CN106945750B - 一种摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业自动化领域，特别涉及一种摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘。包括：底盘(1)、连接机构(15)、前轴转向系、后轴驱动系和液压举升系统；其中，连接机构(15)布置在底盘(1)上，前轴转向系布置于底盘(1)前部，包括转向步进电机‑减速器组(4)、前轴(3)、转向系轴承(5)、前轴伞齿(6)和转向轮系(2)；后轴驱动系布置于底盘(1)后部，后轴驱动系包括驱动电机‑减速器组(11)、后轴(12)、驱动系轴承(13)、后轴链轮(9)和驱动轮系(8)；液压举升系统包括液压缸(14)、液压油源系统、同步阀和液压管路，液压缸(14)、液压油源系统和同步阀之间通过液压管路连通。
Description
技术领域
本发明属于工业自动化领域，特别涉及一种摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘。
背景技术
目前，我国袋装物资的仓库搬运和装卸方式主要是靠肩扛和小车拉，装卸工人不仅劳动强度大、工作效率低，而且是在粉尘的环境下工作，易危害身心健康。国内外广泛用于袋装物资装卸的搬运机器人设备均固定于流水线上，或布置于移动导轨上，无法进入火车车厢或灵活地移动以对火车车厢内密集堆垛的袋装物资进行快捷抓取和装卸。
综上所述，现有技术中的搬运机器人都不太适用于火车车厢内密集堆放的袋装物资的装卸，无法灵活进入火车车厢对堆积式袋装物资进行无损快捷抓取。
因此，迫切需要一种能满足火车车厢内堆积式袋装物资快速而无损装卸和堆垛的搬运机器人自走式底盘。
搬运机器人工作时，如果底盘不固定，由于机器人机械臂伸长抓取物体时产生巨大的转动惯量，可能会造成机器人移动甚至翻车，这在机器人工作中是不允许的，故必须配备一套将机器人固支在地面的机构，以保证机器人工作时的安全性。液压系统因其便捷、结构简单、单位作用力大(相比电动)的优点，被作为本发明中机器人自走式底盘的举升系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决搬运机器人在火车车厢内灵活移动及机器人工作时的稳定性问题，提高装卸效率，实现农资装卸的机械化和自动化并保证足够驱动力的摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其包括：底盘1、连接机构15、前轴转向系、后轴驱动系和液压举升系统；其中，
连接机构15布置在底盘1上，搬运机器人通过连接机构15与底盘1连接；
前轴转向系布置于底盘1前部，包括转向步进电机-减速器组4、前轴3、转向系轴承5、前轴伞齿6和转向轮系2；
其中，转向步进电机-减速器组4固定在底盘1上，前轴3通过花键连接在转向步进电机-减速器组4的输出端，前轴3的两外端各布置两个转向系轴承5，前轴3每端的两个转向系轴承5之间装有与底盘1垂直布置的前轴伞齿6；
两个转向轮系2分别设置在底盘1前部下端面两端，与两个前轴伞齿6相对应设置；
转向轮系2包括转向系螺母21、转向系螺杆22、转向系上顶板23、转向轮24、转向轴25、转向系吊耳26和转向系伞齿27；
其中，转向系上顶板23固定在底盘1下端面，转向系上顶板23和底盘1开有上下贯通的通孔，转向轴承的外缘与转向系上顶板23的所述通孔间隙配合固接，转向系螺杆22的下端与转向系吊耳26固接，转向系螺杆22的上端穿过转向系上顶板23和底盘1的通孔，并与转向系上顶板23通孔内的转向轴承的内缘间隙配合固接；所述转向系吊耳26为“U”形吊耳，转向系螺母21从转向系螺杆22的上端旋入，并将转向系螺杆22在垂直方向锁定，转向系螺杆22上端设置有与底盘1平行布置的转向系伞齿27，转向轮24通过转向轴25安装在转向系吊耳26上；
