CN108099537A - 扭力梁减震底盘 - Google Patents

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史震云
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Abstract

一种扭力梁减震底盘包括：底盘框架，其包括前底板和后底板；底板连接组件，其使所述前底板和所述后底板能够彼此相对转动地连接；扭力梁悬臂组件，其安装于所述前底板和所述后底板之间，为所述前底板和所述后底板的相对转动提供缓冲；运动组件，其安装到所述底盘框架用于驱动所述底盘框架运动。本发明的底盘结构采用前后分离式底板加强了机器人底盘整体的稳定性，当机器人运动在崎岖不平的道路上时，由于前、后底板可以偏转一定的角度，车轮在凹凸不平的路面时不会互相影响，使机器人更容易地通过不良路况；同时采用扭力梁减震，使机器人具有更强的减震效果，保证移动机器人上的各种设备平稳工作。

Description

扭力梁减震底盘
技术领域
本发明属于移动机器人技术领域，更具体地说，涉及一种移动机器人的底盘结构。
背景技术
机器人底盘是控制移动机器人运动的关键部分。按照移动方式，一般机器人底盘分为轮式、履带式、腿式、蛇形式和跳跃式。其中轮式结构具有自重轻、承载能力强、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等优点，被广泛应用于各个领域。但也存在一个缺点：轮式结构的运动稳定性与路面的路况有很大关系，当工作环境路况崎岖不平时，会使机器人整体稳定性下降，不能保证机器人上的设备良好工作，因此，如何改进轮式底盘的整体机构使其有效地缓冲震动是一大关键问题。
中国发明专利CN106114101A(申请号：CN201610597288.4)公开了一种轮式移动机器人底盘直线悬挂减震装置。该装置包括用于连接机器人底盘的悬挂减震组件、以及连接在悬挂减震组件底部的运动组件，其中：所述悬挂减震组件包括支架10、运动主轴20和运动副轴30，支架10两端之间具有弹性，运动主轴20和运动副轴30分别配置在支架10两端，运动主轴20和运动副轴30的顶端与机器人底盘连接，运动主轴20和运动副轴30的底端与支架10顶面保持弹性接触；所述运动组件包括顺序连接的电机40、电机座50和轮子60，电机40、电机座50连接在支架10的底面，电机40固定在运动副轴30下方，电机座50固定在运动主轴20下方；运动主轴20用于承受轮子60经路面激励而产生的冲击；运动副轴30用于缓冲运动主轴20所受的冲击。在重力作用下运动主轴20相对于支架10被弹性压缩，迫使轮子60沿相反方向抓地。当轮式移动机器人行走在不平的路面时，不可避免会因路面激励导致运动主轴20产生夹角偏移，造成电机40输出轴受到刚性冲击力，此时藉由支架10本身的弹性和运动副轴30的弹性伸缩分担路面激励传递给电机输出轴的刚性冲击力。
该专利提出的减震装置结构较为复杂，需要较大的空间来安装减震装置，这对移动机器人的底盘尺寸就有一定的制约性，使得机器人底盘高度增大，降低了移动机器人运行的稳定性；同时提高了移动机器人成本，还使底盘的维修变得十分困难。
中国实用新型专利CN206327100U(申请号：CN201621333565.2)中公开了一种轮式机器人底盘，包括：底盘框架100，其包括底板框架101和凸部框架102；车轮200，所述车轮数量为4或更多，每个所述车轮内设有轮毂电机201，且所述车轮200通过车轮连接组件500活动连接在所述底盘框架100上；悬挂单元300，所述悬挂单元活动连接在所述凸部框架102，且活动连接所述车轮连接组件500，使所述轮式机器人底盘能够缓震；转向单元400，所述转向单元固定连接在所述底盘框架100上，所述转向单元还活动连接所述车轮连接组件500。
该专利提出的底盘设计方案同样结构复杂，应用到移动机器人上降低了机器人的可靠性，提高了机器人成本，其电动控制方式复杂，成本高昂。不平路面激励会引起轮子摆动，使运动主轴产生夹角偏移，并因此使电机输出轴长期在夹角偏移状态工作，加速电机的疲劳损坏。
发明内容
基于上述问题提出本发明，本发明提出一种底盘结构可以改善移动机器人底盘减震效果的不足，使移动机器人可以适应各种路况，增强运动时的平稳性，同时不会影响机器人的成本、维修和外观。
一种扭力梁减震底盘，包括：
底盘框架，其包括前底板和后底板；
底板连接组件，其使所述前底板和所述后底板能够彼此相对转动地连接；
扭力梁悬臂组件，其安装于所述前底板和所述后底板之间，为所述前底板和所述后底板的相对转动提供缓冲；
运动组件，其安装到所述底盘框架用于驱动所述底盘框架运动。
在一种实施方式中，所述底板连接组件包括转轴、转轴支架和转轴固定架，所述转轴的一端固定到所述转轴固定架，所述转轴的另一端和所述转轴支架转动连接，所述转轴固定架连接在所述前底板和所述后底板中的一者上，所述转轴支架连接在所述前底板和所述后底板中的另一者上。
在一种实施方式中，所述转轴沿所述底盘框架的前后方向延伸。
在一种实施方式中，所述转轴支架的数量为两个或更多个，所述转轴经由轴承连接到所述转轴支架。
在一种实施方式中，所述扭力梁减震底盘包括两个所述扭力梁悬臂组件，两个所述扭力梁悬臂组件分别位于所述底板连接组件的左右两侧。
在一种实施方式中，所述扭力梁悬臂组件包括扭力梁悬臂和缓冲单元，所述扭力梁悬臂的一端与所述前底板和所述后底板中的一者固定连接，所述扭力梁悬臂的另一端与所述前底板和所述后底板中的另一者通过缓冲单元弹性连接。
