CN106335568B - 一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及四轮机器人底盘技术领域，尤其涉及一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构；包括底盘平台、前万向轮四杆机构、后万向轮四杆机构、前万向轮、后万向轮、左主动轮、右主动轮和变形连杆，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构之间通过变形连杆转动连接，所述左主动轮和所述右主动轮对称设置在所述机架的左右两侧。本实施例中所述越障用双四杆四轮机器人底盘结构，通过设置所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构,利用双四杆机构自适应联动变形时前万向轮竖直方向位移大于后万向轮竖直方向位移的结构特点，解决了移动底盘爬坡或越障时主动轮被前后万向轮悬空的技术问题，提高了移动底盘越障的能力及运动的平稳性。
Description
技术领域
本发明涉及四轮机器人底盘技术领域，尤其涉及一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构。
背景技术
轮式移动越障机器人具有结构简单可靠、高速稳定、能量利用率高、操作性好和通过性好等优点，成为当前移动越障机器人中的主流。轮式机器人按车轮的数量可以分为单轮、两轮、三轮、四轮、五轮、六轮和多轮等类型。三轮及以下机器人因其稳定性差，可适应地形有限。四轮机器人稳定性方面有了很大加强，但在越障方面采用的还是传统的方式，主动轮与底盘平台之间需要利用弹性元件进行减震，此种机构越障或爬坡过程中，主动轮容易出现打滑现象，越障能力和运动平稳性有限。目前，轮式移动越障机器人一般都是五轮以上的，但结构复杂。
因此，为了解决上述问题，急需发明一种新的越障用双四杆四轮机器人底盘结构。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构，利用双四杆机构自适应联动变形时前万向轮竖直方向位移大于后万向轮竖直方向位移的结构特点，解决了移动底盘爬坡或越障时主动轮被前后万向轮悬空的技术问题，提高了移动底盘越障能力及运动的平稳性。
本发明提供了下述方案：
一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构，包括底盘平台、前万向轮四杆机构、后万向轮四杆机构、前万向轮、后万向轮、左主动轮、右主动轮和变形连杆，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构以所述底盘平台作为共用连杆，所述底盘平台的下端中心处设有机架，所述机架的一端与所述底盘平台固定，所述机架的另一端同时与所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构转动连接；所述前万向轮与所述前万向轮四杆机构固定，所述后万向轮与所述后万向轮四杆机构固定，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构之间通过变形连杆转动连接，所述左主动轮和所述右主动轮对称设置在所述机架的左右两侧，且所述左主动轮和所述右主动轮分别与所述底盘平台固定；
所述前万向轮四杆机构还包括第一连架杆组件、第一连杆和第二连架杆，所述第一连架杆组件分别与所述底盘平台和所述第一连杆转动连接，所述第一连杆和所述第二连架杆转动连接，所述第二连架杆与所述机架转动连接；
所述后万向轮四杆机构还包括第三连架杆组件、第二连杆和第四连架杆，所述第三连架杆组件分别与所述底盘平台和所述第二连杆转动连接，所述第二连杆和所述第四连架杆转动连接，所述第四连架杆与所述机架转动连接。
优选地，所述第一连架杆组件包括两个第一连架杆和第一连接轴，各所述第一连架杆的一端分别与所述底盘平台转动连接，各所述第一连架杆的另一端分别与所述第一连接轴的两端转动连接，且两个所述第一连杆对称设置在所述第一连接轴两侧，所述第一连接轴与所述第一连杆转动连接。
优选地，所述第三连架杆组件包括两个第三连架杆和第三连接轴，各所述第三连架杆的一端分别与所述底盘平台转动连接，各所述第三连架杆的另一端分别与所述第三连接轴的两端转动连接，且两个所述第三连杆对称设置在所述第三连接轴两侧，所述第三连接轴与所述第二连杆转动连接。