前轴伞齿6与转向系伞齿27啮合；
后轴驱动系布置于底盘1后部，后轴驱动系包括驱动电机-减速器组11、后轴12、驱动系轴承13、后轴链轮9和驱动轮系8；
其中，驱动电机-减速器组11固定在底盘1上，后轴12通过花键固接在驱动电机-减速器组11的输出端，后轴12两外端各布置两个驱动系轴承13，后轴12的每端的两个驱动系轴承13之间装有后轴链轮9；
两个驱动轮系8分别设置在底盘1后部下端面的两端，与两个后轴链轮9相对应设置；
驱动轮系8包括第一驱动轮81、驱动系吊耳、驱动轴吊耳、第一驱动轴83、摇摆轴84、第二驱动轴链轮85、第二驱动轴86、第一摇摆轴链轮87、第二摇摆轴链轮、第三摇摆轴链轮和第二驱动轮90；
驱动系吊耳为“U”形吊耳，其包括驱动系上顶板88和驱动系耳板89，其中，驱动系上顶板88固接在底盘1下端面，左右两个驱动系耳板89垂直固接在驱动系上顶板88下方，驱动系耳板89上开有通孔；
驱动轴吊耳包括驱动轴上顶板91和左右两个驱动轴耳板82，左右两个驱动轴耳板82垂直固接在驱动轴上顶板上91，驱动轴吊耳设置在两个驱动系耳板89之间，；
驱动轴耳板82包括驱动轴前耳板、驱动轴后耳板以及位于两者之间的结合部，驱动轴前耳板上设有前通孔，驱动轴后耳板上设有后通孔，结合部上设有上顶点通孔，所述上顶点通孔距前通孔和后通孔的距离相等；
摇摆轴84穿过两个驱动轴耳板82的上顶点通孔和两个驱动系耳板89的通孔与驱动轴耳板82和驱动系耳板89转动连接，摇摆轴84上装有第一摇摆轴链轮87、第二摇摆轴链轮和第三摇摆轴链轮；
第二摇摆轴链轮与后轴链轮9的位置对应；
第一驱动轴83穿过左右两个驱动轴耳板82的前通孔与驱动轴耳板82的驱动轴前耳板转动连接，第一驱动轮81设置在第一驱动轴83上；
第二驱动轴86穿过左右两个驱动轴耳板82的后通孔与驱动轴耳板82驱动轴后耳板转动连接，第二驱动轮90设置在第二驱动轴86上；
第一驱动轮81和第二驱动轮90位于同一水平面；
第一驱动轴83上安装有第一驱动轴链轮，第一驱动轴链轮与第三摇摆轴链轮同侧，第二驱动轴86上安装有第二驱动轴链轮85，第二驱动轴链轮85与第一摇摆轴链轮87同侧；
第二摇摆轴链轮与后轴链轮9通过链条连接，第三摇摆轴链轮与第一驱动轴83上的第一驱动轴链轮通过链条连接，第一摇摆轴链轮87与第二驱动轴86上的第二驱动轴链轮85通过链条连接，
液压举升系统包括液压缸14、液压油源系统、同步阀和液压管路，四个液压缸14分别安装在底盘1的四角，液压油源系统、同步阀和液压管路均布置在底盘1上方，液压缸14、液压油源系统和同步阀之间通过液压管路连通。
转向系轴承5下设置转向系垫块7，转向系垫块7安装在底盘1上。
驱动系轴承13下设置驱动系垫块10，驱动系垫块10固接在底盘1上。
第三摇摆轴链轮位于驱动系吊耳的一侧，第一摇摆轴链轮87位于驱动系吊耳的另一侧。
转向轴25两端安装有外卡，防止转向轴25的轴向移动。
第一驱动轮81、第二驱动轮90和转向轮24为直径为80mm的聚氨酯叉车轮。
本发明的有益效果在于：
本底盘选用直径为80mm的聚氨酯叉车轮，并将前、后轴置于底盘上方以降低离地高度，超低地隙增强了机器人底盘的稳定性，防止机器人在移动或工作过程中翻车。
本底盘后轴采用四轮驱动，通过摇摆轴结构，在一侧车轮遇到障碍物时，仍能保证三个驱动轮着地，保证足够的驱动力。
机器人底盘四角上装有四个液压缸，机器人工作时，液压举升系统将车轮支离地面，以保证机器人工作的安全稳定性。
