的内孔中心线与安装在其上的麦克纳姆轮小轴中心线重合，与靠近其一侧的麦克纳姆轮轴套端面的边缘处成45°；

每个1/3变形轮的内侧设置有近似“Y”型的轮辐，其顶部两端横向焊接在每个1/3变形轮的内表面上，末端设置有中心孔，一分支上设置有变形孔；外盘螺栓杆设置在设置在其变形孔内，并可沿变形孔滑动；每个1/3变形轮的轮辐末端通过在其中心孔内安装内盘连接螺栓固定在两个内盘之间，两侧通过内盘连接螺母紧固；外侧外盘通过三个外盘螺栓杆和三组六角头螺母与内侧外盘相连；一组六角头螺母为两个，分别安装在内侧外盘两侧的外盘螺栓杆上，限制内侧外盘沿外盘螺栓杆的移动；

所述连接轴一端与电机联轴器连接，另一端与舵机U形架连接，其两端的连接均为过盈连接；舵机U形架通过紧固螺钉固连在内侧外盘上，内侧外盘外侧开槽使舵机可以镶嵌其中；舵机U型架与舵机为间隙配合，舵机通过自攻螺钉与内侧外盘11固连；舵机的输出轴与内盘连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型运动底盘中的可变形麦克纳姆轮是可以打开的，外侧是负责全向移动的麦克纳姆轮辊子，内侧是变形轮结构。变形原理是在遇到障碍物时舵机控制内盘转动，变形轮轮辐转动使外盘螺栓在滑道内滑动，撑开变形麦轮使之打开为三爪形。扩大有效越障半径完成跨越门槛的动作要求。故该运动底盘在移动越障时有两个原动件，直流伺服电机控制移动，舵机控制内盘与外盘的相对转动，即控制变形。

本实用新型的显著进步是：

本实用新型采用麦克纳姆轮轮缘与地面接触，可以在平地面行走时保持完整圆形结构，并继承麦轮全向移动的优点，实现在狭小地形的灵活转向能力。本实用新型运动底盘的轮子内部采用变形轮结构，在当服务机器人遇到门槛等典型障碍物时，变形麦轮打开成三爪形态，及扩大了有效越障半径有为越障提供了支点。很大程度上提高了越障性能。

本实用新型运动底盘的最内侧安装在电机上面，为轮子的变形越障提供了空间，有效避免了服务机器人在越障过程中可能出现的底盘与障碍物干涉的情况。

本实用新型运动底盘布局可以为四轮对称布置，其中麦轮的布局满足雅克比矩阵满秩，以达到机器人学上的全向移动要求。其中轮子个数设计为四个，较传统全向轮三个布局稳定性更好，在电机支撑位置还布置了空气减震弹簧，以满足服务机器人在行走时时刻保证四轮同时着地使运行更平稳。

本实用新型结构控制简洁、回路清晰，运行平稳。车轮轮辐采用铝合金材质，大大减轻了轮子的重量。符合绿色设计、可靠性设计、经济性设计的要求。

附图说明

图1为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例的动力传递部分与内侧外盘的安装示意图；

图3为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例的变形部分的安装示意图；

图4为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例变形轮轮体的1/3变形轮结构示意图；

图5为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例麦克纳姆轮剖视结构示意图；

图6为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例的另一角度立体结构示意图；

图7为本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘一种实施例的变形轮前后状态示意图，其中图7(a)为变形前，图7(b)为变形后。

图中，1—麦克纳姆轮小轴、2—弹簧卡圈、3—麦克纳姆轮固定轴套、4—固定挂钩、5—麦克纳姆轮轴套、6—变形轮轮体、7—外侧外盘、8—六角头螺母、9—螺栓杆、10—自攻螺钉、11—内侧外盘、12—舵机U形架、13—连接轴、 14—舵机、15—螺钉、16—内盘连接螺栓、17—内盘连接螺母、18—内盘。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本实用新型，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本实用新型服务机器人可变形麦轮运动底盘(简称运动底盘，参见图1-7)，包括麦克纳姆轮、固定挂钩4、变形轮轮体6、外侧外盘7、六角头螺母8、外盘螺栓杆9、自攻螺钉10、内侧外盘11、舵机U形架12、连接轴13、舵机14、紧固螺钉15、内盘连接螺栓16、内盘连接螺母17、内盘18。所述麦克纳姆轮包括麦克纳姆轮小轴1、弹簧卡圈2、麦克纳姆轮固定轴套3、麦克纳姆轮轴套 5。

所述变形轮轮体6由三个完全相同的1/3变形轮构成，与轮心成环形阵列分布。每个1/3变形轮的外周面上、下两端均固定焊接有三个固定挂钩4，每个固定挂钩4与1/3变形轮的外周面呈相同角度安装，上端的九个固定挂钩4 均布于变形轮轮体6的外周面上形成按顺时针排布的锯齿轮状，下端的九个固定挂钩4均布于变形轮轮体6的外周面上形成按逆时针排布的锯齿轮状。每个固定挂钩4的末端设置有固定孔。

麦克纳姆轮轴套5套装在麦克纳姆轮小轴1的外周，麦克纳姆轮小轴1的长度较麦克纳姆轮轴套5的长度长，麦克纳姆轮小轴1的两末端均安装有弹簧卡圈2和麦克纳姆轮固定轴套3；麦克纳姆轮小轴1的一端安装在上端的固定挂钩4末端的固定孔内，通过弹簧卡圈2和麦克纳姆轮固定轴套3进行紧固。麦克纳姆轮小轴1的另一端安装在与该上端的固定挂钩4位置相对的下端的固定挂钩4上。固定挂钩4的内孔中心线与安装在其上的麦克纳姆轮小轴1中心线重合，与靠近其一侧的麦克纳姆轮轴套5端面的边缘处成45°；

