CN107618583B - 一种模块化行走机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种模块化行走机构，用以解决现有的机器人行走机构结构复杂，占用空间大，并且适用性低的问题。该机构包括驱动机构、转向机构和减振机构；所述驱动机构包括轮胎和轮胎的驱动装置；所述转向机构连接所述驱动机构，用于调整所述轮胎的方向；所述减振机构包括相互连接的下悬挂结构(31)和减振缸筒(33)，所述转向机构位于所述下悬挂结构(31)和减振缸筒(33)构成的内部空间。

Description

一种模块化行走机构
技术领域
本发明属于机器人研究和工程技术领域，尤其涉及一种模块化行走机构。
背景技术
行走机构是一种移动机器人的驱动装置。在现代生产过程中，移动机器人广泛用于工厂、码头、物流、军事领域，从事移动操作、物资搬运、物资配送、地面作战等任务，靠精确平稳的运动能力获得越来越广泛的应用。行走机构是使移动机器人实现平移、转向、减振的关键部件，决定移动机器人的运动性能，因此，行走机构受到许多部门的重视，专门研究行走机构。
目前行走机构多采用麦克纳姆轮，采用麦克纳姆轮的移动机器人，各个车轮以及车轮之间的连接机构构成一个整体，结构复杂，并且是沿车轮轴方向的连接机构占用空间很大，导致麦克纳姆轮在移动机器人领域适用性较低；行走机构或者采用仿汽车的摆臂式悬架结构，该结构同样存在结构复杂、占用空间大、适用性低等问题。
发明内容
本发明提供了一种模块化行走机构，用以解决现有的机器人行走机构结构复杂，占用空间大，并且适用性低的问题。
本发明包括如下内容：
一种模块化行走机构，包括驱动机构、转向机构和减振机构；所述驱动机构包括轮胎和轮胎的驱动装置；所述转向机构连接所述驱动机构，用于调整所述轮胎的方向；所述减振机构包括相互连接的下悬挂结构31和减振缸筒33，所述转向机构位于所述下悬挂结构31和减振缸筒33构成的内部空间。
进一步地，所述转向机构包括转向轴23、减速器24、转向电机25和转向轴承26，转向轴23与驱动机构连接，转向轴23与减速器24固连，减速器24与转向电机25固连；减振缸筒33内设置相互连接的活塞杆34与活塞头35；所述转向机构位于所述下悬挂结构31和减振缸筒33构成的内部空间，具体包括：转向轴23与下悬挂结构31通过转向轴承26连接，转向电机25和减速器24与活塞杆34连接。
进一步地，所述转向机构连接所述驱动机构，具体包括：所述驱动机构由轮胎11、转子12、定子轴13、铁芯14和轮毂电机组成，轮胎11固定在转子12上，转子12通过轴承固定在定子轴13上，铁芯14固定在定子轴13上；所述转向机构由转向轴23、减速器24和转向电机25组成，转向轴23与定子轴13固连，转向轴23与减速器24固连，减速器24与转向电机25固连；其中，转向轴23与定子轴13的轴向正交。
进一步地，所述减振机构还包括：光轴32、铜套36、下弹簧37和上弹簧38；下悬挂结构31和光轴32通过下弹簧37连接，减振缸筒33与光轴32通过铜套36和上弹簧38连接。
进一步地，减振缸筒33内包括减振腔39，减振腔39上设置用于连接油管的油管接头40。
进一步地，所述驱动机构内设置编码器15，所述转向机构内设置角度传感器22。
一种移动机器人，包括若干上述的模块化行走机构，由所述模块化行走机构驱动的运载平台，以及控制各模块化行走机构的驱动机构和转向机构的处理芯片。
进一步地，所述减振缸筒33与所述运载平台固定连接。
进一步地，减振缸筒33内包括减振腔39，减振腔39上设置用于连接油管的油管接头40；各模块化行走机构的减振腔39通过油管接头40所连接的油管连通。