附图说明
图1为本发明摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘的结构示意图；
图2为本发明摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘的转向轮系示意图；
图3为本发明摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘的驱动轮系示意图。
附图标记：
1底盘 2转向轮系 3前轴
4转向步进电机-减速器组 5转向系轴承 6前轴伞齿
7转向系垫块 8驱动轮系 9后轴链轮
10驱动系垫块 11驱动电机-减速器组 12后轴
13驱动系轴承 14液压缸 15连接机构
21转向系螺母 22转向系螺杆 23转向系上顶板
24转向轮 25转向轴 26转向系吊耳
27转向系伞齿 81第一驱动轮 82驱动轴耳板
83第一驱动轴 84摇摆轴 85第二驱动轴链轮
86第二驱动轴 87第一摇摆轴链轮 88驱动系上顶板
89驱动系耳板 90第二驱动轮 91驱动轴上顶板
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
一种摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，与机器人配合使用。本发明实施例中，摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘与用于装卸和堆垛袋装物资的火车车厢内搬运机器人配合使用。
如图1所示，摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，包括：底盘1、连接机构15、前轴转向系、后轴驱动系和液压举升系统。
连接机构15布置在底盘1上，搬运机器人通过连接机构15与底盘1连接。
前轴转向系布置于底盘1前部，前轴转向系包括转向步进电机-减速器组4、前轴3、转向系轴承5、前轴伞齿6、转向系垫块7和转向轮系2。
其中，转向步进电机-减速器组4固定在底盘1上，前轴3通过花键连接在转向步进电机-减速器组4的输出端。前轴3的两外端各布置两个转向系轴承5，转向系轴承5下设置转向系垫块7，转向系垫块7安装在底盘1上。前轴3每端的两个转向系轴承5之间装有与底盘1垂直布置的前轴伞齿6。
两个转向轮系2分别设置在底盘1前部下端面两端，与两个前轴伞齿6相对应设置。
如图2所示，转向轮系2包括转向系螺母21、转向系螺杆22、转向系上顶板23、转向轮24、转向轴25、转向系吊耳26和转向系伞齿27。
其中，转向系上顶板23固定在底盘1下端面，转向系上顶板23和底盘1开有上下贯通的通孔。转向轴承(图中未示出)的外缘与转向系上顶板23的所述通孔间隙配合固接，转向系螺杆22的下端与转向系吊耳26固接，转向系螺杆22的上端穿过转向系上顶板23和底盘1的通孔，并与转向系上顶板23通孔内的转向轴承的内缘间隙配合固接。所述转向系吊耳26为“U”形吊耳。转向系螺母21从转向系螺杆22的上端旋入，并将转向系螺杆22在垂直方向锁定。转向系螺杆22上端设置有与底盘1平行布置的转向系伞齿27。转向轮24通过转向轴25安装在转向系吊耳26上，且转向轴25两端安装有外卡，防止转向轴25的轴向移动。
前轴伞齿6与转向系伞齿27啮合。
如图1所示，后轴驱动系布置于底盘1后部，后轴驱动系包括驱动电机-减速器组11、后轴12、驱动系轴承13、驱动系垫块10、后轴链轮9和驱动轮系8。
其中，驱动电机-减速器组11固定在底盘1上，后轴12通过花键固接在驱动电机-减速器组11的输出端。后轴12两外端各布置两个驱动系轴承13，驱动系轴承13下设置驱动系垫块10，驱动系垫块10固接在底盘1上。后轴12的每端的两个驱动系轴承13之间装有后轴链轮9。
