CN106080036A - 一种带舵轮控制的机器人结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带舵轮控制的机器人结构，包括底盘、安装在底盘上的机身；所述底盘设有呈三足鼎立状的左前轮、右前轮、舵轮；所述左前轮、右前轮各配置有独立的旋转驱动电机，左前轮和右前轮的旋转中心轴水平设置，舵轮包括竖立的旋转中心轴和水平的旋转中心轴，舵轮配置有驱动舵轮围绕竖立的旋转中心轴旋转的舵轮电机。当左前轮和右前轮无速度差，底盘带动机器人结构直行；当左前轮和右前轮存在速度差，辅助高精度角度控制算法，舵轮电机驱动舵轮沿竖立的旋转中心轴旋转预定的角度，以精准的完成每一次转向。

Description

一种带舵轮控制的机器人结构
技术领域
本发明涉及机器人研发制造技术领域，具体涉及一种带舵轮控制的机器人结构。
背景技术
传统的小车底盘，如不带方向控制的四轮小车，其转向属于硬转弯，摩擦力大，而且转弯的角度不够精确。其他带方向控制的三轮、四轮小车，要么不能原地转向，要么因为旋转中心不在机身中心，必须计算机身和环境碰撞的情况。两轮平衡车非常灵活，而且可以原地转向，但是，因为需要一直保持平衡而耗费大量资源，而且，行走时的机身倾斜对传感器数据有影响，同样，机身的抖动也会对传感器数据有影响。带万向轮的两轮小车，主要缺陷是转向精度有偏差。上述技术缺陷对于机器人制造厂家而言，实为困惑已久的难题。
发明内容
本发明所解决的技术问题：现有技术中的小车底盘，转向精度有偏差。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种带舵轮控制的机器人结构，包括底盘、安装在底盘上的机身；所述底盘设有呈三足鼎立状的左前轮、右前轮、舵轮；所述左前轮、右前轮各配置有独立的旋转驱动电机，左前轮和右前轮的旋转中心轴水平设置，舵轮包括竖立的旋转中心轴和水平的旋转中心轴，舵轮配置有驱动舵轮围绕竖立的旋转中心轴旋转的舵轮电机。
上述技术方案中，所述左前轮和右前轮左右对称设置，左前轮的旋转中心轴与右前轮的旋转中心轴位于同一直线上，所述左前轮、右前轮位于底盘的下方，左前轮、右前轮、舵轮的底部位于同一水平面上。
上述技术方案中，左前轮、右前轮、舵轮三足鼎立，即，左前轮和右前轮的连接线、左前轮和舵轮的连接线、右前轮和舵轮的连接线构成三角形，整个机器人结构的重心位于该三角形中。
按上述技术方案，本发明所述一种带舵轮控制的机器人结构直行和转向的工作原理如下：当左前轮和右前轮无速度差，左前轮和右前轮的旋转中心轴与舵轮的水平的旋转中心轴平行，底盘带动机器人结构直行；所述驱动左前轮旋转的旋转驱动电机、驱动右前轮旋转的旋转驱动电机、舵轮电机联动，当左前轮和右前轮存在速度差，辅助高精度角度控制算法，舵轮电机驱动舵轮沿竖立的旋转中心轴旋转预定的角度，以精准的完成每一次转向。
所述机身呈竖立的圆柱形，机身的中心线穿过左前轮旋转中心和右前轮旋转中心连线的中点。按上述说明，左前轮和右前轮存在速度差，舵轮电机驱动舵轮原地旋转预定角度，即舵轮围绕竖立的旋转中心轴旋转预定的角度，圆柱形机身绕其中心线旋转，不需要考虑碰撞问题，这样可以随意观察各个方位的状况。
所述左前轮旋转中心和右前轮旋转中心连线的中点与舵轮旋转中心的连线垂直于左前轮旋转中心和右前轮旋转中心的连线。即，左前轮中心和右前轮中心连线的中点与舵轮中心的连线垂直于左前轮中心和右前轮中心的连线。如此设计，可使圆柱形机身稳妥地绕其自身竖立的中心线旋转。
经过机器人结构重心的竖立线相交于所述左前轮旋转中心和右前轮旋转中心连线的中点与舵轮旋转中心的连线。即，机器人结构重心的铅垂向投影落在左前轮中心和右前轮中心连线的中点与舵轮中心的连线上。