优选地，所述前万向轮固定设置在所述第二连架杆上，所述后万向轮固定设置在所述第四连架杆上。
优选地，所述变形连杆的一端与所述第一连架杆组件转动连接，所述变形连杆的另一端与所述第三连架杆组件转动连接。
优选地，还包括第一轴承座和第一轴承，所述第一轴承设置在所述第一轴承座上，所述第一轴承座与所述底盘平台的下端面固定，各所述第一连架杆分别通过所述第一轴承与所述第一轴承座转动连接。
优选地，还包括第二轴承座和第二轴承，所述第二轴承设置在所述第二轴承座上，所述第二轴承座与所述底盘平台的下端面固定，各所述第三连架杆分别通过所述第二轴承与所述第二轴承座转动连接。
优选地，还包括第一拉簧和第二拉簧，所述第一拉簧和所述第二拉簧对称设置在所述机架的前后两侧，所述第一拉簧的一端与所述机架固定，所述第一拉簧的另一端与所述第一连杆固定；所述第二拉簧的一端与所述机架固定，所述第二拉簧的另一端与所述第二连杆固定。
本发明产生的有益效果：
本发明所公开的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，通过设置所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构,并将所述左主动轮和所述右主动轮分别与所述底盘平台固定，利用双四杆机构自适应联动变形时前万向轮竖直方向位移大于后万向轮竖直方向位移的结构特点，解决了移动底盘爬坡或越障时主动轮被前后万向轮悬空的技术问题，提高了移动底盘越障的能力及运动的平稳性；且结构简单、简洁，可应用于移动机器人、婴儿车等智能移动机器。
附图说明
图1为本发明的越障用双四杆四轮机器人底盘结构的爆炸图；
图2为本发明的越障用双四杆四轮机器人底盘结构的总装图；
图3为本发明的双四杆四轮底盘结构越障原理图，其中3a是正常行驶状态示意图，3b是越障状态示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1和图2所示，一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构，包括底盘平台3、前万向轮四杆机构、后万向轮四杆机构、前万向轮32、后万向轮34、左主动轮33、右主动轮35和变形连杆，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构以所述底盘平台作为共用连杆，所述底盘平台的下端中心处设有机架1，所述机架的一端与所述底盘平台固定，所述机架的另一端同时与所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构转动连接；所述前万向轮与所述前万向轮四杆机构固定，所述后万向轮与所述后万向轮四杆机构固定，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构之间通过变形连杆21转动连接，所述左主动轮和所述右主动轮对称设置在所述机架的左右两侧，且所述左主动轮和所述右主动轮分别与所述底盘平台固定。所述前万向轮四杆机构还包括第一连架杆组件、第一连杆10和第二连架杆6，所述第一连架杆组件分别与所述底盘平台和所述第一连杆转动连接，所述第一连杆和所述第二连架杆转动连接，所述第二连架杆与所述机架转动连接。所述后万向轮四杆机构还包括第三连架杆组件、第二连杆28和第四连架杆31，所述第三连架杆组件分别与所述底盘平台和所述第二连杆转动连接，所述第二连杆和所述第四连架杆转动连接，所述第四连架杆与所述机架转动连接。所述第一连架杆组件包括两个第一连架杆19和第一连接轴17，各所述第一连架杆的一端分别与所述底盘平台转动连接，各所述第一连架杆的另一端分别与所述第一连接轴的两端转动连接，且两个所述第一连杆对称设置在所述第一连接轴两侧，所述第一连接轴与所述第一连杆转动连接。所述第三连架杆组件包括两个第三连架38和第三连接轴27，各所述第三连架杆的一端分别与所述底盘平台转动连接，各所述第三连架杆的另一端分别与所述第三连接轴的两端转动连接，且两个所述第三连杆对称设置在所述第三连接轴两侧，所述第三连接轴与所述第二连杆转动连接。所述前万向轮固定设置在所述第二连架杆上，所述后万向轮固定设置在所述第四连架杆上。所述变形连杆的一端与所述第一连架杆组件转动连接，所述变形连杆的另一端与所述第三连架杆组件转动连接。