两个驱动轮系8分别设置在底盘1后部下端面的两端，与两个后轴链轮9相对应设置。
如图3所示，驱动轮系8包括第一驱动轮81、驱动系吊耳、驱动轴吊耳、第一驱动轴83、摇摆轴84、第二驱动轴链轮85、第二驱动轴86、第一摇摆轴链轮87、第二摇摆轴链轮、第三摇摆轴链轮和第二驱动轮90。
驱动系吊耳为“U”形吊耳，其包括驱动系上顶板88和驱动系耳板89，其中，驱动系上顶板88固接在底盘1下端面，左右两个驱动系耳板89垂直固接在驱动系上顶板88下方，驱动系耳板89上开有通孔。
驱动轴吊耳包括驱动轴上顶板91和左右两个驱动轴耳板82，左右两个驱动轴耳板82垂直固接在驱动轴上顶板91上，驱动轴吊耳设置在两个驱动系耳板89之间。
驱动轴耳板82包括驱动轴前耳板、驱动轴后耳板以及位于两者之间的结合部。驱动轴前耳板上设有前通孔，驱动轴后耳板上设有后通孔，结合部上设有上顶点通孔。所述上顶点通孔距前通孔和后通孔的距离相等。
摇摆轴84穿过两个驱动轴耳板82的上顶点通孔和两个驱动系耳板89的通孔与驱动轴耳板82和驱动系耳板89转动连接。摇摆轴84上装有第一摇摆轴链轮87、第二摇摆轴链轮(图中未示出)和第三摇摆轴链轮(图中未示出)。
第二摇摆轴链轮与后轴链轮9的位置相对应。
优选地，第三摇摆轴链轮位于驱动系吊耳的一侧，第一摇摆轴链轮87位于驱动系吊耳的另一侧。
第一驱动轴83穿过左右两个驱动轴耳板82的前通孔与驱动轴耳板82的驱动轴前耳板转动连接，第一驱动轮81设置在第一驱动轴83上。
第二驱动轴86穿过左右两个驱动轴耳板82的后通孔与驱动轴耳板82驱动轴后耳板转动连接，第二驱动轮90设置在第二驱动轴86上。
第一驱动轮81和第二驱动轮90位于同一水平面。
第一驱动轴83上安装有第一驱动轴链轮，第一驱动轴链轮与第三摇摆轴链轮同侧，第二驱动轴86上安装有第二驱动轴链轮85，第二驱动轴链轮85与第一摇摆轴链轮87同侧。
第二摇摆轴链轮与后轴链轮9通过链条连接，第三摇摆轴链轮与第一驱动轴83上的第一驱动轴链轮通过链条连接，第一摇摆轴链轮87与第二驱动轴86上的第二驱动轴链轮85通过链条连接。
优选地，第一驱动轮81、第二驱动轮90和转向轮24为直径为80mm的聚氨酯叉车轮。
液压举升系统包括液压缸14、液压油源系统、同步阀和液压管路，四个液压缸14分别安装在底盘1的四角，液压油源系统、同步阀和液压管路均布置在底盘1上方，液压缸14、液压油源系统和同步阀之间通过液压管路连通。高压液压油从液压油源系统出口通过液压管路到达同步阀，再由同步阀到达四个液压缸14的进油口，并从四个液压缸14的回油口经同步阀返回油箱。
本发明的机器人自走式底盘，采用前轴转向，后轴驱动，且前轴3和后轴12置于底盘1的上方以减小离地间隙；机器人工作时，底盘1四周的四个液压缸14的活塞杆垂直向下伸出将底盘1支离地面，很好地解决了搬运机器人在火车车厢内灵活移动及机器人工作时的稳定性问题，提高了装卸的效率，实现农资装卸的机械化和自动化。
本发明中，机器人与底盘1的总重量为3吨，现有技术中若将驱动系、转向系置于底盘下方，采用轮边带电机方案(该方案能大大降低离地间隙)，离地间隙至少为300mm，而本申请中底盘1离地间隙仅为110mm，使得装备有该底盘的机器人能顺利进出火车车厢。
工作过程：
机器人自走式底盘具有前进、后退、左、右转弯、液压缸14升降、转向回正功能。
机器人开始搬运任务时，底盘1四周的四个液压缸14的活塞杆垂直向下伸出将底盘1支离地面。