一种模块化行走机构，包括驱动机构、转向机构和减振机构；所述驱动机构包括轮胎11、转子12、定子轴13、铁芯14、编码器15、前轴承16、后轴承18和轮毂电机，轮毂电机用于驱动轮胎11，轮胎11固定在转子12上，转子12通过前轴承16和后轴承18固定在定子轴13上，铁芯14固定在定子轴13上，编码器15固定在定子轴13上；所述转向机构包括角度传感器22、转向轴23、减速器24、转向电机25和转向轴承26，角度传感器22与转向轴23固连，转向轴23与定子轴13固连，转向轴23与减速器24固连，减速器24与转向电机25固连；所述减振机构包括下悬挂结构31、光轴32、减振缸筒33、活塞杆34、活塞头35、铜套36、下弹簧37、上弹簧38、减振腔39和油管接头40，光轴32通过铜套36、上弹簧38与减振缸筒33连接，光轴32通过下弹簧37和下悬挂结构31连接，减振缸筒33和活塞头35围成减振腔39，减振腔39上设置用于连接油管的油管接头40，活塞杆34与活塞头35位于减振缸筒33内，活塞杆34与活塞头35固连，减速器24与活塞杆34固连，转向轴23与下悬挂结构31通过转向轴承26连接。
本发明提供了一种模块化行走机构，将传统的结构复杂的行走机构改进为多个独立运行的模块化的行走机构，各个行走机构分别执行各自的驱动、转向和减振功能，并且，由于将转向机构设置于减振机构的内部空间，使得行走机构小型化、轻型化，缩短了行走机构沿车轮轴向方向所占空间，增大了行走机构的负载能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的模块化行走结构的外表面视图；
图2是本发明实施例提供的模块化行走结构的剖视图；
图3、图4是本发明实施例提供的模块化行走机构的转向示意图；
图5是本发明实施例提供的模块化行走结构的另一剖视图。
图中，轮胎11、转子12、定子轴13、铁芯14、编码器15、前轴承16、前端盖17、后轴承18、后端盖19、角度传感器22、转向轴23、减速器24、转向电机25、转向轴承26，下悬挂结构31、光轴32、减振缸筒33、活塞杆34、活塞头35、铜套36、下弹簧37、上弹簧38、减振腔39、油管接头40。
具体实施方式
本发明提供了一种模块化行走机构，用以缩小行走机构体积，减轻行走机构重量，增强行走机构的负载能力。
下面结合附图进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种模块化行走机构包括驱动机构、转向机构和减振机构。驱动机构包括轮胎和轮胎的驱动装置，具体由轮胎11、转子12、定子轴13组成。转向机构连接所述驱动机构，用于调整所述轮胎的方向。减振机构包括相互连接的下悬挂结构31和减振缸筒33，转向机构位于下悬挂结构31和减振缸筒33构成的内部空间。
借助转向机构与减振机构的融合，不仅使得行走机构具备转向能力，还有助于缩短行走机构沿车轮轴向方向所占用空间，从而使得采用模块化行走机构的移动机器人在外轮廓宽度限制下可以增加车体宽度，扩大内部负载空间。
转向机构与减振机构的位置关系的示例见图2，转向机构包括转向轴23、减速器24、转向电机25和转向轴承26，转向轴23与驱动机构连接，转向轴23与减速器24固连，减速器24与转向电机25固连；减振缸筒33内设置相互连接的活塞杆34与活塞头35；转向轴23与下悬挂结构31通过转向轴承26连接，转向电机25和减速器24与活塞杆34连接。
相对于转向机构和减振机构分置的行走机构的设计，本实施例中转向电机、减速器位于活塞杆和活塞头围成的腔体内，使转向驱动机构与减振器融合，缩小行走机构体积，减轻重量，对于实现行走机构模块化至关重要。
图2还提供了转向机构与驱动机构的结构与连接关系的示例。驱动机构由轮胎11、转子12、定子轴13、铁芯14和轮毂电机组成，轮胎11固定在转子12上，转子12通过轴承固定在定子轴13上，铁芯14固定在定子轴13上；转向机构由转向轴23、减速器24和转向电机25组成，转向轴23与定子轴13固连，转向轴23与减速器24固连，减速器24与转向电机25固连；其中，转向轴23与定子轴13的轴向正交。
