CN106428292A - 用于移动机器人的四轮式行走机构 - Google Patents

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韦元江
左孔禄
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D63/00—Motor vehicles or trailers not otherwise provided for
    • B62D63/02—Motor vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/04—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of gearing
    • B60K17/043—Transmission unit disposed in on near the vehicle wheel, or between the differential gear unit and the wheel

Abstract

本发明公开一种用于移动机器人的四轮式行走机构，包括，电机及驱动轮；还包括，圆弧齿同步轮带装置；所述驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置安装于所述电机驱动轴上。本发明所带来的有益效果：本发明具有换向速度快、缓冲间隙小、传动距离精准、损耗低、无噪声和振动危害、启动性能好、节能和经济的优点，并且结构相对简单，安装方便，功能强大，尤其能降低成本。

Description

用于移动机器人的四轮式行走机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种用于移动机器人的四轮式行走机构。
背景技术
移动机器人技术是机器人技术中的一个重要分支，其主要目标是研究应用人工智能技术，在复杂环境下系统地自主推理、规划和控制。自主式移动机器人是具有高度的自规划、自组织和自适应能力，适合于在复杂的环境中工作的一种智能机器人，具有模型不确定性、系统的高度非线性和控制的复杂性。
地面移动机器人在环境中无约束的运动需要一个具有优异性能的移动平台，机器人的运动机构则是机器人移动平台的一个重要组成部分，它直接影响到机器人运动的稳定性、灵活性和可操作性。因此，合理选择和设计机器人的运动机构是移动机器人设计的一个重要环节。
现有机器人通常采用双足行走式及履带式，但是双足行走式存在稳定性差，障碍翻越性能差的缺点，履带式存在障碍翻越性能强，但是行走噪音大的缺陷。因此本领域技术人员选择采用轮式移动机构，非常适合于相对平坦的地面，轮式移动机器人是移动机器人中应用最多的一种，在相对平坦的地面上，车轮式移动方式具有相当的优势。与其他形式的移动机器人相比，轮式移动机器人具有机械结构简单、运动灵活度大、操作性能好和能量利用率高的优点。但是轮式机器人存在移动精确度低的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于移动机器人的四轮式行走机构。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
在一些可选的实施例中，提供一种用于移动机器人的四轮式行走机构，包括，电机及驱动轮；还包括，圆弧齿同步轮带装置；所述驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置安装于所述电机驱动轴上。
在一些可选的实施例中，所述圆弧齿同步轮带装置，包括，主圆弧齿同步轮、从圆弧齿同步轮及圆弧齿同步带；所述主圆弧齿同步轮及从圆弧齿同步轮安装于所述圆弧齿同步带内，与所述圆弧齿同步带内的圆弧齿啮合。
在一些可选的实施例中，所述主圆弧齿同步轮安装于所述电机的驱动轴上，所述从圆弧齿同步轮与驱动轮连接。
在一些可选的实施例中，所述电机，包括，第一电机及第二电机；所述驱动轮，包括，第一驱动轮及第二驱动轮；所述第一电机与所述第一驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置连接，所述第二电机与所述第二驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置连接；所述第一驱动轮的轴心与所述第二驱动轮的轴心位于相同水平线上。
在一些可选的实施例中，所述的一种用于移动机器人的四轮式行走机构，还包括，底盘及电机架，所述电机安装于电机架上，所述电机架固定于所述底盘的顶面。
在一些可选的实施例中，所述的一种用于移动机器人的四轮式行走机构，还包括，路径识别装置及控制单元，所述路径识别装置及控制单元安装于底盘上。
在一些可选的实施例中，所述的一种用于移动机器人的四轮式行走机构，还包括，站点识别装置，所述站点识别装置安装于底盘上。
在一些可选的实施例中，所述的一种用于移动机器人的四轮式行走机构，还包括，万向轮，所述万向轮安装于所述底盘的底面。
在一些可选的实施例中，所述的一种用于移动机器人的四轮式行走机构，所述电机是24V直流无刷差速电机。
本发明所带来的有益效果：本发明具有换向速度快、缓冲间隙小、传动距离精准、损耗低、无噪声和振动危害、启动性能好、节能和经济的优点，并且结构相对简单，安装方便，功能强大，尤其能降低成本。
本发明底架结构大为简化。由于链条传动在传动过程中链条会下沉，换向过程中一侧的链条下沉特别严重，所以链条传动在设计时需留出足够的躲避链条下沉空间。保证良好的通过性以及良好的结构布局，节约空间。
本发明简单实用，易于普及和推广。
本发明无需使用润滑油，无污染,可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1为本发明爆炸示结构意图；
图2为本发明圆弧齿同步轮带装置的结构示意图；
图3为本发明的俯视图；
图4为本发明的仰视图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。