当搬运机器人在某定点处的搬运任务结束后，通过控制液压缸14的活塞杆收回，使转向轮24、第一驱动轮81和第二驱动轮90着地，开启机器人行走功能，并通过前进、后退、左/右转弯控制机器人行走到下一位置。
搬运机器人前进/后退时，控制器发出前进/后退信号给驱动电机-减速器组11，驱动电机正转/反转，经减速器减速后将动力传递到后轴12，再由后轴12上的后轴链轮9将动力传递到摇摆轴84的第二摇摆轴链轮，再通过摇摆轴84上的第三摇摆轴链轮和第一摇摆轴链轮87将动力分别传递到第一驱动轴83和第二驱动轴86，以带动其上的第一驱动轮81和第二驱动轮90旋转。
搬运机器人左/右转弯时，控制器发出左/右转信号给转向步进电机-减速器组4，驱动电机正转/反转，经减速器减速后将动力传递到前轴3，再由前轴3上的前轴伞齿6通过与转向系螺杆22上的转向系伞齿27啮合，将动力传递到转向轴25，从而带动转向轮24正反转，实现转向轮的左/右转。
在搬运机器人停止行走后，先通过控制器控制液压缸14的活塞杆支起，将转向轮24、第一驱动轮81和第二驱动轮90支离地面，此时机器人开始下一工作循环。转向系螺母21上装有转向回正传感器，在搬运机器人底盘支离地面后，再通过控制器控制转向轮24回正，此时机器人开始下一工作循环。如此反复，以完成整个火车车厢内的袋装物资搬运。
Claims (6)
1.一种摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其特征在于：
其包括：底盘(1)、连接机构(15)、前轴转向系、后轴驱动系和液压举升系统；其中，
连接机构(15)布置在底盘(1)上，搬运机器人通过连接机构(15)与底盘(1)连接；
前轴转向系布置于底盘(1)前部，包括转向步进电机-减速器组(4)、前轴(3)、转向系轴承(5)、前轴伞齿(6)和转向轮系(2)；
其中，转向步进电机-减速器组(4)固定在底盘(1)上，前轴(3)通过花键连接在转向步进电机-减速器组(4)的输出端，前轴(3)的两外端各布置两个转向系轴承(5)，前轴(3)每端的两个转向系轴承(5)之间装有与底盘(1)垂直布置的前轴伞齿(6)；
两个转向轮系(2)分别设置在底盘(1)前部下端面两端，与两个前轴伞齿(6)相对应设置；
转向轮系(2)包括转向系螺母(21)、转向系螺杆(22)、转向系上顶板(23)、转向轮(24)、转向轴(25)、转向系吊耳(26)和转向系伞齿(27)；
其中，转向系上顶板(23)固定在底盘(1)下端面，转向系上顶板(23)和底盘(1)开有上下贯通的通孔，转向轴承的外缘与转向系上顶板(23)的所述通孔间隙配合固接，转向系螺杆(22)的下端与转向系吊耳(26)固接，转向系螺杆(22)的上端穿过转向系上顶板(23)和底盘(1)的通孔，并与转向系上顶板(23)通孔内的转向轴承的内缘间隙配合固接；所述转向系吊耳(26)为“U”形吊耳，转向系螺母(21)从转向系螺杆(22)的上端旋入，并将转向系螺杆(22)在垂直方向锁定，转向系螺杆(22)上端设置有与底盘(1)平行布置的转向系伞齿(27)，转向轮(24)通过转向轴(25)安装在转向系吊耳(26)上；
前轴伞齿(6)与转向系伞齿(27)啮合；
后轴驱动系布置于底盘(1)后部，后轴驱动系包括驱动电机-减速器组(11)、后轴(12)、驱动系轴承(13)、后轴链轮(9)和驱动轮系(8)；
其中，驱动电机-减速器组(11)固定在底盘(1)上，后轴(12)通过花键固接在驱动电机-减速器组(11)的输出端，后轴(12)两外端各布置两个驱动系轴承(13)，后轴(12)的每端的两个驱动系轴承(13)之间装有后轴链轮(9)；
两个驱动轮系(8)分别设置在底盘(1)后部下端面的两端，与两个后轴链轮(9)相对应设置；
