CN105620572A - 服务机器人用全方位移动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种服务机器人用全方位移动机构，涉及智能机器人技术领域。采用轮式结构，该移动平台具有四个轮子，其中两个为主动轮，另外两个为从动轮，主动轮的每个轮子均含有一个轮毂电机和一个转向电机来控制移动和转向，从动轮只含有一个转向电机来控制转向；每个轮子的支撑架均连接在伸缩平板的小边上，大边与两个平行的与工字槽紧密配合的导航槽连接，通过丝杠来控制伸缩板的上下移动，它们的连接均是可动连接，从而实现轮子的伸缩和伸展运动，使得机器人在完成特定的服务时，能够做到全方位，灵活，顺捷和方便等等优点。

Description

服务机器人用全方位移动机构

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种服务机器人用全方位移动机构。

背景技术

随着服务机器人技术的不断成熟，使得服务机器人的开发费用不断降低，服务机器人将会成为家用电器一样入住千家万户，为人们的生活、学习和工作服务。服务机器人大都被设计成仿人体上半身来完成指定的服务任务，这些任务都是人们看起来很简单的类似于抓取和递送的动作，这将会为人们的生活做到全方位的服务。要想服务机器人可以真正发挥出人类的周到服务的效果，那么服务机器人的移动平台必须要有高度的灵活性及全方位性，所以移动平台的设计成为了研究服务机器人中一个重要的环节。

基于服务机器人的上半身系统，为了保证服务机器人在从地面上举起20公斤重量时，仍然能够保持系统正常。电源也要为整个系统提供至少1000瓦的动力值。这就要求必须要有一定效力的动力为之供应。在处理任务期间为方便底盘工作空间扩展操作的运用，为了保持平台的设计尽可能的简单，并且使得四个轮子保持一个静态的基础状态。为了便于集成平台运动学，应该利用全向运动来解决，这大大地提高了移动平台的移动灵活性。底盘的电源供应也必须服务于上半身，控制机器人运动的计算机和通信设备也必须被集成在一起，放在移动平台内部。在高负载和高动态的操作任务和又要保持结构的紧凑的情况下，满足稳定性要求至关重要，它关系着机器人能不能顺利并且安全地完成任务。

因此，服务机器人的移动平台对于其本身来讲就像一个建筑物的根基一样，它的设计十分重要，一直是研究机构热衷的问题。例如：在办公桌前，移动驱动系统至少应该是全方向性的。为了在移动底盘的控制上达到最好的性能应该允许闭环系统与躯干和手臂一起在艰难的实时保持在一个最低100赫兹的带宽内。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开一种服务机器人用全方位移动机构。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种服务机器人用全方位移动机构，包括移动平台平盖、伸缩平板和轮体，所述移动平台平盖、通过伸缩平板和轮体活动连接。

优选的，所述移动平台平盖包括顶盖、侧壁和底板，所述顶盖、侧壁、丝杆和底板自上而下依次连接，所述侧壁两侧具有工字槽。

优选的，所述伸缩平板包括上伸缩平板、下伸缩平板、支撑架、三角板和导航槽，所述上伸缩平板和下伸缩平板大边均与导航槽连接，小边均与支撑架连接，所述三角板一端与移动平台平盖侧壁连接，另一端与下伸缩平板中部连接。

优选的，所述轮体包括轮子、轮轴、转向步进电机、转向轴和轮架，所述轮子通过轮轴与轮架连接，所述轮架通过转向轴与转向步进电机连接。

优选的，所述轮体有四个。

优选的，所述轮体还设置有有弹簧阻尼单元和力学传感器。

本发明公开一种服务机器人用全方位移动机构，采用轮式结构，移动平台具有四个轮子，其中两个为主动轮，另外两个为从动轮，主动轮的每个轮子均含有一个轮毂电机和一个转向电机来控制移动和转向，从动轮只含有一个转向电机来控制转向；每个轮子的支撑架均连接在伸缩平板的小边上，大边与两个平行的与工字槽紧密配合的导航槽连接，通过丝杠来控制伸缩板的上下移动，它们的连接均是可动连接，使得机器人在完成特定的服务时，能够做到全方位，灵活，顺捷和方便等等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的剖视结构示意图；

图3是本发明的俯视结构示意图；

图4是本发明的伸缩结构示意图；

图5是本发明的丝杠升降结构示意图。

图6是本发明的轮体内部结构示意图。

图7是本发明的主动轮和从动轮的对比示意图。

图中：1、顶盖；2、侧壁；3、转向电机；4、轮架；5、轮辐；6、上伸缩平板；7、弹簧8、丝杆；9、底板；10、三角板；11、下伸缩平板；12、轮轴；13、轮毂电机；14、轮子；15、支撑架；16、工字槽；17、导柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例所述一种服务机器人用全方位移动机构，移动平台框架由四个钢板与两个六边形钢板通过螺钉连接而成。