在一种实施方式中，所述运动组件包括电机、电机座和车轮，所述电机连接在所述电机座上，所述电机座固定在所述底盘框架的下方，所述电机的输出轴连接到所述车轮。
在一种实施方式中，所述缓冲单元为弹簧和/或液压装置。
在一种实施方式中，所述车轮为麦克纳姆轮。
在一种实施方式中，位于所述底盘框架的对角线位置的两个车轮的辊子旋向相同。
本发明的底盘结构采用前后分离式底板加强了机器人底盘整体的稳定性，当机器人运动在崎岖不平的道路上时，由于前、后底板可以偏转一定的角度，车轮在凹凸不平的路面时不会互相影响，使机器人更容易地通过不良路况；同时采用扭力梁减震，使机器人具有更强的减震效果，保证移动机器人上的各种设备平稳工作。
附图说明
图1示出了一种现有技术的底盘直线悬挂减震装置的结构示意图。
图2示出了一种现有技术的轮式机器人底盘的立体图。
图3示出了本发明实施方式的扭力梁减震底盘的立体图。
图4示出了本发明实施方式的扭力梁减震底盘的正视图。
图5示出了本发明实施方式的扭力梁减震底盘的右视图。
图6示出了本发明实施方式的扭力梁减震底盘的仰视图。
附图标记说明
10支架，20运动主轴，30运动副轴，40电机，50电机座，60轮子；
100底盘框架，101底板框架，102凸部框架，200车轮，201轮毂电机，300悬挂单元，400转向单元，500车轮连接组件；
1底盘框架，11前底板，12后底板，2底板连接组件，21转轴，22转轴支架，23转轴固定架，3扭力梁悬臂组件，31扭力梁悬臂，32弹簧，4运动组件，41电机，42电机座，43车轮，44辊子。
具体实施方式
以下将参照说明书附图描述本发明的实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
如图3-6所示，本发明提出的一种扭力梁减震底盘包括底盘框架1、底板连接组件2、扭力梁悬臂组件3和运动组件4。
如图3所示，底盘框架1包括由底板连接组件2连接的前底板11和后底板12，前底板11和后底板12通过底板连接组件2连接形成一个平面。底板连接组件2使前底板11和后底板12在受到外力时，可以扭转为呈一定角度的两个平面，从而适应崎岖不平的路况。
如图3、5所示，底板连接组件2包括转轴21、转轴支架22和转轴固定架23，转轴固定架23可以通过螺栓连接在前底板11上，转轴支架22可以通过螺栓连接在后底板12上。转轴支架22可以设置两个，两个转轴支架22和转轴固定架23布置在一条沿长度方向(前后方向)的直线上，转轴21的一端固定在转轴固定架23上，转轴21的另一端穿过两个转轴支架22，通过轴承与两个转轴支架22相连，在通过凹凸不平的路面时，使前底板11和后底板12可以绕转轴21转动。
如图3-5所示，扭力梁悬臂组件3包括两个扭力梁悬臂31和缓冲单元，两个扭力梁悬臂31以转轴21为对称中心，对称分布在底盘框架1的宽度方向(左右)两侧，扭力梁悬臂31的一端可以通过螺栓固定连接在前底板11上，扭力梁悬臂31的另一端和后底板12之间通过例如弹簧32的缓冲单元连接。在通过凹凸不平的路面时，前底板11和后底板12可以扭转一定角度，扭力梁悬臂组件3可以通过缓冲单元对扭转产生阻力，减缓扭转的速度，使机器人的底盘框架1更稳定，从而保证机器人上各种设备的平稳工作。
如图4、6所示，运动组件4包括电机41、电机座42和车轮43，电机41与电机座42固定连接，电机座41与底盘框架1固定连接而使电机41固定于底盘框架1的下方，电机41的输出轴连接车轮43。一般的，车轮43可以设置为4个，分别位于底盘框架1的四角位置，其中两个位于前底板11下方，另外两个位于后底板12下方，每个车轮43可以均为麦克纳姆轮，可以通过对电机41的差速驱动实现任意方向的运动和旋转。
如图6所示，麦克纳姆轮的周缘为转动的辊子44，辊子44的转轴与车轮43的转轴可以呈45°倾斜，位于底盘框架1的对角线位置的两个车轮43的辊子44的转轴相对车轮43的转轴旋转倾斜的方向(简称旋向)相同，位于底盘框架1的同侧位置的两个车轮43的辊子44的转轴相对车轮43的转轴旋转倾斜的方向(简称旋向)相反。
运动组件4沿转轴21中心对称分布。
在本实施例中，弹簧32采用刚性较强的弹簧，可以对扭力梁悬臂31起到一定的支撑作用，使前底板11和后底板12之间不会轻易产生扭转，弹簧的具体弹性系数根据移动机器人自身重量来决定，弹性系数直接影响底盘的减震效果，弹性系数越大底盘的减震效果越不明显。
虽然在以上的具体实施方式中对本发明的具体技术方案进行了详细地阐述，但是还需要说明的是：
1.虽然上述实施方式中使用弹簧作为缓冲单元，但是本发明不限于使用弹簧，还可以使用例如液压装置(液压减震器)作为缓冲单元，或者液压装置和弹簧共同作为缓冲单元。
2.虽然上述实施方式中出于维修拆卸方便考虑，扭力梁悬臂31使用螺栓固定在前底板11上，然而本发明不限于此，扭力梁悬臂31还可以焊接在前底板11上，可以进一步提升结构强度。
3.虽然上述实施方式中扭力梁悬臂31的一端连接在前底板11上，然后本发明不限于此，扭力梁悬臂的该一端也可以连接在后底板12上。
4.虽然上述实施方式中转轴固定架23连接在前底板11上，转轴支架22连接在后底板12上，然后本发明不限于此，为了通过转轴21转动连接前底板11和后底板12，转轴固定架23连接在后底板12上，转轴支架22连接在前底板11上也是可以的。
5.前底板11和后底板12不必为平板状，前底板11和后底板12可以呈现为不在或者各自不在一个平面内的框架状。
6.扭力梁悬臂31不必一端与前底板11固定连接，另一端与后底板12通过缓冲单元连接，扭力梁悬臂31可以两端均通过缓冲单元与前底板11和后底板12连接。

