CN103495968A - 一种移动焊接机器人底盘机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动焊接机器人底盘机构，采用差速方式驱动，其结构包括机体、驱动装置、永磁吸附装置、防跌落装置、避障装置和导向轮；驱动装置安装于机体下方，用于驱动机器人底盘移动和转向；永磁间隙吸附装置安装于机体底部，增大驱动轮与工作平面的附着力，增加机体稳定性和防止驱动轮打滑；导向轮与驱动轮共同支撑机体平台；避障装置安装于机体前方，用于检测机体前方障碍物；防跌落装置安装于机体下方，防止机体从工作平面向下跌落。该装置移动灵活，驱动和转向机构简单，具有避障和防跌落功能。

Description

一种移动焊接机器人底盘机构

技术领域

本发明涉及一种移动焊接机器人底盘机构，属于机器人技术领域。

背景技术

在现有技术中，移动机器人底盘机构的驱动方式有轮式、多足式、履带式和混合式等多种。轮式移动机器人控制简单，每运动单位距离消耗的能量最小，通常比履带式和多足式底盘机构运动速度快，因此应用最多。轮式移动机器人底盘机构大体可分为：方向-驱动和差速驱动；在方向-驱动式移动底盘机构上，方向的控制和驱动分别采用不同的电机驱动。对方向的控制和驱动可在相同的轮子上完成（如前轮驱动车），但速度和方向是分别控制。差速驱动底盘机构采用相同的轮子和驱动器来驱动和控制方向，运动方向的改变是通过有比例地控制每个轮子的速度来实现。

目前，用于移动机器人的底盘机构在结构上主要有三轮和四轮结构。三轮式结构最常见，其常用的结构是利用两个高精度的驱动轮和一个随动轮结构。两驱动轮分别由两个电机经过减速器减速后进行驱动，随动轮可置于本体的前部或后部。底盘机构的转向由两个驱动轮的速度差决定，通过对两个电机施加不同的速度控制量可以实现任意方向的运动。也有采用前轮既是驱动轮也是舵轮，它需要两个单独的电机进行转向和驱动控制。还有一种采用同步驱动方式，三个轮子均匀分布，用齿轮或链条将轮子与分别控制方向和驱动的电机相连，驱动电机驱动轮子运动，转向电机控制轮子转向。四轮结构也有类似三轮结构的配置方式，如驱动-转向综合控制和单独控制等。但是与采用三轮的移动机器人相比，四轮结构虽然更稳定，但结构复杂，回转半径较大，转向不灵活，因此采用四轮结构的移动机器人并不多见。

因此，综上所述，之前所采用三轮结构的底盘机构，结构外形尺寸较大，在空间受限的平面上运动灵活性较差。 

发明内容

本发明的目的是针对现有轮式机器人底盘机构的缺点，提供一种移动焊接机器人底盘机构。该机器人底盘机构运动灵活，可实现零转向半径，结构和控制简单，同时，具有避障和防跌落功能。

本发明所述一种移动焊接机器人底盘机构，采用轮式差速驱动结构，包括机体、驱动装置、导向轮、永磁吸附装置、避障装置和防跌落装置，所述机体为所有装置的安装基础；

所述驱动装置包括驱动轴，驱动轴支座，驱动电机，减速器，主动齿轮，从动齿轮和驱动轮，两驱动轴支座通过连接螺栓安装于机体底部，驱动轴安装于两驱动轴支座之间，并用螺钉固定；两驱动轮通过连接套安装于驱动轴两端；驱动电机采用步进或伺服电机，通过电机连接块与减速器相连，减速器与驱动轴支座通过连接螺钉相连；主动齿轮安装于减速器的轴出轴上，从动齿轮通过一滚动轴承安装于驱动轴上；驱动电机的运动通过齿轮啮合传递给驱动轮；

所述导向轮包括万向球和绝缘套，采用螺栓安装于机体前部，并通过绝缘套与机体绝缘，万向球包括导向轮本体，钢珠，压盖，弹性档圈，钢球；

所述永磁吸附装置安装于所述机体中部，包括磁铁调节手柄、磁铁凸轮轴、磁铁凸轮轴套、磁铁传动板、磁座、永磁铁、磁座轴承座、磁座轴；两磁座轴承座通过螺栓与机体相连，磁座与两个磁座轴承座通过两个磁座轴相连，四个永磁铁安装在磁座中；磁铁传动板采用导磁材料制造，安装于磁座上，用于固定永磁铁，磁铁凸轮轴套采用三个螺栓安装于机体上，磁铁凸轮轴安装于磁铁凸轮轴套内，其轴一端安装磁铁调节手柄，另一端的凸轮与磁铁传动板下表面接触，磁铁调节手柄与磁铁凸轮轴通过销连接；

