CN107414893A - 一种重载两轮差动机器人的通用底盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重载两轮差动机器人的通用底盘。包括底板，在底板的中部安装有悬挂驱动装置，在底板上、悬挂驱动装置的四周设有多个支撑轮装置；悬挂驱动装置包括中部壳体以及分位于中部壳体两侧的两个驱动轮架，在每个驱动轮架的两侧与中部壳体之间均设有一组连杆构成四连杆机构；在两个驱动轮架的顶部均安装有连接端头，在每个连接端头与中部壳体之间均设有可调弹簧，可调弹簧的上端与中部壳体的顶部铰接连接、下端与连接端头铰接连接；在两个驱动轮架的底部均安装有外端带有驱动轮的驱动轮轴、内侧均安装有电机，电机的电机轴外端与驱动轮轴的内端对接连接；支撑轮装置包括与底板连接固定的支撑轮架，在支撑轮架的底部安装有万向轮。

Description

一种重载两轮差动机器人的通用底盘

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种重载两轮差动机器人的通用底盘。

背景技术

随着技术的发展，智能机器人技术逐渐成熟。智能机器人的应用领域也日益广泛，既能应用于物流系统作为载物移动车辆，也能应用在诸如餐馆等场合作为送餐机器人、导引机器人等。智能机器人通常配置有底盘装置，用于驱动行走、承载等，在底盘装置上可以安装导航装置，配合地轨、定位标识等实现自主导航行走。

现有的底盘装置通常采用由电机带动的行走轮进行行走驱动，电机一般采用链条与行走轮连接传动，与此同时上述行走轮兼作支撑轮用于承载全部重量。由于承重过大会导致行走轮驱动困难，故上述设计导致整个底盘装置无法承载较大重量，这极大地限制了底盘装置的应用范围。同时，现有的驱动结构和驱动方式下，底盘装置对地面的平整度要求较高，路面出现坑洼不平等状况时，极易出现行走轮空转等问题，导致驱动失效。因此，有必要对底盘装置进行结构上的优化设计，提供一种通用的底盘结构。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构简单、承载能力强、驱动平稳、对地面情况适应能力强的重载两轮差动机器人的通用底盘。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种重载两轮差动机器人的通用底盘包括底板，在底板的中部设有驱动装置安装孔位且在驱动装置安装孔位上安装有悬挂驱动装置，在底板上、驱动装置安装孔位的四周设有多个支撑轮安装孔位且在各支撑轮安装孔位上均安装有支撑轮装置；悬挂驱动装置包括底部与底板连接固定的中部壳体以及分位于中部壳体两侧的两个驱动轮架，在每个驱动轮架的两侧与中部壳体之间均设有一组连杆构成四连杆机构；在两个驱动轮架的顶部均安装固定有连接端头，在每个连接端头与中部壳体之间均设有可调弹簧，可调弹簧的中心杆的上端与中部壳体的顶部铰接连接、下端与连接端头铰接连接；在两个驱动轮架的底部均安装有外端带有驱动轮的驱动轮轴，在两个驱动轮架的内侧均安装有电机，每个电机的电机轴外端与对应侧的驱动轮轴的内端对接连接；支撑轮装置包括与底板连接固定的支撑轮架，在支撑轮架的底部安装有万向轮。

本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种结构设计简单合理的重载两轮差动机器人的通用底盘，与现有的机器人底盘装置相比，本技术方案中通过设置独立的支撑轮装置和独立的悬挂驱动装置，实现了承载与驱动相分离的技术效果，即由多个支撑轮装置用于承载、由悬挂驱动装置提供两轮差动驱动，这样悬挂驱动装置就不会承载较大的重量，也就解决了背景技术中指出的驱动承载一体结构下带来的无法重载问题，实现了一种重载式底盘结构的设计和开发。通过设置悬挂驱动装置由中部壳体、可调弹簧、驱动轮架、驱动轮轴和电机构成，实现了两个驱动轮的独立悬挂结构设计，这样在坑洼路面情况下，独立的两个驱动轮更能够适应地形的变化，从而保证持续的驱动力和平稳的驱动效果，提升底盘的通用性。

