CN105835988B - 一种室内服务机器人移动底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内服务机器人移动底盘，包括底板、驱动机构、万向轮机构、传感系统、电源系统，万向轮机构包括万向轮底座，设置在万向轮底座内的两组万向轮、固定连接两组万向轮的万向轮撑板，万向轮撑板通过一直线轴承转动连接在万向轮底座上，万向轮撑板两端上表面各设置有一弹簧，弹簧上端固定设置有一弹簧压板，弹簧压板固定在万向轮底座上。本发明一方面保证了四轮底盘具有较好的运动速度和转弯特性，另一方面本发明采用的跷跷板式结构设计的万向轮机构对于路面小台阶或小凹坑的高度具有良好的自适应调节能力，能够有效过滤，确保驱动轮前进的稳定性和可靠性。

Description

一种室内服务机器人移动底盘

技术领域

本发明涉及可移动机器人领域，具体涉及一种室内服务机器人移动底盘。

背景技术

服务机器人作为机器人技术的一个重要发展方向，受到国内外学者的广泛关注。服务机器人需具有基本移动功能，包括前进、后退、转向等，实现该功能的关键机构为机器人底盘。目前，机器人底盘按驱动方式主要分为轮式、履带式、多足式及混动式等。轮式与履带式、多足式相比，越障能力不足，但运动速度及运动平稳性方面均具有明显优势，因此应用最多。轮式底盘按轮子数量又可分为三轮式、四轮式及多轮式。三轮式底盘虽具有结构简单，运动灵活等优点，但移动平稳性较差，尤其对于非平整路况，易发生翻车。四轮式底盘运动较为平稳，但在翻越小台阶或经过小凹坑时，驱动轮易脱离地面，发生打滑。多轮底盘结构较为复杂，制造困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动平稳、越障能力较强、不易打滑的室内服务机器人移动底盘。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种室内服务机器人移动底盘，包括底板、驱动机构、万向轮机构、传感系统、电源系统，所述驱动机构包括驱动底板，安装在所述驱动底板上的两组驱动电机及驱动轮，两组所述驱动电机及驱动轮互相镜像设置；所述万向轮机构包括万向轮底座，设置在所述万向轮底座内的两组万向轮、固定连接两组所述万向轮的万向轮撑板，所述万向轮撑板通过一直线轴承转动连接在所述万向轮底座上，所述万向轮撑板两端上表面各设置有一弹簧，所述弹簧上端固定设置有一弹簧压板，所述弹簧压板固定在所述万向轮底座上；所述传感系统包括导航传感器和地标传感器，所述导航传感器通过传感支撑板固定设置在所述底板前端部，所述地标传感器固定设置在所述底板下表面；所述电源系统包括一蓄电池组，所述蓄电池组电联接于所述驱动电机。

上述技术方案中，底板呈椭圆形，底板材料为304不锈钢，具有较好的综合力学性能。所述直线轴承底部与万向轮撑板通过螺钉连接，直线轴承通过轴及法兰与万向轮底座连接。弹簧设置在万向轮的轴端，并采用弹簧压板固定，用于缓冲和过了地面台阶或凹坑对万向轮的冲击。导航传感器用于感应地面路线轨迹，确定机器人前进路线，地标传感器用于感应机器人所处位置地标，起定位作用。

优选的技术方案，还包括板卡支撑机构，所述板卡支撑机构包括板卡支撑板，所述板卡支撑板通过四个板卡支撑架固定设置在所述底板上。

上述技术方案中，四个板卡支撑架中两个固定设置在底板上，另外两个固定设置在万向轮底座表面。板卡支撑机构主要用于固定机器人电气控制板。

优选的技术方案，所述驱动底板通过螺钉固定安装在所述底板上，所述驱动电机通过电机安装板固定在所述底板上。

优选的技术方案，所述驱动轮包括设置在所述驱动轮中心的传动轴，所述传动轴一端通过联轴器与所述驱动电机输出轴相连，另一端通过轴承连接于所述底板上。

优选的技术方案，所述蓄电池组由第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池组成，所述第一蓄电池、第二蓄电池通过第一弓形压条固定在所述底板上，所述第三蓄电池通过第二弓形压条固定在所述万向轮底座上。

