CN107416069B - 一种机器人全向驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人全向驱动装置，涉及机器人技术领域，包括底盘以及设置在底盘上的三组行走驱动装置，关键在于：所述行走驱动装置包括连接板、固定在连接板上的驱动电机、与驱动电机的输出轴相连的全向轮，所述连接板的一端与底盘铰接、另一端借助减震装置与底盘相连；所述减震装置包括铰接在连接板上的弹簧套筒、铰接在底盘上的连接块、套装在弹簧套筒上并且两端分别被弹簧套筒和连接块限位的压簧以及穿过弹簧套筒与连接块螺纹连接的连接轴。本发明通过设计减震可调的减震装置，即使在路面凹凸不平的情况下，全向驱动装置依然可以保证机器人顺利通过，而不会出现全向轮悬空和打滑的现象，避免对电机造成冲击，延长电机寿命。

Description

一种机器人全向驱动装置
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人全向驱动装置。
背景技术
随着社会进步和科学技术的发展，机器人技术正在走进人们的视线。关于机器人的移动装置，也是出现了各种各样的形式。
目前，机器人移动装置主要有几下几种形式：第一种是采用两个驱动轮加四个万向轮的移动装置，这种形式可实现原地回转，但不能实现全向驱动；第二种是采用两个驱动轮加两个万向轮的移动装置，这种形式，同样不能实现全向驱动，并且平地行走时容易左右晃动；第三种是采用两个驱动轮加一个万向轮的移动装置，这种形式除了不能全向驱动和行走易晃动外，还不能实现原地旋转；第四种是采用三个全向轮并且分别配置驱动装置，实现原地旋转和行走。
由于地面移动机器人运行的路面情况无法预测，有可能会遇到凹凸不平的路面，现有采用全向轮的移动装置抗震性和缓冲能力较差，会造成行走不平稳以及损坏元器件。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种机器人全向驱动装置，通过设计减震装置，即使在路面凹凸不平的情况下，全向驱动装置依然可以保证机器人顺利通过，而不会出现全向轮悬空和打滑的现象。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机器人全向驱动装置，包括底盘以及设置在底盘上的三组行走驱动装置，其特征在于：所述行走驱动装置包括连接板、固定在连接板上的驱动电机、与驱动电机的输出轴相连的全向轮，所述连接板的一端与底盘铰接、另一端借助减震装置与底盘相连；所述减震装置包括铰接在连接板上的弹簧套筒、铰接在底盘上的连接块、套装在弹簧套筒上并且两端分别被弹簧套筒和连接块限位的压簧以及穿过弹簧套筒与连接块螺纹连接的连接轴。
本发明的有益技术效果是：1、通过设计减震可调的减震装置，缓解路面带来的冲击，迅速吸收颠簸时产生的震动，使行走平稳并保护元器件，避免对电机造成冲击，延长电机寿命，保护不耐冲击的重要元件；2、设计了中间传动装置，电机转矩通过齿轮传动结构传递给中间传动轴，传动平稳、效率高，有助于延长电机寿命；3、通过连接轴与连接块、调整螺母与连接轴可以分别实现对压簧的调整。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明机器人全向驱动装置的结构示意图；
图2是图1中行走驱动装置的结构示意图；
图3是图2中减震装置的结构示意图；
图4是图3中弹簧套筒的结构示意图；
图5是图1中中间传动装置的结构示意图。
在附图中：1是底盘，2是连接板，3是驱动电机，4是全向轮，5是连接曲臂，6是轴承座，7是销轴，8是弹簧套筒，8-1是套筒本体，8-2是铰接孔，8-3是阶梯孔，8-4是压簧限位凸台，8-5是定位部，9是连接块，10是连接轴，11是垫片，12是压簧，13是调整螺母，14是减震连接座，15是连接销轴，16是中间传动座，17是中间传动轴，18是中间传动齿轮，19是法兰连接盘，20是主动齿轮，21是轴承，22是减震销轴，23是编码器，24是编码齿轮。
具体实施方式
参见附图1-5，本发明提供了一种机器人全向驱动装置，包括底盘1以及设置在底盘1上的三组行走驱动装置。三组行走驱动装置以底盘1上的中心孔为中心旋转阵列设置，即每两组行走驱动装置之间相隔120°。
参见附图2和3，上述的行走驱动装置包括连接板2、固定在连接板2上的驱动电机3、与驱动电机3的输出轴相连的全向轮4，上述连接板2的一端与底盘1铰接、另一端借助减震装置与底盘1相连。
上述的减震装置包括铰接在连接板2上的弹簧套筒8、铰接在底盘1上的连接块9、套装在弹簧套筒8上并且两端分别被弹簧套筒8和连接块9限位的压簧12以及穿过弹簧套筒8与连接块9螺纹连接的连接轴10。
参见附图3和4，上述弹簧套筒8的结构中包括套筒本体8-1、沿径向贯穿套筒本体8-1的连接部的铰接孔8-2、与铰接孔8-2相垂直并沿轴向贯穿套筒本体8-1的阶梯孔8-3、设置在上述套筒本体8-1的连接部一侧的压簧限位凸台8-4以及设置在压簧限位凸台8-4一侧的定位部8-5，定位部8-5的外径小于压簧12的内径。连接轴10的螺纹连接端穿过阶梯孔8-3与连接块9相连、旋转驱动端则限位在阶梯孔8-3内。
通过调整连接轴10与连接块9螺纹连接的距离，即可调整减震装置的减震能力。在连接轴10上套装有垫片11，压簧12的两端限位在弹簧套筒8和垫片11间。在垫片11与连接块9之间设有调整螺母13，调整螺母13与连接轴10螺纹连接。在底盘1上固定有减震连接座14，上述连接块9借助连接销轴15与减震连接座14铰接。调整螺母13设置有一个或者多个，通过调节调整螺母13与连接轴10的连接即可调整垫片11与弹簧套筒8间的距离进而调节压簧12的压紧程度。减震装置在组装时需要调整调节螺母13使压簧12受到一定预紧力，然后用另一个调节螺母13防松，这样可以保证不至于因为机器人的重力作用而使减震装置的长度改变太多。