所述底盘包括底座和底板，底板位于底座的上方；所述底座的底部固定有左前轮安装座和右前轮安装座，左前轮安装座上枢接有左前轮连接轴，左前轮连接轴的一端安装左前轮，左前轮连接轴的另一端连接左前轮电机，右前轮安装座上枢接有右前轮连接轴，右前轮连接轴的一端安装右前轮，右前轮连接轴的另一端连接右前轮电机；所述底板上枢接有舵轮连接轴，舵轮连接轴与安装在底板上的舵轮电机连接，所述舵轮连接轴的底端固定连接舵轮机架，所述舵轮安装在舵轮机架上。按上述说明，舵轮电机驱动舵轮连接轴旋转，舵轮连接轴驱动舵轮机架旋转，舵轮机架带动舵轮旋转，此时，舵轮的旋转中心轴即是竖立向的旋转中心轴。
所述舵轮连接轴的底端枢接在舵轮安装板上，舵轮安装板通过螺纹紧固件与底座固定连接，舵轮安装板位于底板和底座之间，所述底座边缘开设U形豁口，所述舵轮机架位于U形豁口内；所述舵轮连接轴包括下段连接轴和上段连接轴，下段连接轴和上段连接轴通过联轴器连接。按上述说明，松动联轴器和螺纹紧固件，舵轮安装板的高度可调，进而，下段连接轴的高度可调，进而，舵轮的高度可调，使舵轮、左前轮、右前轮的底部位于同一水平面上。
本发明所述一种带舵轮控制的机器人结构，利用两轮平衡车的优点，增加精确控制的舵轮来保持平衡，并精确控制转向角度和行进方向。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明一种带舵轮控制的机器人结构的底盘的结构示意图；
图2为图1中从另一视角观察所述带舵轮控制的机器人结构的底盘所得的结构示意图；
图3为图1中从右下角观察所述带舵轮控制的机器人结构的底盘所得的平面结构示意图；
图4为图3的左视图；
图5为图4的仰视图。
图中符号说明：
A、机器人结构重心；
10、左前轮；100、左前轮中心；11、左前轮安装座；12、左前轮电机；
20、右前轮；200、右前轮中心；21、右前轮安装座；22、右前轮电机；
102、左前轮中心和右前轮中心连线的中点；
30、舵轮；300、舵轮中心；31、舵轮电机；32、舵轮连接轴；321、下段连接轴；322、上段连接轴；323、联轴器；33、舵轮机架；34、舵轮安装板；35、第一轴承座；36、第二轴承座；37、第一同步带轮；38、第二同步带轮；
41、底座；410、U形豁口；42、底板。
具体实施方式
结合图1至图4，一种带舵轮控制的机器人结构，包括底盘、安装在底盘上的机身；所述底盘设有呈三足鼎立状的左前轮10、右前轮20、舵轮30；所述左前轮、右前轮各配置有独立的旋转驱动电机，左前轮和右前轮的旋转中心轴水平设置，舵轮包括竖立的旋转中心轴和水平的旋转中心轴，舵轮配置有驱动舵轮围绕竖立的旋转中心轴旋转的舵轮电机31。
上述机身的旋转中心、机器人结构重心与左前轮、右前轮和舵轮的关系如下：如图5，所述机身呈竖立的圆柱形，机身的中心线穿过左前轮中心100和右前轮中心200连线的中点102。所述左前轮中心100和右前轮中心200连线的中点102与舵轮中心300的连线垂直于左前轮中心100和右前轮中心200的连线。经过机器人结构重心A的竖立线相交于所述左前轮中心100和右前轮中心200连线的中点与舵轮中心300的连线。
上述左前轮10、右前轮20与底盘的连接关系如下：结合图1、图2，所述底盘包括底座41和底板42，底板位于底座的上方；所述底座的底部固定有左前轮安装座11和右前轮安装座21，左前轮安装座上枢接有左前轮连接轴，左前轮连接轴的一端安装左前轮10，左前轮连接轴的另一端连接左前轮电机12，右前轮安装座上枢接有右前轮连接轴，右前轮连接轴的一端安装右前轮20，右前轮连接轴的另一端连接右前轮电机22。