驱动轮系(8)包括第一驱动轮(81)、驱动系吊耳、驱动轴吊耳、第一驱动轴(83)、摇摆轴(84)、第二驱动轴链轮(85)、第二驱动轴(86)、第一摇摆轴链轮(87)、第二摇摆轴链轮、第三摇摆轴链轮和第二驱动轮(90)；
驱动系吊耳为“U”形吊耳，其包括驱动系上顶板(88)和驱动系耳板(89)，其中，驱动系上顶板(88)固接在底盘(1)下端面，左右两个驱动系耳板(89)垂直固接在驱动系上顶板(88)下方，驱动系耳板(89)上开有通孔；
驱动轴吊耳包括驱动轴上顶板(91)和左右两个驱动轴耳板(82)，左右两个驱动轴耳板(82)垂直固接在驱动轴上顶板(91)上，驱动轴吊耳设置在两个驱动系耳板(89)之间，；
驱动轴耳板(82)包括驱动轴前耳板、驱动轴后耳板以及位于两者之间的结合部，驱动轴前耳板上设有前通孔，驱动轴后耳板上设有后通孔，结合部上设有上顶点通孔，所述上顶点通孔距前通孔和后通孔的距离相等；
摇摆轴(84)穿过两个驱动轴耳板(82)的上顶点通孔和两个驱动系耳板(89)的通孔与驱动轴耳板(82)和驱动系耳板(89)转动连接，摇摆轴(84)上装有第一摇摆轴链轮(87)、第二摇摆轴链轮和第三摇摆轴链轮；
第二摇摆轴链轮与后轴链轮(9)的位置对应；
第一驱动轴(83)穿过左右两个驱动轴耳板(82)的前通孔与驱动轴耳板(82)的驱动轴前耳板转动连接，第一驱动轮(81)设置在第一驱动轴(83)上；
第二驱动轴(86)穿过左右两个驱动轴耳板(82)的后通孔与驱动轴耳板(82)驱动轴后耳板转动连接，第二驱动轮(90)设置在第二驱动轴(86)上；
第一驱动轮(81)和第二驱动轮(90)位于同一水平面；
第一驱动轴(83)上安装有第一驱动轴链轮，第一驱动轴链轮与第三摇摆轴链轮同侧，第二驱动轴(86)上安装有第二驱动轴链轮(85)，第二驱动轴链轮(85)与第一摇摆轴链轮(87)同侧；
第二摇摆轴链轮与后轴链轮(9)通过链条连接，第三摇摆轴链轮与第一驱动轴(83)上的第一驱动轴链轮通过链条连接，第一摇摆轴链轮(87)与第二驱动轴(86)上的第二驱动轴链轮(85)通过链条连接，
液压举升系统包括液压缸(14)、液压油源系统、同步阀和液压管路，四个液压缸(14)分别安装在底盘(1)的四角，液压油源系统、同步阀和液压管路均布置在底盘(1)上方，液压缸(14)、液压油源系统和同步阀之间通过液压管路连通。
2.根据权利要求1所述的摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其特征在于：
转向系轴承(5)下设置转向系垫块(7)，转向系垫块(7)安装在底盘(1)上。
3.根据权利要求1或2所述的摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其特征在于：
驱动系轴承(13)下设置驱动系垫块(10)，驱动系垫块(10)固接在底盘(1)上。
4.根据权利要求1或2所述的摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其特征在于：
第三摇摆轴链轮位于驱动系吊耳的一侧，第一摇摆轴链轮(87)位于驱动系吊耳的另一侧。
5.根据权利要求1或2所述的摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其特征在于：
转向轴(25)两端安装有外卡，防止转向轴(25)的轴向移动。
6.根据权利要求1或2所述的摇摆轴四轮驱动的机器人自走式底盘，其特征在于：
第一驱动轮(81)、第二驱动轮(90)和转向轮(24)为直径为80mm的聚氨酯叉车轮。
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