所述避障装置由一超声传感器组成，安装于所述机体前部，防跌落装置由四个光电传感器组成，安装于所述机体四周；

移动焊接机器人底盘机构移动和转向通过控制两独立的驱动电机转速来实现，当两驱动电机转速相同时，机器人沿直线运动；如需转向，可控制两驱动电机转速不同来实现；

当避障装置检测到前方有障碍物时，超声传感器发信号给机器人控制器，然后控制器通过控制两驱动电机转速来转向避障，当防跌落装置检测到前方无工件平面时，传感器发信号给机器人控制器，然后控制器通过控制两驱动电机使机器人底盘停止运动；

所述永磁间隙吸附装置可实现吸附力可调节，具体工作原理是：移动机器人底盘机构正常工作时，磁铁凸轮轴的凸轮的基圆与磁铁传动板接触，此时磁吸附装置与导磁工件距离最小，磁吸附力最大，增加机器人驱动能力和稳定性；当转动磁铁调节手柄一定角度，磁铁凸轮轴的凸轮向上顶起磁铁传动板，使磁座绕磁座轴转动，从而使永磁铁与导磁工件的距离增大，从而使磁吸附力减小；当工作人员需要搬运机器人时，可使磁铁调节手柄转动90度的角度，此时永磁铁与导磁工件的距离最大，磁吸附力最小。

本发明的有益效果：

采用两轮差速驱动，可实现原地360度转向和移动，有效减少了工作空间的死角，控制简单。

采用永磁间隙吸附装置，附着力大，提高驱动力和稳定性；同时，由于吸附力可调节，使机器人在搬运过程中安全、省力。

采用超声传感器检测机体前方障碍物，具有避障能力。

由于机体四周安装了光电传感器，可检测机器人运动环境，防止机器人跌落损坏。

外形尺寸小，可在空间受限的工作区间里灵活运动。

附图说明

图1为本发明所述移动焊接机器人底盘机构的结构示意图；

图中：1、机体 2、驱动装置 3、永磁吸附装置 4、防跌落装置   5、避障装置   6、导向轮；

图2为本发明所述移动焊接机器人底盘机构中驱动装置的结构示意图；

图中：21、驱动电机 22、电机连接块 23、减速器 24、连接螺钉 25、驱动轴支座 26、主动齿轮 27、被动齿轮 28、连接套 29、驱动轴 30、主动齿轮固定垫片 31、驱动轮；

图3为本发明所述移动焊接机器人底盘机构中导向轮的结构示意图；

图中：32、绝缘套 33、钢珠 34、导向轮本体 35、弹性档圈 36、压盖 37、钢球

图4为本发明所述移动焊接机器人底盘机构中永磁吸附装置的示意图；

图5为本发明所述移动焊接机器人底盘机构中吸附力可调永磁间隙吸附装置的仰视图；

图中：41、磁座轴 42、磁座轴承座 43、磁座  44、磁铁凸轮轴 45、磁铁凸轮轴套 46、磁铁调节手柄 47、磁铁传动板  48、永磁铁。

具体实施方式

结合附图说明如下：

本发明所述一种移动焊接机器人底盘机构，采用轮式差速驱动结构，包括机体（1）、驱动装置（2）、导向轮（6）、永磁吸附装置（3）、避障装置（5）和防跌落装置（4）；所述机体（1）为所有装置的安装基础。

所述的驱动装置（2）包括驱动轴（29），驱动轴支座（25），驱动电机（21），减速器（23），主动齿轮（26），从动齿轮（27）和驱动轮（21），两驱动轴支座（25）通过连接螺栓安装于机体（1）后部，驱动轴（29）安装于两驱动轴支座（25）之间，并用螺钉固定；两驱动轮（31）通过连接套（28）安装于驱动轴两端；所述驱动电机（21）采用步进或伺服电机，通过电机连接块（22）与减速器（23）相连，减速器（23）与驱动轴支座（25）通过连接螺钉（24）相连；所述的主动齿轮（26）安装于减速器（23）的轴出轴上，从动齿轮（27）通过一滚动轴承安装于驱动轴（29）上；所述驱动电机（21）的运动通过齿轮啮合传递给驱动轮（31）。

所述的导向轮（6）包括万向球和绝缘套（32），采用螺栓安装于机体前部，并通过绝缘套（1）与机体（1）绝缘；所述的万向球包括导向轮本体（34），钢珠（33），压盖（36），弹性档圈（35），钢球（37）。

所述的永磁吸附装置（3）安装于所述机体（1）中部，包括磁铁调节手柄（46）、磁铁凸轮轴（44）、磁铁凸轮轴套（45）、磁铁传动板（47）、磁座（43）、永磁铁（48）、磁座轴承座（42）、磁座轴（41）；两磁座轴承座（42）通过螺栓与机体（1）相连；所述的磁座（43）与两个磁座轴承座（42）通过两个磁座轴（41）相连，四个永磁铁（48）安装在磁座中；所述磁铁传动板（47）采用导磁材料制造，安装于磁座（43）上，用于固定永磁铁（48）；所述的磁铁凸轮轴套（45）采用三个螺栓安装于机体（1）上；所述的磁铁凸轮轴（44）安装于磁铁凸轮轴套（45）内，其轴一端安装磁铁调节手柄（46），另一端的凸轮与磁铁传动板（47）下表面接触；所述的磁铁调节手柄（46）与磁铁凸轮轴（44）通过销连接。