Claims (10)

1.一种扭力梁减震底盘，其特征在于，包括：
底盘框架，其包括前底板和后底板；
底板连接组件，其使所述前底板和所述后底板能够彼此相对转动地连接；
扭力梁悬臂组件，其安装于所述前底板和所述后底板之间，为所述前底板和所述后底板的相对转动提供缓冲，
运动组件，其安装到所述底盘框架用于驱动所述底盘框架运动。
2.根据权利要求1所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述底板连接组件包括转轴、转轴支架和转轴固定架，所述转轴的一端固定到所述转轴固定架，所述转轴的另一端和所述转轴支架转动连接，所述转轴固定架连接在所述前底板和所述后底板中的一者上，所述转轴支架连接在所述前底板和所述后底板中的另一者上。
3.根据权利要求2所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述转轴沿所述底盘框架的前后方向延伸。
4.根据权利要求2所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述转轴支架的数量为两个或更多个，所述转轴经由轴承连接到所述转轴支架。
5.根据权利要求1所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述扭力梁减震底盘包括两个所述扭力梁悬臂组件，两个所述扭力梁悬臂组件分别位于所述底板连接组件的左右两侧。
6.根据权利要求1所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述扭力梁悬臂组件包括扭力梁悬臂和缓冲单元，所述扭力梁悬臂的一端与所述前底板和所述后底板中的一者固定连接，所述扭力梁悬臂的另一端与所述前底板和所述后底板中的另一者通过缓冲单元弹性连接。
7.根据权利要求1所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述运动组件包括电机、电机座和车轮，所述电机连接在所述电机座上，所述电机座固定在所述底盘框架的下方，所述电机的输出轴连接到所述车轮。
8.根据权利要求6所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述缓冲单元为弹簧和/或液压装置。
9.根据权利要求7所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，所述车轮为麦克纳姆轮。
10.根据权利要求9所述的扭力梁减震底盘，其特征在于，位于所述底盘框架的对角线位置的两个车轮的辊子旋向相同。
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