显然，移动机器人会采用多个模块化行走机构，例如：采用四个模块化行走机构。使用时，轮胎在轮毂电机驱动下能产生沿轮胎圆周与地面接触点切线方向的驱动力矩，使采用模块化行走机构的移动机器人产生位移，调节定子轴绕转向轴旋转角度和方向，可以使轮胎形成顺时针或逆时针转向角度，如图3和图4所示。行走机构的转向角度均可根据程序指令进行单独控制，移动机器人的处理芯片输出转角指令，从而使车具有前进、后退、中心转向、阿克曼转向、侧向平移功能。
如图2所示，驱动机构内设置编码器15，编码器15固定在定子轴13上；转向机构内设置角度传感器22，角度传感器22与转向轴23固连。移动机器人的处理芯片通过采集来自编码器15与角度传感器22的信息，调节移动机器人各行走机构的运动状态。
如图2所示，下悬挂结构31和减振缸筒33之间可通过光轴32连接。参见图5，减振机构还包括：铜套36、下弹簧37和上弹簧38。下悬挂结构31和光轴32通过下弹簧37连接，减振缸筒33与光轴32通过铜套36和上弹簧38连接。
借助双光轴和活塞杆组成的三支撑结构，本发明实施例提供的减振机构不仅能承受一定的侧向弯矩，还能承受一定的前向冲击，提高行走机构地形耐受性。
如图2所示，减振机构还包括减振缸筒33和活塞头35围成的减振腔39，减振腔39上设置用于连接油管的油管接头40。移动机器人的各模块化行走机构的减振腔39通过油管接头40所连接的油管连通，并再油管和减振腔内注入液压油。
相对于现有的独立悬挂，本发明减振腔内液压油通过油管可以向固定在同一车体上的其他减振腔内流动，平衡车轮接地压力，提高移动机器人在复杂地形下的可通过性。
由于模块化行走机构全部机械结构位于机器人的运载平台以外，减小了对车体空间的占用，提高了可维护性。
下面提供一优选地关于模块化行走机构的完整实施例，包括驱动机构、转向机构和减振机构。驱动机构包括轮胎11、转子12、定子轴13、铁芯14、编码器15、前轴承16、前端盖17、后轴承18、后端盖19和轮毂电机，轮毂电机用于驱动轮胎11，轮胎11固定在转子12上，转子12通过前轴承16和后轴承18固定在定子轴13上，铁芯14固定在定子轴13上，编码器15固定在定子轴13上，转子12与前端盖17和后端盖19固连。转向机构包括角度传感器22、转向轴23、减速器24、转向电机25和转向轴承26，角度传感器22与转向轴23固连，转向轴23与定子轴13固连，转向轴23与减速器24固连，减速器24与转向电机25固连。减振机构包括下悬挂结构31、光轴32、减振缸筒33、活塞杆34、活塞头35、铜套36、下弹簧37、上弹簧38、减振腔39、油管接头40，光轴32通过铜套36、上弹簧38与减振缸筒33连接，光轴32通过下弹簧37和下悬挂结构31连接，减振缸筒33和活塞头35围成减振腔39，减振腔39上设置用于连接油管的油管接头40，活塞杆34与活塞头35位于减振缸筒33内，活塞杆34与活塞头35固连，减速器24与活塞杆34固连，转向轴23与下悬挂结构31通过转向轴承26连接。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种模块化行走机构，其特征在于，包括驱动机构、转向机构和减振机构；
所述驱动机构包括轮胎和轮胎的驱动装置；
所述转向机构连接所述驱动机构，用于调整所述轮胎的方向；
所述减振机构包括相互连接的下悬挂结构(31)和减振缸筒(33)，所述转向机构位于所述下悬挂结构(31)和减振缸筒(33)构成的内部空间。
2.如权利要求1所述的机构，其特征在于，
所述转向机构包括转向轴(23)、减速器(24)、转向电机(25)和转向轴承(26)，转向轴(23)与驱动机构连接，转向轴(23)与减速器(24)固连，减速器(24)与转向电机(25)固连；