在一些说明性的实施例中，提供一种用于移动机器人的四轮式行走机构，如图1-4所示，包括，电机及驱动轮；还包括，底盘1及电机架2，所述电机安装于电机架6上，所述电机架2固定于所述底盘1的顶面。还包括，万向轮3，所述万向轮3安装于所述底盘1的底面。还包括，圆弧齿同步轮带装置4。所述圆弧齿同步轮带装置4，包括，主圆弧齿同步轮401、从圆弧齿同步轮402及圆弧齿同步带403；所述主圆弧齿同步轮401及从圆弧齿同步轮402安装于所述圆弧齿同步带403内，与所述圆弧齿同步带403内的圆弧齿啮合。所述主圆弧齿同步轮401安装于所述电机的驱动轴上，所述从圆弧齿同步轮与驱动轮连接。进一步说明，所述电机，包括，第一电机501及第二电机502；所述驱动轮，包括，第一驱动轮601及第二驱动轮602；所述第一电机501与所述第一驱动轮601通过圆弧齿同步轮带装置4连接，所述第二电机502与所述第二驱动轮602通过圆弧齿同步轮带装置4连接；所述第一驱动轮601的轴心与所述第二驱动轮602的轴心位于相同水平线上。所述电机是24V直流无刷差速电机。两个驱动轮均是5寸的聚氨酯驱动轮。两个万向轮3是2寸的聚氨酯万向轮。进一步详细说明安装过程，其中，两个驱动轮3分别安置在底盘1左右两侧的缺口301处，控制单元7、电池8及充电器9置于底盘1上面。路径识别装置10安置于底盘的最前面中间位置，控制单元7采用PWM/DC无刷电机驱动器及ARM处理器核心模块作为控制单元。本发明控制单元软件部分的信号采集/处理控制程序的流程是：首先电源板CPU启动后自动打开主控板电源。主控板启动操作系统程序开始初始化，包括任务，内存分配，外设等。等待外部启动命令收到启动命令通过PWM端口输出脉冲从而控制电机驱动器，电机驱动器输出信号控制电机转动或停止，电机的转速通过PWM的脉宽来调节。上述操作过程以及所需软件均可通过本领域技术进行编程设计，为现有技术再次不做赘述。
本发明工作时无滑动，具有恒定的传动比；为机器人定位和计算移动的距离提供可靠的依据。
本发明具有缓冲、减振能力，噪声低；在行走过程中不会出现停顿和链条在行走过程中发出的摩擦声。传动效率高，可达0.98，节能效果明显；维护保养方便，不需润滑，维护费用低；速比范围大，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；可用于长距离传动，中心距可达10m以上。无污染,可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作
在一种可选的实施例中，还包括，路径识别装置10及控制单元7，路径识别装置10的工作原理：主要通过检测路径上的磁场信号来获取车辆自身相对于目标跟踪路径之间的位置偏差，从而实现机器人的行走位置偏差控制及识别导航。将路径识别装置安装在机器人正面靠前方底部，路径识别装置利用内置的八个信号采样点，能够检测出磁道上方的微弱磁场，每一个采样点都有一路信号输出，当采样点采集到磁场信号时，该路信号就会输出低电平，其它没有采集到磁场信号的采样点信号输出为高电平。机器人行走时，依靠信号输出状态，可以判断磁道对于机器人路径识别装置的偏离位置，控制单元将自动做出调整，控制电机驱动器，使电机差速纠正，确保机器人沿磁道行走，上述控制系统通过现有软件根据本领域知识编程即可获得。控制单元在本领域中通过单片机即可实现，在此不做赘述。
在一种可选的实施例中，还包括，站点识别装置11，采用射频识别技术作为站点识别装置11，将唯一的地址ID存入RFID卡（电子标签）中，同一应用环境的任意两张RFID卡中的地址ID都不相同。当机器人行驶在路径中，站点识别装置读到区域中的RFID卡并将该RFID卡中的地址ID发送至控制单元，控制单元比对该地址ID与电子地图中的地址ID，若该地址ID不存在当前电子地图中时，机器人无视该RFID卡所在站点并继续以当前状态行驶；若该地址存在于当前电子地图中时，控制单元读取电子地图中在该地址ID所应该执行的动作并控制机器人执行这一动作。机器人执行动作具体包括机器人高速状态行驶、机器人中速状态行驶、机器人低速状态行驶、机器人站点停靠、机器人在分歧路径左转、右转等。上述控制系统通过现有软件根据本领域知识编程即可获得。控制单元在本领域中通过单片机即可实现，在此不做赘述。上述所有电器元件均可通过市购获得，在此不做赘述。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.用于移动机器人的四轮式行走机构，包括，电机及驱动轮；其特征在于，还包括，圆弧齿同步轮带装置；所述驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置安装于所述电机驱动轴上。
2.如权利要求1所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，所述圆弧齿同步轮带装置，包括，主圆弧齿同步轮、从圆弧齿同步轮及圆弧齿同步带；所述主圆弧齿同步轮及从圆弧齿同步轮安装于所述圆弧齿同步带内，与所述圆弧齿同步带内的圆弧齿啮合。
3.如权利要求2所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，所述主圆弧齿同步轮安装于所述电机的驱动轴上，所述从圆弧齿同步轮与驱动轮连接。
4.如权利要求3所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，所述电机，包括，第一电机及第二电机；所述驱动轮，包括，第一驱动轮及第二驱动轮；所述第一电机与所述第一驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置连接，所述第二电机与所述第二驱动轮通过圆弧齿同步轮带装置连接；所述第一驱动轮的轴心与所述第二驱动轮的轴心位于相同水平线上。
5.如权利要求4所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，还包括，底盘及电机架，所述电机安装于电机架上，所述电机架固定于所述底盘的顶面。
6.如权利要求5所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，还包括，路径识别装置及控制单元，所述路径识别装置及控制单元安装于底盘上。
7.如权利要求6所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，还包括，站点识别装置，所述站点识别装置安装于底盘上。
8.如权利要求7所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，还包括，万向轮，所述万向轮安装于所述底盘的底面。
9.如权利要求8所述的用于移动机器人的四轮式行走机构，其特征在于，所述电机是24V直流无刷差速电机。
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