优选地：在每个驱动轮架的内侧中部均安装有用于检测该侧驱动轮转动位置的位移传感器。

优选地：所述位移传感器选取为码盘组件，在驱动轮架的内侧中部安装有支架且码盘组件安装在支架上；在码盘组件的码盘盘体上安装有从动齿轮，在驱动轮轴的中部安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮之间啮合传动。

优选地：驱动轮架为“口”字形框体结构，连接端头的外侧设有横向的卡口；驱动轮架的顶部框体的中部嵌入连接端头的卡口内并采用螺钉连接固定。

优选地：在驱动轮轴与所在的驱动轮架之间设有轴承，驱动轮轴与该侧电机的电机轴之间采用联轴套筒对接连接。

优选地：中部壳体为“几”字形结构，其底部的板体与底板采用螺栓连接固定；在中部壳体的顶部设有向上方延伸的凸脊，两个可调弹簧各自中心杆的上端分别嵌入凸脊的两端并铰接连接。

优选地：在底板上沿周向方向设有多个竖直的外部支撑杆，在底板的中心设有竖直的中部支撑杆，中部支撑杆的上端由开设在中部壳体顶壁中部的孔穿出；在中部支撑杆与各外部支撑杆之间设有多个支撑横梁，在各支撑横梁的上方安装固定有顶板。

优选地：在底板上还设有导航装置安装孔位，在导航装置安装孔位上安装有磁传感器；在底板的下表面还安装有射频读卡器。

优选地：在各支撑轮装置的上方均扣设安装有支撑轮护罩，支撑轮护罩覆盖住支撑轮装置与所在支撑轮安装孔位之间的空隙；在悬挂驱动装置的下方扣设安装有底部护罩，底部护罩覆盖住悬挂驱动装置与所在驱动装置安装孔位之间的空隙。

优选地：支撑轮装置的数量为四组，沿周向间隔90°设置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的主视结构示意图；

图3是本发明的仰视结构示意图；

图4是本发明的主视半剖结构示意图；

图5是本发明的结构示意图，去掉了顶板；

图6是图1中悬挂驱动装置的结构示意图。

图中：1、顶板；2、底板；3、悬挂驱动装置；3-1、中部壳体；3-2、可调弹簧；3-3、连接端头；3-4、驱动轮架；3-5、位移传感器；3-6、驱动轮轴；3-7、驱动轮；3-8、轴承；3-9、联轴套筒；3-10、电机；3-11、连杆；4、外部支撑杆；5、磁传感器；6、支撑轮装置；6-1、万向轮；6-2、支撑轮护罩；6-3、支撑轮架；7、支撑横梁；8、底部护罩；9、射频读卡器；10、中部支撑杆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明如下：

请参见图1至图3，本发明的重载两轮差动机器人的通用底盘包括底板2，在底板2的中部设有驱动装置安装孔位且在驱动装置安装孔位上安装有悬挂驱动装置3，在底板2上、驱动装置安装孔位的四周设有多个支撑轮安装孔位且在各支撑轮安装孔位上均安装有支撑轮装置6。其中多个支撑轮装置6用于载重，全部重量由各支撑轮装置6共同承载，悬挂驱动装置3用于提供驱动力，将驱动和承载分开有助于提升底盘整体的载重能力。

本实施例中，支撑轮装置6的数量为四组，沿周向间隔90°设置。

请参见图4至图6，可以看出：悬挂驱动装置3包括底部与底板2连接固定的中部壳体3-1以及分位于中部壳体3-1两侧的两个驱动轮架3-4，在每个驱动轮架3-4的两侧与中部壳体3-1之间均设有一组连杆3-11构成四连杆机构。上述四连杆机构保证了驱动轮架3-4能够作竖直方向上的平移，保证驱动轮架3-4移动的平稳性。

在两个驱动轮架3-4的顶部均安装固定有连接端头3-3，在每个连接端头3-3与中部壳体3-1之间均设有可调弹簧3-2，可调弹簧3-2的中心杆的上端与中部壳体3-1的顶部铰接连接、下端与连接端头3-3铰接连接。可调弹簧3-2提供驱动轮架3-4的复位弹力，独立悬挂的方式保证对地形的适应能力，采用可调弹簧3-2的作用是提供弹力设定的选择，对弹簧的弹力进行出厂设定或者使用过程中的调节。