上述舵轮30与底盘的连接关系如下：结合图2、图4，所述底板上固定有第一轴承座35，第一轴承座内安装有第一轴承，第一轴承内安装有舵轮连接轴32，舵轮连接轴上设有第一同步带轮37，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮38连接，第二同步带轮安装在舵轮电机31的输出轴上，舵轮电机31安装在底板上。所述舵轮连接轴32的底端枢接在舵轮安装板34上，具体地，舵轮安装板上安装有第二轴承座36，第二轴承座内安装有第二轴承，舵轮连接轴32的底端安装在第二轴承内。所述舵轮连接轴的底端固定连接舵轮机架33，所述舵轮30安装在舵轮机架上。所述舵轮安装板通过螺纹紧固件与底座41固定连接，舵轮安装板位于底板42和底座之间。所述底座边缘开设U形豁口410，所述舵轮机架33位于U形豁口内；所述舵轮连接轴32包括下段连接轴321和上段连接轴322，下段连接轴和上段连接轴通过联轴器323连接。
本发明所述一种带舵轮控制的机器人结构直行和转向的操作要点如下：
第一，当左前轮10和右前轮20无速度差，左前轮和右前轮的旋转中心轴与舵轮30的水平的旋转中心轴平行，底盘带动机器人结构直行。
第二，当左前轮10和右前轮20存在速度差，辅助高精度角度控制算法，舵轮电机31驱动舵轮30沿舵轮连接轴32旋转预定的角度，以精准的完成每一次转向，包括圆柱形机身绕其自身的中心线旋转，不需要考虑碰撞问题，这样可以随意观察各个方位的状况。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种带舵轮控制的机器人结构，包括底盘、安装在底盘上的机身；所述底盘设有呈三足鼎立状的左前轮(10)、右前轮(20)、舵轮(30)；其特征在于：所述左前轮、右前轮各配置有独立的旋转驱动电机，左前轮和右前轮的旋转中心轴水平设置，舵轮包括竖立的旋转中心轴和水平的旋转中心轴，舵轮配置有驱动舵轮围绕竖立的旋转中心轴旋转的舵轮电机(31)。
2.如权利要求1所述的一种带舵轮控制的机器人结构，其特征在于：所述机身呈竖立的圆柱形，机身的中心线穿过左前轮(10)中心和右前轮(20)中心连线的中点。
3.如权利要求2所述的一种带舵轮控制的机器人结构，其特征在于：所述左前轮(10)中心和右前轮(20)中心连线的中点与舵轮(30)中心的连线垂直于左前轮中心和右前轮中心的连线。
4.如权利要求3所述的一种带舵轮控制的机器人结构，其特征在于：经过机器人结构重心的竖立线相交于所述左前轮(10)中心和右前轮(20)中心连线的中点与舵轮(30)中心的连线。
5.如权利要求1所述的一种带舵轮控制的机器人结构，其特征在于：所述底盘包括底座(41)和底板(42)，底板位于底座的上方；所述底座的底部固定有左前轮安装座(11)和右前轮安装座(21)，左前轮安装座上枢接有左前轮连接轴，左前轮连接轴的一端安装左前轮(10)，左前轮连接轴的另一端连接左前轮电机(12)，右前轮安装座上枢接有右前轮连接轴，右前轮连接轴的一端安装右前轮(20)，右前轮连接轴的另一端连接右前轮电机(22)；
所述底板上枢接有舵轮连接轴(32)，舵轮连接轴与安装在底板上的舵轮电机(31)连接，所述舵轮连接轴的底端固定连接舵轮机架(33)，所述舵轮(30)安装在舵轮机架上。
6.如权利要求5所述的一种带舵轮控制的机器人结构，其特征在于：所述舵轮连接轴(32)的底端枢接在舵轮安装板(34)上，舵轮安装板通过螺纹紧固件与底座(41)固定连接，舵轮安装板位于底板(42)和底座之间，所述底座边缘开设U形豁口(410)，所述舵轮机架(33)位于U形豁口内；
所述舵轮连接轴(32)包括下段连接轴(321)和上段连接轴(322)，下段连接轴和上段连接轴通过联轴器(323)连接。
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