CN105966175A - 用于机器人的转向驱动轮、机器人运动底盘及一种机器人 - Google Patents

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王钐菖
唐忠樑
韩轾
贺威
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Sichuan Lingling robot limited liability company
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Abstract

本发明涉及机器人运动装置领域，特别涉及用于机器人的转向驱动轮、机器人运动底盘及一种机器人。本发明提供的转向驱动轮是由两个电机驱动（转向电机及驱动电机），转向电机与驱动电机分开，所以驱动轮都可以任意转向，达到任意角度，从而完成全向运动，且由于转轮是采用普通橡胶轮，无自转的小轮结构，所以可以适应木地板，瓷砖，地毯，等其他的各种室内地形；同时，由于转向驱动轮中包含对称设置的第一转轮及第二转轮，因此其负载能力也得到大幅的提高。

Description

用于机器人的转向驱动轮、机器人运动底盘及一种机器人
技术领域
本发明涉及机器人运动装置领域，特别涉及用于机器人的转向驱动轮、机器人运动底盘及一种机器人。
背景技术
如今，随着机器人技术的发展，机器人已经逐渐被广泛应用到了商场、家庭等环境。随着机器人应用环境的扩展，其面临的环境也越来越复杂，供机器人活动的空间中，各种地形障碍、动态障碍物、静态障碍物变换多端，由此就对带动机器人活动的移动底盘具有了更高的要求。
现有的用于机器人的多为三轮、四轮全向轮底盘结构或四轮麦克纳姆轮结构；其中，全向轮底盘结构的轮轴心指向底盘中心，通过三个轮子或四个轮子的运动合成，从而完成其全向运动；其由于本身结构特点导致运动时机器人上肢容易出现规律性抖动，不利于机器人的稳定性，从而造成采用这种底盘结构的机器人对地面的适应性极差；且由于这种底盘结构的三个轮子呈120度分布，在运动时，每个动作都要进行运动的合成，从而导致电机的部分性能不可避免的被浪费。
而四轮麦克纳姆轮底盘结构通过轮子上的45度斜置的滚子，再通过特殊的运动解算完成全向运动，其具有价格高昂、运动解算复杂的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有三轮、四轮全向轮底盘中驱动轮中各个轮子呈120度分布导致浪费电机性能、而麦克纳姆轮底盘中的驱动轮需复杂解算的问题，提供一种转向灵活，运行平稳的用于机器人的转向驱动轮。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种转向驱动轮，包括转向电机、转向传动装置、驱动电机及转轮组；
所述转轮组包括对称设置在一带座轴承上的第一转轮、第二转轮；
所述驱动电机设置在所述第一转轮、第二转轮之间，并固定在所述带座轴承底部，其用于驱动所述第一转轮、第二转轮转动；
所述转向电机通过所述转向传动装置与所述带座轴承连接，用于驱动所述带座轴承转向；
进一步的，所述转向传动装置包括伞形齿轮组及与所述带座轴承固定连接的转向轴；
所述伞形齿轮组包括与转向电机转轴连接的第一伞形齿轮及与所述转向轴连接的第二伞形齿轮；
所述第一伞形齿轮与所述第二伞形齿轮相互配合，用于将转向电机的转动传动至所述带座轴承。
优选的，所述第一转轮、第二转轮均为橡胶轮，一些实施例中，该橡胶轮为无自传结构。
优选的，所述驱动电机及转向电机均为步进电机。
优选的，所述驱动的电机为直驱双出轴电机。
本发明同时为了克服现有三轮、四轮全向轮底盘容易浪费电机性能、而麦克纳姆轮底盘需复杂解算的问题，提供一种转向灵活、运行平稳的机器人运动底盘，包括底盘及三个如上所述的转向驱动轮；所述三个以上的转向驱动轮按正多边形顶点位置均匀的固定在所述底盘上。
优选的，所述机器人运动底盘包括底盘及三个转向驱动轮；所述三个转向驱动轮按正三角形顶点位置均匀的固定在所述底盘上。
进一步的，所述转向电机设置在所述底盘的上表面。
本发明同时提供一种机器人，其采用如上所述的机器人运动底盘。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的转向驱动轮是由两个电机驱动（转向电机及驱动电机），转向电机与驱动电机分开，所以驱动轮都可以任意转向，达到任意角度，从而完成全向运动，且由于转轮是采用普通橡胶轮，无自转的小轮结构，所以可以适应木地板，瓷砖，地毯，等其他的各种室内地形；同时，由于转向驱动轮中包含对称设置的第一转轮及第二转轮，因此其负载能力也得到大幅的提高。
本发明提供的机器人运动底盘包括一底盘及三个以上的转向驱动轮，可以轻松的完成无半径转弯，从而使机器人能在非常狭小的空间中运动，由于采用了将转向电机设置在底盘上部，用转向轴驱动转轮转向的方式，所以转轮与底盘之间可以根据需要设定距离（通过调整转向轴的长度）；因此在需要时，可让转轮与底盘之间有较大的距离；以便于让机器人在一些角度较大的坡道上也可以行进。
本发明提供的机器人由于采用了如上所述的机器人，其可以轻松的完成无半径转弯，可以在非常狭小的空间中运动，当转轮与底盘距离较大时，本发明提供的机器人可以在一些角度较大的坡道上行进。
附图说明：
图1为本发明提供的转向驱动轮的结构示意图（不包含转向电机）。
图2为本发明提供的转向驱动轮的主视图（不包含转向电机）。
图3为本发明提供的运动底盘的结构示意图。
图4为本发明提供的运动底盘的俯视图。
图中标记：1-转向电机，2-转向传动装置，21-伞形齿轮组，211-第一伞形齿轮，212-第二伞形齿轮，22-转向轴，3-转轮组，31-第一转轮，32-第二转轮，33-带座轴承，4-驱动电机，5-底盘。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例 1 ：如图1、图2所示，本实施例提供一种转向驱动轮，包括转向电机1、转向传动装置2、驱动电机4及转轮组3；
所述转轮组3包括对称设置在一带座轴承33上的第一转轮31、第二转轮32；
所述驱动电机4设置在所述第一转轮31、第二转轮32之间，并固定在所述带座轴承33底部，其用于驱动所述第一转轮31、第二转轮32转动；
所述转向电机1通过所述转向传动装置2与所述带座轴承33连接，用于驱动所述带座轴承33转向；
进一步的，所述转向传动装置2包括伞形齿轮组21及与所述带座轴承33固定连接的转向轴22；
所述伞形齿轮组21包括与转向电机1转轴连接的第一伞形齿轮211及与所述转向轴22连接的第二伞形齿轮212；
所述第一伞形齿轮211与所述第二伞形齿轮212相互配合，用于将转向电机1的转动传动至所述带座轴承33。应注意的是，虽然本发明中未提及转向电机1设置（或固定）在何种位置，但是对于本领域技术人员来说，可以根据实际使用情况得出不止一种的转向电机1设置（固定）方法，如本发明实施例2所提供的方法，或其他任何常见方法，因此转向电机1的设置方式为本领域公知常识；本实施例未提及转向电机1的设置（或固定）位置不应被视为没有实用性。
优选的，所述第一转轮31、第二转轮32均为橡胶轮，一些实施例中，该橡胶轮为无自转结构，具体的，转轮（指第一转轮31、第二转轮32）的直径可根据需要选取12cm-18cm之间任意值。
优选的，所述驱动电机4及转向电机1均为步进电机，且具体应用时，驱动电机4优选采用直驱大力矩（2Nm-5Nm）双出轴电；转向电机1优选采用大扭矩（2Nm-5Nm）的步进电机。
本实施例提供的转向驱动轮是由两个电机驱动（转向电机1及驱动电机4），转向电机1与驱动电机4分开，所以驱动轮都可以任意转向，达到任意角度，从而完成全向运动，且由于转轮是采用普通橡胶轮，无自转的小轮结构，所以可以适应木地板，瓷砖，地毯，等其他的各种室内地形；同时，由于转向驱动轮中包含对称设置的第一转轮31及第二转轮32，因此其负载能力也得到大幅的提高。
实施例 2 ：如图3、图4所示，本实施例提供为了克服现有三轮、四轮全向轮底盘容易浪费电机性能、而麦克纳姆轮底盘需复杂解算的问题，提供一种转向灵活、运行平稳的机器人运动底盘，包括底盘5及三个如实施例1所述的转向驱动轮；所述三个转向驱动轮按正三角形顶点位置均匀的固定在底盘5上。其中，转向电机1设置在底盘5的上表面，转向驱动轮中的驱动电机4及转轮组3位于底盘5下方，转向电机1通过转向传动装置2与带座轴承33连接，从而带动转轮组3转向。
本实施例提供的机器人运动底盘包括一底盘及三个以上的转向驱动轮，可以轻松的完成无半径转弯，从而使机器人能在非常狭小的空间中运动，由于采用了将转向电机设置在底盘上部，用转向轴驱动转轮转向的方式，所以转轮与底盘之间可以根据需要设定距离（通过调整转向轴的长度）；因此在需要时，可让转轮与底盘之间有较大的距离；以便于让机器人在一些角度较大的坡道上也可以行进；实际应用中，底盘与地面的距离大致在12cm-20cm之间，如，当转轮（第一转轮31、第二转轮32）直径为12cm时，可设置底盘距地面距离为15cm。
实施例 3 ：本实施例提供一种机器人，其采用如实施例2所述的机器人运动底盘。