所述的避障装置（5）由一超声传感器组成，安装于所述机体（1）前部；所述的防跌落装置（4）由四个光电传感器组成，安装于所述机体（1）四周。

本发明所述移动焊接机器人底盘机构工作过程如下：

所述的移动焊接机器人底盘机构移动和转向通过控制两独立的驱动电机（21）转速来实现，当两驱动电机（21）转速相同是，机器人沿直线运动；如需转向，可控制两驱动电机（21）转速不同来实现。

当所述的避障装置（5）检测到前方有障碍物时，超声传感器发信号给机器人控制器，然后控制器通过控制两驱动电机（21）转速来转向避障。当所述的防跌落装置（4）检测到前方无工件平面时，传感器发信号给机器人控制器，然后控制器通过控制两驱动电机（21）使机器人底盘停止运动。

所述的永磁间隙吸附装置可实现吸附力可调节，具体工作原理是：移动机器人底盘机构正常工作时，磁铁凸轮轴（44）的凸轮的基圆与磁铁传动板（47）接触，此时磁吸附装置与导磁工件距离最小，磁吸附力最大，增加机器人驱动能力和稳定性；当转动磁铁调节手柄（46）一定角度，磁铁凸轮轴（43）的凸轮向上顶起磁铁传动板（47），使磁座（43）绕磁座轴（41）转动，从而使永磁铁（48）与导磁工件的距离增大，从而使磁吸附力减小。当工作人员需要搬运机器人时，可使磁铁调节手柄（46）转动90度的角度，此时永磁铁（48）与导磁工件的距离最大，磁吸附力最小。

Claims (1)

1.一种移动焊接机器人底盘机构，其特征是：所述底盘机构结构包括，机体、驱动装置、导向轮、永磁吸附装置、避障装置和防跌落装置，所述机体为所有装置的安装基础；

所述驱动装置包括驱动轴，驱动轴支座，驱动电机，减速器，主动齿轮，从动齿轮和驱动轮，两驱动轴支座通过连接螺栓安装于机体底部，驱动轴安装于两驱动轴支座之间，并用螺钉固定；两驱动轮通过连接套安装于驱动轴两端；驱动电机采用步进或伺服电机，通过电机连接块与减速器相连，减速器与驱动轴支座通过连接螺钉相连；主动齿轮安装于减速器的输出轴上，从动齿轮通过一滚动轴承安装于驱动轴上；驱动电机的运动通过齿轮啮合传递给驱动轮；

所述导向轮包括万向球和绝缘套，采用螺栓安装于机体前部，并通过绝缘套与机体绝缘，万向球包括导向轮本体，钢珠，压盖，弹性档圈，钢球；

所述永磁吸附装置安装于所述机体中部，包括磁铁调节手柄、磁铁凸轮轴、磁铁凸轮轴套、磁铁传动板、磁座、永磁铁、磁座轴承座、磁座轴；两磁座轴承座通过螺栓与机体相连，磁座与两个磁座轴承座通过两个磁座轴相连，四个永磁铁安装在磁座中；磁铁传动板采用导磁材料制造，安装于磁座上，用于固定永磁铁，磁铁凸轮轴套采用三个螺栓安装于机体上，磁铁凸轮轴安装于磁铁凸轮轴套内，其轴一端安装磁铁调节手柄，另一端的凸轮与磁铁传动板下表面接触，磁铁调节手柄与磁铁凸轮轴通过销连接；

所述避障装置由一超声传感器组成，安装于所述机体前部，防跌落装置由四个光电传感器组成，安装于所述机体四周；

移动焊接机器人底盘机构移动和转向通过控制两独立的驱动电机转速来实现，当两驱动电机转速相同是，机器人沿直线运动；如需转向，可控制两驱动电机转速不同来实现；

当避障装置检测到前方有障碍物时，超声传感器发信号给机器人控制器，然后控制器通过控制两驱动电机转速来转向避障，当防跌落装置检测到前方无工件平面时，传感器发信号给机器人控制器，然后控制器通过控制两驱动电机使机器人底盘停止运动；

所述永磁间隙吸附装置可实现吸附力可调节，具体工作原理是：移动机器人底盘机构正常工作时，磁铁凸轮轴的凸轮的基圆与磁铁传动板接触，此时磁吸附装置与导磁工件距离最小，磁吸附力最大，增加机器人驱动能力和稳定性；当转动磁铁调节手柄一定角度，磁铁凸轮轴的凸轮向上顶起磁铁传动板，使磁座绕磁座轴转动，从而使永磁铁与导磁工件的距离增大，从而使磁吸附力减小；当工作人员需要搬运机器人时，可使磁铁调节手柄转动90度的角度，此时永磁铁与导磁工件的距离最大，磁吸附力最小。

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