如图中所示，中部壳体3-1可以设计为“几”字形结构，其底部的板体与底板2采用螺栓连接固定；在中部壳体3-1的顶部设有向上方延伸的凸脊，两个可调弹簧3-2各自中心杆的上端分别嵌入凸脊的两端并铰接连接。

在两个驱动轮架3-4的底部均安装有外端带有驱动轮3-7的驱动轮轴3-6，在两个驱动轮架3-4的内侧均安装有电机3-10，每个电机3-10的电机轴外端与对应侧的驱动轮轴3-6的内端对接连接。本实施例中，在驱动轮轴3-6与所在的驱动轮架3-4之间设有轴承3-8，驱动轮轴3-6与该侧电机3-10的电机轴之间采用联轴套筒3-9对接连接。

本实施例中，驱动轮架3-4为“口”字形框体结构，连接端头3-3的外侧设有横向的卡口；驱动轮架3-4的顶部框体的中部嵌入连接端头3-3的卡口内并采用螺钉连接固定。此种固定方式由于可变弹簧3-2向外侧提供一个推力，故保证了在底盘持续的运转过程中驱动轮架3-4与连接端头3-3之间不易发生松脱，提升了结构的可靠性。

请参见图4至图6，可以看出，支撑轮装置6包括与底板2连接固定的支撑轮架6-3，在支撑轮架6-3的底部安装有万向轮6-1。万向轮6-1选取高强度的工业级万向轮类型，保证底盘整体的承载能力。

为了向控制系统快速、精确地反馈每个驱动轮3-7的位置，本实施例中在每个驱动轮架3-4的内侧中部均安装有用于检测该侧驱动轮3-7转动位置的位移传感器3-5。具体地，位移传感器3-5可以选取为码盘组件，在驱动轮架3-4的内侧中部安装有支架且码盘组件安装在该支架上；在码盘组件的码盘盘体上安装有从动齿轮，在驱动轮轴3-6的中部安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮之间啮合传动。这样，在电机3-10通过驱动轮轴3-6带动驱动轮3-7转动时，驱动轮轴3-6通过主动齿轮和从动齿轮带动码盘组件的码盘盘体转动，读取原件通过读取码盘盘体上的编码实现对位置的确定。

如图中所示，在底板2上沿周向方向设有多个竖直的外部支撑杆4，在底板2的中心设有竖直的中部支撑杆10，中部支撑杆10的上端由开设在中部壳体3-1顶壁中部的孔穿出；在中部支撑杆10与各外部支撑杆4之间设有多个支撑横梁7，在各支撑横梁7的上方安装固定有顶板2，顶板2作为装载机器人其它部件的一个平台，多个支撑横梁7对顶板2提供一定的支撑力。

为了实现机器人的自主导航能力，在底板2上还设有导航装置安装孔位，在导航装置安装孔位上安装有磁传感器5，如图中所示，磁传感器5为两组，分位于悬挂驱动装置3的两侧，磁传感器5用于与预设在地面的金属轨道配合，实现固定线路的行驶。在底板2的下表面还安装有射频读卡器9，射频读卡器9与预设的射频标签配合，实现另一种基于射频功能的导航方式。可以想到的是，还可以在本底盘上设置激光导航以及其它导航的装置，分别适应于不同的运行环境。

实际使用中，考虑到老鼠等能够经由底部的缝隙钻入底盘内部而对线路造成破坏，因此本方案中进行相关的安全防范设计：在各支撑轮装置6的上方均扣设安装有支撑轮护罩6-2，支撑轮护罩6-2覆盖住支撑轮装置6与所在支撑轮安装孔位之间的空隙；在悬挂驱动装置3的下方扣设安装有底部护罩8，底部护罩8覆盖住悬挂驱动装置3与所在驱动装置安装孔位之间的空隙，上述各护罩保留各万向轮6-1和各驱动轮3-7的活动余量。