每个1/3变形轮的内侧设置有近似“Y”型的轮辐，其顶部两端横向焊接在每个1/3变形轮的内表面上，末端设置有中心孔，一分支上设置有变形孔。外盘螺栓杆9设置在设置在其变形孔内，并可沿变形孔滑动。每个1/3变形轮的轮辐末端通过在其中心孔内安装内盘连接螺栓16固定在两个内盘18之间，两侧通过内盘连接螺母17紧固。外侧外盘7通过三个外盘螺栓杆9和三组六角头螺母8与内侧外盘11相连。一组六角头螺母8为两个，分别安装在内侧外盘 11两侧的外盘螺栓杆9上，限制内侧外盘11沿外盘螺栓杆9的移动。

所述连接轴13一端与电机联轴器连接，另一端与舵机U形架12连接，其两端的连接均为过盈连接；舵机U形架12通过紧固螺钉15固连在内侧外盘11 上，内侧外盘11外侧开槽使舵机14可以镶嵌其中。舵机U型架12与舵机14 为间隙配合，舵机14通过自攻螺钉10与内侧外盘11固连。舵机14的输出轴与内盘18连接。

运动底盘运动时连接轴13传递来自直流伺服电机的转矩，依靠舵机U形架 12将转矩传递到外盘上，外盘7转动带动轮子转动。舵机14在需要变形时运转，通过外盘7中心孔与内盘18连接驱动内盘18相对外盘变形进而越障。

所述九个麦克纳姆轮轴套外侧连线成圆形，使轮子外形更完整，可以保证在平地运行时更稳定。

所述舵机镶嵌于内侧外盘11的外侧，充分利用了有限的空间，使变形机构更加紧凑。螺栓连接U性架等固定皆为对称布置极大提高了运动底盘在运行时的稳定性。

本实用新型的工作原理及过程为：在平地运行时，控制器通过对直流伺服电机的控制使动力通过联轴器传递到连接轴13，连接轴13与舵机U形架12过盈配合，又将动力传递到外盘，外盘与变形轮轮体通过螺栓连接，这样外盘转动带动变形轮轮体转动从而实现整个运动底盘的平地移动。在需要越障时，镶嵌于内侧外盘11中的舵机14通过舵机输出轴驱动内盘18转动，内盘18通过螺栓与变形轮轮体连接，当变形轮转动时使外盘螺栓杆9在变形轮变形孔内滑动，撑开变形轮轮体打开成三爪形态。三爪形态增加了有效越障半径，并为越障提供支点，有效增大了越障能力。

本实用新型运动底盘可以根据不同的应用场合选择合适的个数进行组合装配使用。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.服务机器人可变形麦轮运动底盘，其特征在于，包括麦克纳姆轮、固定挂钩、变形轮轮体、外侧外盘、六角头螺母、外盘螺栓杆、自攻螺钉、内侧外盘、舵机U形架、连接轴、舵机、紧固螺钉、内盘连接螺栓、内盘连接螺母、内盘；所述麦克纳姆轮包括麦克纳姆轮小轴、弹簧卡圈、麦克纳姆轮固定轴套、麦克纳姆轮轴套；

所述变形轮轮体由三个完全相同的1/3变形轮构成，与轮心成环形阵列分布；每个1/3变形轮的外周面上、下两端均固定焊接有三个固定挂钩，每个固定挂钩与1/3变形轮的外周面呈相同角度安装，上端的九个固定挂钩均布于变形轮轮体的外周面上形成按顺时针排布的锯齿轮状，下端的九个固定挂钩均布于变形轮轮体的外周面上形成按逆时针排布的锯齿轮状；每个固定挂钩的末端设置有固定孔；

麦克纳姆轮轴套套装在麦克纳姆轮小轴的外周，麦克纳姆轮小轴的长度较麦克纳姆轮轴套的长度长，麦克纳姆轮小轴的两末端均安装有弹簧卡圈和麦克纳姆轮固定轴套；麦克纳姆轮小轴的一端安装在上端的固定挂钩末端的固定孔内，通过弹簧卡圈和麦克纳姆轮固定轴套进行紧固；麦克纳姆轮小轴的另一端安装在与该上端的固定挂钩位置相对的下端的固定挂钩上；固定挂钩的内孔中心线与安装在其上的麦克纳姆轮小轴中心线重合，与靠近其一侧的麦克纳姆轮轴套端面的边缘处成45°；

每个1/3变形轮的内侧设置有近似“Y”型的轮辐，其顶部两端横向焊接在每个1/3变形轮的内表面上，末端设置有中心孔，一分支上设置有变形孔；外盘螺栓杆设置在设置在其变形孔内，并可沿变形孔滑动；每个1/3变形轮的轮辐末端通过在其中心孔内安装内盘连接螺栓固定在两个内盘之间，两侧通过内盘连接螺母紧固；外侧外盘通过三个外盘螺栓杆和三组六角头螺母与内侧外盘相连；一组六角头螺母为两个，分别安装在内侧外盘两侧的外盘螺栓杆上，限制内侧外盘沿外盘螺栓杆的移动；

所述连接轴一端与电机联轴器连接，另一端与舵机U形架连接，其两端的连接均为过盈连接；舵机U形架通过紧固螺钉固连在内侧外盘上，内侧外盘外侧开槽使舵机可以镶嵌其中；舵机U型架与舵机为间隙配合，舵机通过自攻螺钉与内侧外盘11固连；舵机的输出轴与内盘连接。

2.根据权利要求1所述的服务机器人可变形麦轮运动底盘，其特征在于，所述麦克纳姆轮轴套外侧连线成圆形。

Images