上述技术方案中，第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池为12V蓄电池，并且串联构成电压为36V的蓄电池组，第一蓄电池、第二蓄电池、第三蓄电池以机器人前进方向为对称轴呈对称分布，保证底盘重心不发生偏移。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1. 本发明的万向轮机构的两组万向轮、万向轮撑板及直线轴承构成独特的跷跷板式结构，可根据地面小台阶或小凹坑的高度自主调节左右两侧万向轮与地面形成的角度，确保驱动轮始终与地面可靠接触，保证驱动轮具有较好的抓地能力，使机器人稳定爬行，不发生打滑，上述跷跷板式结构不同于传统刚性连接的四轮底盘结构，对于非平整路况时，路面小台阶或小凹坑的过滤性及通过性具有较大的提升，机器人运动平稳性及可靠性较好；

2. 本发明采用两组驱动轮及两组万向轮的四轮结构底板，具有较好的运动速度和转弯特性；

3. 本发明结构紧凑、重心不易偏移，能较好地缩小机器人底盘的整体体积，并且运动灵活、稳定性强。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为本发明实施例一驱动机构结构示意图；

图3为本发明实施例一万向轮机构结构示意图；

图4为本发明实施例一板卡支撑机构结构示意图；

图5为本发明实施例一传感系统及电源系统结构示意图。

其中：1、底板；2、驱动机构；3、万向轮机构；4、板卡支撑机构；5、传感系统；6、电源系统；21、驱动底板；22、驱动电机；23、电机安装板；24、驱动轮；25、传动轴；26、轴承；27、轴承支架；28、联轴器；31、万向轮底座；32、万向轮；33、万向轮撑板；34、直线轴承；35、弹簧；36、弹簧压板；37、轴；38、法兰；41、板卡支撑板；42、板卡支撑架；51、导航传感器；53、传感支撑板；61、第三蓄电池；62、第一蓄电池；63、第二蓄电池；64、第二弓形压条；65、第一弓形压条。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

如图1-5所示，一种室内服务机器人移动底盘，包括底板1、驱动机构2、万向轮机构3、传感系统5、电源系统6，驱动机构2包括驱动底板21，安装在驱动底板21上的两组驱动电机22及驱动轮24，两组驱动电机22及驱动轮24互相镜像设置；万向轮机构3包括万向轮底座31，设置在万向轮底座31内的两组万向轮32、固定连接两组万向轮32的万向轮撑板33，万向轮撑板33通过一直线轴承34转动连接在万向轮底座31上，万向轮撑板33两端上表面各设置有一弹簧35，弹簧35上端固定设置有一弹簧压板36，弹簧压板36固定在万向轮底座31上；传感系统5包括导航传感器51和地标传感器，导航传感器51通过传感支撑板53固定设置在底板1前端部，地标传感器固定设置在底板1下表面；电源系统6包括一蓄电池组，蓄电池组电联接于驱动电机22。

还包括板卡支撑机构4，板卡支撑机构4包括板卡支撑板41，板卡支撑板41通过四个板卡支撑架42固定，四个板卡支撑架42中两个固定设置在底板1上，另外两个固定设置在万向轮底座31表面。板卡支撑机构4主要用于固定机器人电气控制板。

底板1呈椭圆形，底板1材料为304不锈钢，具有较好的综合力学性能。直线轴承34底部与万向轮撑板33通过螺钉连接，直线轴承34通过轴37及法兰38与万向轮底座31连接。弹簧35设置在万向轮32的轴端，并采用弹簧压板36固定，用于缓冲和过了地面台阶或凹坑对万向轮32的冲击。导航传感器51用于感应地面路线轨迹，确定机器人前进路线，地标传感器用于感应机器人所处位置地标，起定位作用。

驱动底板21通过螺钉固定安装在底板1上，驱动电机22通过电机安装板23固定在底板1上。

驱动轮24包括设置在驱动轮24中心的传动轴25，传动轴25一端通过联轴器28与驱动电机22输出轴相连，另一端连接一轴承26，轴承26通过轴承支架27固定于底板1上。