在移动平台中，为了使得四个轮子可以进行收缩与伸展，把轮子的机构设计成连接在两个平行的导航槽中滑行，而导航槽又与工字槽紧密配合。这样就依靠电机转动带动三角板上下移动，从而使得两个伸缩平板随着导航槽作平行四边形运动。轮架就实现了收缩和伸展运动。

在选材上，为了保证零件的强度和刚度，导航槽选用45号钢。热处理时要高温淬火，在槽处要进行渗碳保证强度。工字钢为了减少振动和避免槽部受损，采用HT200，因为它可以吸振并且对缺口的不敏感性，所以他是最好的选择。

伸缩平板的大边与导航槽连接，小边与支撑架连接，它们的连接均是可动连接。

移动平台在旋转时，轮轴受到轴承给它的作用力、地面与轮子摩擦力而产生的反作用力和重力。如果对三个力进行合成那么轴就会有弯曲的可能。因此，轮轴一定要高的强度和硬度，为此选用45号钢来加工轴。上面的轴端采用键来与电机配合。下面的轴端则采用螺纹连接，它要与轮架同时转动，因此采用螺纹连接。

四个轮子的机构相对于三轮机构或其它机构来说，有更大的承载能力和承载的平衡性，并且更容易实现机器人的重心与服务机器人的底盘的重心重合。为了使得机器人的轮子的伸长和收缩时，使得两个轮子之间的距离可以很大，以仿移动时触碰到其他周围的物体，和更好的展现穿过台阶时底盘的稳定性，所以选用四个轮子的机构，它可以来回自由收缩与伸展。这种轮子的机构设计可以实现自由的掉头转向，也可以实现旋转半径从零到无穷大(即直线运动)任意设定。当经过台阶或是高低不平的地方时，可以利用轮子结构的弹簧阻尼系统进行减震和调整各个轮子的高度，以至于整个底盘任然处于一个水平线上，从而保持它的平衡。

移动平台是由两个独立的轮毂电机驱动的。它们都是直接用无刷直流电机。而电机推动的轮子是由实心橡胶和钢铁组成的。轮毂电机的优点首先是轮内的空间可以被运用，因此一个紧凑的设计是非常有必要的；其次是由于电动机的重量接近于地面使得重心被大大地降低，这个也符合了稳定性的要求。

移动平台上面有两种电机，一个是控制转向的转向电机，另一个是轮子处的轮毂电机。控制转向的电机选用步进电机，不需要减速器，可以减少转配空间使得结构更加紧凑，所以选用步进电机来实现驱动作用。轮子处的电机由于他的结构是类似于电动车后轮式的，所以选用轮毂电机。服务移动机器人对于转向速度的要求相对较低，而对于位置的精度比较严格，因为有时位置精度就可以决定机器人前方的是否可以安全的避开障碍物或是准确地到达某一个特定的地点，因此非常重要。而选择步进电机可以满足要求。转向电机主要是使车轮能够在原来位置实现零半径的回转，此过程需要克服与地面对轮子的摩擦力，但是转速不是很高。

在移动平台的轮子处有两组轴承零件，它们对于轮子的移动和转动起着支撑的作用，它所承受的外载荷主要是径向和横向载荷。由于轮子处的轴承主要受到径向的载荷，还有很小的轴向力，所以选用深沟球轴承，它主要承受来自径向的作用力，还可以承受轴向力。

综上所述本发明公开一种服务机器人用全方位移动机构，采用轮式结构，该移动平台具有四个轮子，其中两个为主动轮，另外两个为从动轮，主动轮的每个轮子均含有一个轮毂电机和一个转向电机来控制移动和转向，从动轮只含有一个转向电机来控制转向；每个轮子的支撑架均连接在伸缩平板的小边上，大边与两个平行的与工字槽紧密配合的导航槽连接，它们的连接均是可动连接，从而实现轮子的伸缩和伸展运动，使得机器人在完成特定的服务时，能够做到全方位，灵活，顺捷和方便等等优点。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明/发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明/发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明/发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种服务机器人用全方位移动机构，其特征在于：包括移动平台平盖、伸缩平板和轮体，所述移动平台平盖、通过伸缩平板和轮体活动连接。

2.如权利要求1所述服务机器人用全方位移动机构，其特征在于：所述移动平台平盖包括顶盖、侧壁和底板，所述顶盖、侧壁和底板自上而下依次连接，所述侧壁两侧具有工字槽。

3.如权利要求1或2所述服务机器人用全方位移动机构，其特征在于：所述伸缩平板包括上伸缩平板、下伸缩平板、支撑架、三角板和导航槽，所述上伸缩平板和下伸缩平板大边均与导航槽连接，小边均与支撑架连接，所述三角板一端与移动平台平盖侧壁连接，另一端与下伸缩平板中部连接。

4.如权利要求1所述服务机器人用全方位移动机构，其特征在于：所述轮体包括轮子、轮轴、转向步进电机、转向轴和轮架，所述轮子通过轮轴与轮架连接，所述轮架通过转向轴与转向步进电机连接。

5.如权利要求1或5所述服务机器人用全方位移动机构，其特征在于：所述轮体有四个。