减振缸筒(33)内设置相互连接的活塞杆(34)与活塞头(35)；
所述转向机构位于所述下悬挂结构(31)和减振缸筒(33)构成的内部空间，具体包括：转向轴(23)与下悬挂结构(31)通过转向轴承(26)连接，转向电机(25)和减速器(24)与活塞杆(34)连接。
3.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述转向机构连接所述驱动机构，具体包括：
所述驱动机构由轮胎(11)、转子(12)、定子轴(13)、铁芯(14)和轮毂电机组成，轮胎(11)固定在转子(12)上，转子(12)通过轴承固定在定子轴(13)上，铁芯(14)固定在定子轴(13)上；
所述转向机构由转向轴(23)、减速器(24)和转向电机(25)组成，转向轴(23)与定子轴(13)固连，转向轴(23)与减速器(24)固连，减速器(24)与转向电机(25)固连；
其中，转向轴(23)与定子轴(13)的轴向正交。
4.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述减振机构还包括：光轴(32)、铜套(36)、下弹簧(37)和上弹簧(38)；
下悬挂结构(31)和光轴(32)通过下弹簧(37)连接，减振缸筒(33)与光轴(32)通过铜套(36)和上弹簧(38)连接。
5.如权利要求1所述的机构，其特征在于，减振缸筒(33)内包括减振腔(39)，减振腔(39)上设置用于连接油管的油管接头(40)。
6.如权利要求1所述的机构，其特征在于，所述驱动机构内设置编码器(15)，所述转向机构内设置角度传感器(22)。
7.一种移动机器人，其特征在于，包括若干由权利要求1-6任一项所述的模块化行走机构，由所述模块化行走机构驱动的运载平台，以及控制各模块化行走机构的驱动机构和转向机构的处理芯片。
8.如权利要求7所述的移动机器人，其特征在于，所述减振缸筒(33)与所述运载平台固定连接。
9.如权利要求7所述的移动机器人，其特征在于，减振缸筒(33)内包括减振腔(39)，减振腔(39)上设置用于连接油管的油管接头(40)；
各模块化行走机构的减振腔(39)通过油管接头(40)所连接的油管连通。
10.一种模块化行走机构，其特征在于，包括驱动机构、转向机构和减振机构；
所述驱动机构包括轮胎(11)、转子(12)、定子轴(13)、铁芯(14)、编码器(15)、前轴承(16)、后轴承(18)和轮毂电机，轮毂电机用于驱动轮胎(11)，轮胎(11)固定在转子(12)上，转子(12)通过前轴承(16)和后轴承(18)固定在定子轴(13)上，铁芯(14)固定在定子轴(13)上，编码器(15)固定在定子轴(13)上；
所述转向机构包括角度传感器(22)、转向轴(23)、减速器(24)、转向电机(25)和转向轴承(26)，角度传感器(22)与转向轴(23)固连，转向轴(23)与定子轴(13)固连，转向轴(23)与减速器(24)固连，减速器(24)与转向电机(25)固连；
所述减振机构包括下悬挂结构(31)、光轴(32)、减振缸筒(33)、活塞杆(34)、活塞头(35)、铜套(36)、下弹簧(37)、上弹簧(38)、减振腔(39)和油管接头(40)，光轴(32)通过铜套(36)、上弹簧(38)与减振缸筒(33)连接，光轴(32)通过下弹簧(37)和下悬挂结构(31)连接，减振缸筒(33)和活塞头(35)围成减振腔(39)，减振腔(39)上设置用于连接油管的油管接头(40)，活塞杆(34)与活塞头(35)位于减振缸筒(33)内，活塞杆(34)与活塞头(35)固连，减速器(24)与活塞杆(34)固连，转向轴(23)与下悬挂结构(31)通过转向轴承(26)连接。
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