蓄电池组由第一蓄电池62、第二蓄电池63、第三蓄电池61组成，第一蓄电池62、第二蓄电池63通过第一弓形压条65固定在底板1上，第三蓄电池61通过第二弓形压条64固定在万向轮底座31上。第一蓄电池62、第二蓄电池63、第三蓄电池61为12V蓄电池，并且串联构成电压为36V的蓄电池组，第一蓄电池62、第二蓄电池63、第三蓄电池61以机器人前进方向为对称轴呈对称分布，保证底盘重心不发生偏移。蓄电池组主要用于向驱动机构2和传感系统5提供能量。

本实施例使用方法：

机器人在室内进行移动时，驱动机构2接收导航传感器51的输出信号，完成直线运动或转向运动。当导航传感器51输出信号为直线时，驱动电机22带动驱动轮24做等速转动，机器人行走直线，当导航传感器51输出信号为曲线时，驱动电机22带动驱动轮24做差速转动，机器人完成转向运动。

当底盘万向轮32经过地面小台阶或小凹坑时，由于本发明采用跷跷板式结构设计，经过小台阶或凹坑的一侧万向轮32将通过弹簧35自主调节高度，万向轮撑板33将通过直线轴承34绕轴37旋转一定角度，确保驱动轮24始终与地面可靠接触，保证驱动轮24具有较好的抓地能力，使机器人稳定爬行，不发生打滑。

本实施例一方面保证了四轮底盘具有较好的运动速度和转弯特性，另一方面本发明采用的跷跷板式结构设计的万向轮机构3对于路面小台阶或小凹坑的高度具有良好的自适应调节能力，能够有效过滤，确保驱动轮24前进的稳定性和可靠性。

Claims (5)

1.一种室内服务机器人移动底盘，包括底板（1）、驱动机构（2）、万向轮机构（3）、传感系统（5）、电源系统（6），其特征在于：所述驱动机构（2）包括驱动底板（21），安装在所述驱动底板（21）上的两组驱动电机（22）及驱动轮（24），两组所述驱动电机（22）及驱动轮（24）互相镜像设置；所述万向轮机构（3）包括万向轮底座（31），设置在所述万向轮底座（31）内的两组万向轮（32）、固定连接两组所述万向轮（32）的万向轮撑板（33），所述万向轮撑板（33）通过一直线轴承（34）转动连接在所述万向轮底座（31）上，所述万向轮撑板（33）两端上表面各设置有一弹簧（35），所述弹簧（35）上端固定设置有一弹簧压板（36），所述弹簧压板（36）固定在所述万向轮底座（31）上；所述传感系统（5）包括导航传感器（51）和地标传感器，所述导航传感器（51）通过传感支撑板（53）固定设置在所述底板（1）前端部，所述地标传感器固定设置在所述底板（1）下表面；所述电源系统（6）包括一蓄电池组，所述蓄电池组电联接于所述驱动电机（22）。

2.根据权利要求1所述的一种室内服务机器人移动底盘，其特征在于：还包括板卡支撑机构（4），所述板卡支撑机构（4）包括板卡支撑板（41），所述板卡支撑板（41）通过四个板卡支撑架（42）固定设置在所述底板（1）上。

3.根据权利要求1所述的一种室内服务机器人移动底盘，其特征在于：所述驱动底板（21）通过螺钉固定安装在所述底板（1）上，所述驱动电机（22）通过电机安装板（23）固定在所述底板（1）上。

4.根据权利要求1所述的一种室内服务机器人移动底盘，其特征在于：所述驱动轮（24）包括设置在所述驱动轮（24）中心的传动轴（25），所述传动轴（25）一端通过联轴器（28）与所述驱动电机（22）输出轴相连，另一端通过轴承（26）连接于所述底板（1）上。

5.根据权利要求1所述的一种室内服务机器人移动底盘，其特征在于：所述蓄电池组由第一蓄电池（62）、第二蓄电池（63）、第三蓄电池（61）组成，所述第一蓄电池（62）、第二蓄电池（63）通过第一弓形压条（65）固定在所述底板（1）上，所述第三蓄电池（61）通过第二弓形压条（64）固定在所述万向轮底座（31）上。