参见附图1、2和5，在连接板2上设有中间传动装置，上述中间传动装置包括固定在连接板2上的中间传动座16、设置在中间传动座16内的中间传动轴17以及分别设置在中间传动轴17两端的中间传动齿轮18和法兰连接盘19，在驱动电机3的输出轴设有与中间传动齿轮18相啮合的主动齿轮20，上述全向轮4与法兰连接盘19相连。在中间传动座16内设有与中间传动轴17相配套的轴承21。每组行走驱动装置配套设置两组减震装置以实现稳定的减震，在中间传动座16的两端分别设有减震销轴22，上述的两组减震装置中的弹簧套筒8分别与对应的减震销轴22相连以实现弹簧套筒8与连接板2间的铰接。在连接板2上固定有编码器23，在上述编码器23的输入轴上固定有与中间传动齿轮18相啮合的编码齿轮24。当机器人在行走过程中，全向轮4遇到外界冲击时，冲击将被分为两路传递：第一路，冲击将通过中间传动轴17和中间传动座16传递给减震装置，减震装置可以吸收大部分冲击，剩余的小部分冲击不再具有破坏性，这部分冲击将传递给机器人机身；第二路，由于驱动电机3和中间传动轴17之间依靠齿轮传动，冲击必须经过齿轮以后才能传递到电机，这种间接传递冲击的方式，就减少了冲击对电机的损坏，可以延长电机的寿命。
参见附图1和2，在连接板2的宽度方向上对称设置有两个连接曲臂5，在底盘1上固定有与连接曲臂5相配合的轴承座6，上述连接曲臂5的弯曲端借助销轴7与轴承座6相连。
对采用上述驱动装置的机器人进行行进测试，结果如下表：
测试结果表明：采用上述驱动装置的机器人在要求的工况上表现优秀，没有出现驱动轮悬空打滑现象，虽然在凹凸不平的路面上和越障时出现机器人身体小幅度的晃动，但是并没有出现对元器件损伤性的冲击现象，并且在减震装置的作用下，机器人能够迅速恢复平稳。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种机器人全向驱动装置，包括底盘（1）以及设置在底盘（1）上的三组行走驱动装置，其特征在于：所述行走驱动装置包括连接板（2）、固定在连接板（2）上的驱动电机（3）、与驱动电机（3）的输出轴相连的全向轮（4），所述连接板（2）的一端与底盘（1）铰接、另一端借助减震装置与底盘（1）相连；所述减震装置包括铰接在连接板（2）上的弹簧套筒（8）、铰接在底盘（1）上的连接块（9）、套装在弹簧套筒（8）上并且两端分别被弹簧套筒（8）和连接块（9）限位的压簧（12）以及穿过弹簧套筒（8）与连接块（9）螺纹连接的连接轴（10）。
2.根据权利要求1所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：所述弹簧套筒（8）的结构中包括套筒本体（8-1）、沿径向贯穿套筒本体（8-1）的连接部的铰接孔（8-2）、与铰接孔（8-2）相垂直并沿轴向贯穿套筒本体（8-1）的阶梯孔（8-3）、设置在所述套筒本体（8-1）的连接部一侧的压簧限位凸台（8-4）以及设置在压簧限位凸台（8-4）一侧的定位部（8-5），所述定位部（8-5）的外径小于压簧（12）的内径，所述连接轴（10）穿过阶梯孔（8-3）与连接块（9）相连。
3.根据权利要求1所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在连接轴（10）上套装有垫片（11），所述压簧（12）的两端分别限位在弹簧套筒（8）和垫片（11）上。
4.根据权利要求3所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在垫片（11）与连接块（9）之间设有调整螺母（13），所述调整螺母（13）与连接轴（10）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在底盘（1）上固定有减震连接座（14），所述连接块（9）借助连接销轴（15）与减震连接座（14）铰接。
6.根据权利要求1所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在连接板（2）的宽度方向上对称设置有两个连接曲臂（5），在底盘（1）上固定有与连接曲臂（5）相配合的轴承座（6），所述连接曲臂（5）的弯曲端借助销轴（7）与轴承座（6）相连。
7.根据权利要求1-6任一项所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在连接板（2）上设有中间传动装置，所述中间传动装置包括固定在连接板（2）上的中间传动座（16）、设置在中间传动座（16）内的中间传动轴（17）以及分别设置在中间传动轴（17）两端的中间传动齿轮（18）和法兰连接盘（19），在驱动电机（3）的输出轴设有与中间传动齿轮（18）相啮合的主动齿轮（20），所述全向轮（4）与法兰连接盘（19）相连。
8.根据权利要求7所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在中间传动座（16）内设有与中间传动轴（17）相配套的轴承（21）。
9.根据权利要求7所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：每组行走驱动装置配套设置两组减震装置，在中间传动座（16）的两端分别设有减震销轴（22），所述减震装置中的弹簧套筒（8）与减震销轴（22）相连。
10.根据权利要求7所述的机器人全向驱动装置，其特征在于：在连接板（2）上固定有编码器（23），在所述编码器（23）的输入轴上固定有与中间传动齿轮（18）相啮合的编码齿轮（24）。
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