所述越障用双四杆四轮机器人底盘结构还包括第一轴承座和第一轴承，即图中的带座轴承25，具体结构为现有技术，在此不再累述，所述第一轴承设置在所述第一轴承座上，所述第一轴承座与所述底盘平台的下端面固定，各所述第一连架杆分别通过所述第一轴承与所述第一轴承座转动连接；所述越障用双四杆四轮机器人底盘结构还包括第二轴承座和第二轴承，具体结构参考图中的带座轴承25，同样为现有技术，在此不再累述，所述第二轴承设置在所述第二轴承座上，所述第二轴承座与所述底盘平台的下端面固定，各所述第三连架杆分别通过所述第二轴承与所述第二轴承座转动连接。所述越障用双四杆四轮机器人底盘结构还包括第一拉簧37和第二拉簧36，所述第一拉簧和所述第二拉簧对称设置在所述机架的前后两侧，所述第一拉簧的一端与所述机架固定，所述第一拉簧的另一端与所述第一连杆固定；所述第二拉簧的一端与所述机架固定，所述第二拉簧的另一端与所述第二连杆固定。
本实施例中所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构可以设置为对称结构，也可以设置为非对称结构。
本实施例中所述越障用双四杆四轮机器人底盘结构，通过设置所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构,并将所述左主动轮和所述右主动轮分别与所述底盘平台固定，利用双四杆机构自适应联动变形时前万向轮竖直方向位移大于后万向轮竖直方向位移的结构特点，解决了移动底盘爬坡或越障时主动轮被前后万向轮悬空的技术问题，提高了移动底盘越障的能力及运动的平稳性。
本实施例中，所述越障用双四杆四轮机器人底盘结构的具体装配过程为：机架1与底盘平台3通过紧固件2安装在底盘平台3的中心位置。机架中心轴4对称安装在机架1上，轴承7内圈一端与机架中心轴4轴肩贴合，轴承7内圈另一端通过弹垫、螺母9紧固，轴承7外圈一端与第二连架杆6台阶面贴合，另一端与法兰8端面贴合，法兰8与第二连架杆6通过紧固件紧固。完成装配后，第二连架杆6以机架中心轴4为转轴自由转动。第四连架杆31以相同的方式安装在机架中心轴4另一侧，完成装配后，第四连架杆31以机架中心轴4为转轴自由转动。轴承19内圈两侧通过第二连接轴27轴肩及卡簧固定在第二连接轴27中心截面位置，轴承19外圈一侧与第二连杆28贴合，另一端与法兰30贴合。法兰30与第二连杆28通过紧固件紧固。完成装配后，第二连杆28以第二连接轴27为转轴自由转动。第一连杆10以相同的方式装配在第一连接轴17上。完成装配后，第一连杆10以第一连接轴17为转轴自由转动。连杆小轴11安装在第一连杆10中心孔上，依次将铜垫圈12、第二连架杆6、轴承13、弹垫14套在连杆小轴11上，通过螺母16将连杆小轴11及轴承13内圈固定。将法兰15安装在第二连架杆6孔内，通过紧固件紧固，完成轴承13与第二连架杆6的固定。完成装配后，第二连架杆6一端以连杆小轴11为转轴转动，第二连架杆6另一端以机架中心轴4为转轴转动。第二连杆以相同的方式安装在第四连架杆31上，完成装配后，第四连架杆31一端以第二连接轴27为转轴转动，第四连架杆31另一端以机架中心轴4为转轴转动。轴承18内圈一端安装在第一连接轴17轴肩上，内圈另一侧与第一连架杆19固定，铜垫圈20、变形连杆21、弹垫22依次套在第一连接轴17并通过螺母23锁紧。第一连架杆19的另一端安装在小轴24轴肩上，通过过盈配合的方式贴合固定在小轴24轴肩上。以相同的方式完成另外一根第一连架杆19和两根第三连架杆38的装配。小轴24两端分别套在带座轴承25上，并通过带座轴承紧定螺钉固定。将带座轴承25通过螺钉26固定在底盘平台3上。以相同的方式完成另外三个小轴24及3个带座轴承25的装配。前万向轮32安装在第二连架杆6上，通过紧固件进行刚性固定，后万向轮34安装在第四连架杆31上，通过紧固件进行刚性固定。左主动轮33、右主动轮35分别通过固定支杆对称安装在底盘平台3上。
参见图3(包括图3a和图3b)所示，本发明所采用的原理是：所述底盘平台、所述第一连架杆、所述第一连杆、所述第二连架杆组成前万向轮四杆机构，其中底盘平台与机架固联；所述底盘平台、所述第三连架杆、第二连杆、第四连架杆组成后万向轮四杆机构；变形连杆将前万向轮四杆机构与后万向轮四杆机构串联；所述前万向轮与第二连架杆固联；所述后万向轮与第四连架杆固联；所述左主动轮、所述右主动轮分别安装在底盘平台左右两侧，与底盘刚性连接。当前万向轮遇到障碍物时，前万向轮四杆机构发生变形，通过变形连杆将变形传递至后万向轮四杆机构，第二连架杆转动角度为α，第四连架杆转动角度为β，转动角度满足α＞tβ(其中t由连杆尺寸参数决定，且t＞1)，且随着第二连架杆转动角度α增大至某个临界值后，第四连架杆转动角度为β逐渐减小，即第四连架杆转动方向发生改变。