Claims (9)

1.一种用于机器人的转向驱动轮，其特征在于，包括转向电机、转向传动装置、驱动电机及转轮组；
所述转轮组包括对称设置在一带座轴承上的第一轮、第二转轮；
所述驱动电机设置在所述第一转轮、第二转轮之间，并固定在所述带座轴承底部，其用于驱动所述第一转轮、第二转轮转动；
所述转向电机通过所述转向传动装置与所述带座轴承连接，用于驱动所述带座轴承转向。
2.如权利要求1所述的转向驱动轮，其特征在于，所述转向传动装置包括伞形齿轮组及与所述带座轴承固定连接的转向轴；
所述伞形齿轮组包括与转向电机转轴连接的第一伞形齿轮及与所述转向轴连接的第二伞形齿轮；
所述第一伞形齿轮与所述第二伞形齿轮相互配合，用于将转向电机的转动传动至所述带座轴承。
3.如权利要求1所述的转向驱动轮，其特征在于，所述第一转轮、第二转轮均为橡胶轮。
4.如权利要求1所述的转向驱动轮，其特征在于，所述驱动电机及转向电机均为步进电机。
5.如权利要求1所述的转向驱动轮，其特征在于，所述驱动的电机为直驱双出轴电机。
6.一种机器人运动底盘，其特征在于，包括底盘及三个以上如权利要求1至4任一项所述的转向驱动轮；所述三个以上的转向驱动轮按正多边形顶点位置均匀的固定在所述底盘上。
7.如权利要求6所述的机器人运动底盘，其特征在于，所述机器人运动底盘包括底盘及三个转向驱动轮；所述三个转向驱动轮按正三角形顶点位置均匀的固定在所述底盘上。
8.如权利要求6所述的机器人运动底盘，其特征在于，所述转向电机设置在所述底盘的上表面。
9.一种机器人，其特征在于，采用如权利要求6至7任一项所述的机器人运动底盘。
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