Claims (10)

1.一种重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：包括底板(2)，在底板(2)的中部设有驱动装置安装孔位且在驱动装置安装孔位上安装有悬挂驱动装置(3)，在底板(2)上、驱动装置安装孔位的四周设有多个支撑轮安装孔位且在各支撑轮安装孔位上均安装有支撑轮装置(6)；

悬挂驱动装置(3)包括底部与底板(2)连接固定的中部壳体(3-1)以及分位于中部壳体(3-1)两侧的两个驱动轮架(3-4)，在每个驱动轮架(3-4)的两侧与中部壳体(3-1)之间均设有一组连杆(3-11)构成四连杆机构；在两个驱动轮架(3-4)的顶部均安装固定有连接端头(3-3)，在每个连接端头(3-3)与中部壳体(3-1)之间均设有可调弹簧(3-2)，可调弹簧(3-2)的中心杆的上端与中部壳体(3-1)的顶部铰接连接、下端与连接端头(3-3)铰接连接；在两个驱动轮架(3-4)的底部均安装有外端带有驱动轮(3-7)的驱动轮轴(3-6)，在两个驱动轮架(3-4)的内侧均安装有电机(3-10)，每个电机(3-10)的电机轴外端与对应侧的驱动轮轴(3-6)的内端对接连接；

支撑轮装置(6)包括与底板(2)连接固定的支撑轮架(6-3)，在支撑轮架(6-3)的底部安装有万向轮(6-1)。

2.如权利要求1所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：在每个驱动轮架(3-4)的内侧中部均安装有用于检测该侧驱动轮(3-7)转动位置的位移传感器(3-5)。

3.如权利要求2所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：所述位移传感器(3-5)选取为码盘组件，在驱动轮架(3-4)的内侧中部安装有支架且码盘组件安装在支架上；在码盘组件的码盘盘体上安装有从动齿轮，在驱动轮轴(3-6)的中部安装有主动齿轮，主动齿轮与从动齿轮之间啮合传动。

4.如权利要求2所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：驱动轮架(3-4)为“口”字形框体结构，连接端头(3-3)的外侧设有横向的卡口；驱动轮架(3-4)的顶部框体的中部嵌入连接端头(3-3)的卡口内并采用螺钉连接固定。

5.如权利要求2所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：在驱动轮轴(3-6)与所在的驱动轮架(3-4)之间设有轴承(3-8)，驱动轮轴(3-6)与该侧电机(3-10)的电机轴之间采用联轴套筒(3-9)对接连接。

6.如权利要求2所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：中部壳体(3-1)为“几”字形结构，其底部的板体与底板(2)采用螺栓连接固定；在中部壳体(3-1)的顶部设有向上方延伸的凸脊，两个可调弹簧(3-2)各自中心杆的上端分别嵌入凸脊的两端并铰接连接。

7.如权利要求2所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：在底板(2)上沿周向方向设有多个竖直的外部支撑杆(4)，在底板(2)的中心设有竖直的中部支撑杆(10)，中部支撑杆(10)的上端由开设在中部壳体(3-1)顶壁中部的孔穿出；在中部支撑杆(10)与各外部支撑杆(4)之间设有多个支撑横梁(7)，在各支撑横梁(7)的上方安装固定有顶板(1)。

8.如权利要求1至7任一项所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：在底板(2)上还设有导航装置安装孔位，在导航装置安装孔位上安装有磁传感器(5)；在底板(2)的下表面还安装有射频读卡器(9)。

9.如权利要求1至7任一项所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：在各支撑轮装置(6)的上方均扣设安装有支撑轮护罩(6-2)，支撑轮护罩(6-2)覆盖住支撑轮装置(6)与所在支撑轮安装孔位之间的空隙；在悬挂驱动装置(3)的下方扣设安装有底部护罩(8)，底部护罩(8)覆盖住悬挂驱动装置(3)与所在驱动装置安装孔位之间的空隙。

10.如权利要求1至7任一项所述的重载两轮差动机器人的通用底盘，其特征是：支撑轮装置(6)的数量为四组，沿周向间隔90°设置。