第二连架杆转动角度α大于第四连架杆转动角度β，即可实现在越障过程中，前万向轮竖直方向位移值大于后万向轮竖直方向位移值，保证主动轮不被前、后万向轮悬空。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本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，或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：包括底盘平台、前万向轮四杆机构、后万向轮四杆机构、前万向轮、后万向轮、左主动轮、右主动轮和变形连杆，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构以所述底盘平台作为共用连杆，所述底盘平台的下端中心处设有机架，所述机架的一端与所述底盘平台固定，所述机架的另一端同时与所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构转动连接；所述前万向轮与所述前万向轮四杆机构固定，所述后万向轮与所述后万向轮四杆机构固定，所述前万向轮四杆机构和所述后万向轮四杆机构之间通过变形连杆转动连接，所述左主动轮和所述右主动轮对称设置在所述机架的左右两侧，且所述左主动轮和所述右主动轮分别与所述底盘平台固定；
所述前万向轮四杆机构还包括第一连架杆组件、第一连杆和第二连架杆，所述第一连架杆组件分别与所述底盘平台和所述第一连杆转动连接，所述第一连杆和所述第二连架杆转动连接，所述第二连架杆与所述机架转动连接；
所述后万向轮四杆机构还包括第三连架杆组件、第二连杆和第四连架杆，所述第三连架杆组件分别与所述底盘平台和所述第二连杆转动连接，所述第二连杆和所述第四连架杆转动连接，所述第四连架杆与所述机架转动连接；
所述变形连杆的一端与所述第一连架杆组件转动连接，所述变形连杆的另一端与所述第三连架杆组件转动连接。
2.根据权利要求1所述的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：所述第一连架杆组件包括两个第一连架杆和第一连接轴，各所述第一连架杆的一端分别与所述底盘平台转动连接，各所述第一连架杆的另一端分别与所述第一连接轴的两端转动连接，且两个所述第一连杆对称设置在所述第一连接轴两侧，所述第一连接轴与所述第一连杆转动连接。
3.根据权利要求2所述的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：所述第三连架杆组件包括两个第三连架杆和第三连接轴，各所述第三连架杆的一端分别与所述底盘平台转动连接，各所述第三连架杆的另一端分别与所述第三连接轴的两端转动连接，且两个所述第三连杆对称设置在所述第三连接轴两侧，所述第三连接轴与所述第二连杆转动连接。
4.根据权利要求3所述的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：所述前万向轮固定设置在所述第二连架杆上，所述后万向轮固定设置在所述第四连架杆上。
5.根据权利要求4所述的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：还包括第一轴承座和第一轴承，所述第一轴承设置在所述第一轴承座上，所述第一轴承座与所述底盘平台的下端面固定，各所述第一连架杆分别通过所述第一轴承与所述第一轴承座转动连接。
6.根据权利要求5所述的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：还包括第二轴承座和第二轴承，所述第二轴承设置在所述第二轴承座上，所述第二轴承座与所述底盘平台的下端面固定，各所述第三连架杆分别通过所述第二轴承与所述第二轴承座转动连接。
7.根据权利要求6所述的越障用双四杆四轮机器人底盘结构，其特征在于：还包括第一拉簧和第二拉簧，所述第一拉簧和所述第二拉簧对称设置在所述机架的前后两侧，所述第一拉簧的一端与所述机架固定，所述第一拉簧的另一端与所述第一连杆固定；所述第二拉簧的一端与所述机架固定，所述第二拉簧的另一端与所述第二连杆固定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |