CN108790649A - 一种预紧力调节结构、底盘悬挂总成及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种预紧力调节结构、底盘悬挂总成及机器人。其中，预紧力调节结构，包括：连接杆，具有安装孔；弹性件，装配于安装孔内；导柱，第一端贯穿安装孔、弹性件至安装孔的孔口之外；固定件，设于导柱的第一端；当导柱的第二端固定于一结构件，通过调节固定件与导柱之间的相对位置以调节弹性件的伸缩。本发明的预紧力调节结构，结构简单，弹性件的伸缩可调，可根据不同的应用场景为弹性件施加不同大小的预紧力。

Description

一种预紧力调节结构、底盘悬挂总成及机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种预紧力调节结构、底盘悬挂总成及机器人。

背景技术

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的规则行动。它的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

往往机器人在工作过程中都需要进行移动，但在移动过程中路况和工况经常会发生复杂的变化，在这些不同的路况与工况下，路面通过轮胎传递给机器人底盘的悬架的力和力矩过大时，易引起机器人本体的振动或过度侧倾，进而使机器人自身功能的实现受到影响，例如摄像监控、机械臂操作等功能的完成都需要基于机器人平稳的移动状态。机器人底盘的悬架可充分发挥缓和路面冲击的作用，减少机器人本体振动，保证机器人本体的平稳性。悬架一般由悬架弹簧、减振器和导向机构三部分构成，在悬架设计过程中，为了兼顾底盘的舒适性和操稳性，并综合不同路况和工况对悬架的要求，会确定悬架弹簧的一个最佳预紧力值。然而，悬架弹簧的预紧力一旦确定下来则不易根据实际工况进行调节，难以在各种路况和工况下使底盘的优越性能得到充分地发挥。

现有的机器人在悬挂系统的设计中基本上都是类似汽车采用的阻尼器方案，即在万向轮或驱动轮上安装减震弹簧，虽然在一定程度上保证了机器人的移动平稳性，但仍存在以下不足之处：

1、启动、停止时的平稳性差：由于万向轮装有弹簧，机器人主要承受负载压力部件为驱动轮，万向轮上弹簧产生较小的形变，这样在机器人起停的时候，机器人本体会像翘翘板一样摇晃。

2、弹簧选型的难度高：在重载情况下，为了增大驱动轮的最大静摩擦力，万向轮应分担较少的负载压力，即弹性系数要小；在轻载情况下，为了提高机器人本体的平稳性，此时万向轮的弹簧的弹性系数要大。因此，选择合适的弹簧以适应运行在各种场合的万向轮比较困难。

3、弹簧的更换不便：根据机器人的受力模型可以计算出弹簧大概所需的弹性系数，但是实际使用中由于各种原因可能出现理论计算的弹性系数过大或过小，此时再更换弹簧就需要拆机进行重装，大大增加了调试时间。

发明内容

基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种预紧力调节结构、底盘悬挂总成及机器人。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种预紧力调节结构，包括：

连接杆，具有安装孔；

弹性件，装配于安装孔内；

导柱，第一端贯穿安装孔、弹性件至安装孔的孔口之外；

固定件，设于导柱的第一端；当导柱的第二端固定于一结构件，通过调节固定件与导柱之间的相对位置以调节弹性件的伸缩。

作为优选方案，所述导柱与固定件之间设有导套，所述导套活动配合于导柱。

作为优选方案，所述导套为自润滑导套。

作为优选方案，所述安装孔的深度与弹性件的最大变形量适配。

作为优选方案，所述导柱的第一端具有螺纹；相应地，所述固定件为螺母。

作为优选方案，靠近第二端的导柱设有凸起，所述凸起用于所述结构件的定位。

作为优选方案，所述安装孔有多个；相应地，所述弹性件、导柱、固定件的数量与安装孔的数量相同。

本发明还提供一种底盘悬挂总成，包括底盘，所述底盘设有一个或多个如上任一方案所述的预紧力调节结构。

作为优选方案，所述底盘与导柱的第二端固定连接；所述连接杆设有滚轮，所述滚轮转动配合于连接杆。

本发明还提供一种机器人，包括如上任一方案所述的底盘悬挂总成。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

(1)本发明的预紧力调节结构，结构简单，弹性件的伸缩可调，可根据不同的应用场景为弹性件施加不同大小的预紧力。

(2)本发明的底盘悬挂总成，通过调节弹性件的伸缩，可以调节驱动轮上分配的负载压力，能适应不同的应用场景。

(3)本发明的机器人，解决了机器人移动过程中出现的摆动问题，能较好地适应各种不同的路况。

附图说明

图1是本发明实施例一的预紧力调节结构的局部结构示意图；

图2是本发明实施例一的预紧力调节结构中弹性件安装结构示意图；

图3是本发明实施例一的底盘悬挂总成的结构示意图；

图4是本发明实施例一的底盘悬挂总成的局部结构剖视图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。另外，以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

实施例一：

如图1-4所示，本实施例的预紧力调节结构，包括两根导柱1、两个弹性件2、两个导套3、两个固定件4和连接杆5。其中，本实施例的导柱1为具有一定长度的圆柱结构，导柱1的下端具有螺纹，用于与固定件4螺纹连接，本实施例的固定件4为紧固螺母；导柱1的上端用于固定在结构件上，本实施例的结构件可以为底盘、支撑梁等需要调节稳定性的结构。另外，在导柱1上且靠近导柱1上端的位置具有环形凸起，环形凸起用于上述结构件的快速定位。

本实施例的导套3为自润滑导套，中部具有通孔；本实施例的弹性件2为圆柱弹簧；本实施例的连接杆5为长条状结构，其两端分别具有沿其高度方向开设的安装孔，安装孔为圆柱形结构，与弹性件的结构适配，以使弹性件可以装配在安装孔内；安装孔的底壁的中部开设有导柱孔，导柱孔贯穿连接杆，从而使导柱孔与安装孔形成通孔结构。导柱孔为圆柱形结构，导柱孔的尺寸小于安装孔的尺寸，即导柱孔的底面直径小于安装孔的底面直径，例如：导柱孔的底面直径为安装孔的底面直径的三分之一，以使各部件着力均匀。另外，安装孔的深度取决于计算出的弹性件的最大变形量，例如：安装孔的深度等于弹性件处于最大变形状态时弹性件的高度，或者安装孔的深度处于弹性件最大变形状态时弹性件的高度与弹性件自由状态的高度之间。

每个安装孔配置一根导柱、一个弹性件、一个导套和一个固定件，具体的装配方式如下：弹性件装配于安装孔内以使弹性件的一端抵靠在安装孔的底壁，此时，弹性件的中空结构与导柱孔正对，导柱1的下端插入导柱孔，贯穿弹性件2的中空结构，直至延伸至安装孔的孔口之外，此时，导柱1的上端仍位于连接杆5的外侧；然后，导套3的通孔与导柱1插接以使导套3与导柱1活动配合，将导套3从导柱的下端套入至弹性件2的下端，接着将固定件4拧入导柱1的下端，待所有的安装孔均装配完成后，即得到本实施例的预紧力调节结构。当本实施例的预紧力调节结构装配于相应的结构件上后，弹性件的一端限制在安装孔内，另一端被可调节高度的导套限制，通过固定件的拧入或拧出以调节固定件与导柱之间的相对位置，从而调节弹性件的伸缩量，可以改变负载压力分布。

本实施例的预紧力调节结构，结构简单，弹性件的伸缩可调，可根据不同的应用场景为弹性件施加不同大小的预紧力。

另外，如图3和4所示，本实施例还提供一种底盘悬挂总成，包括底盘6和两个本实施例所述的预紧力调节结构。底盘6为板状结构，包括本体和设于本体两侧的基座；本体的中部开设有圆形孔洞以及本体的前部、后部均开设有安装槽，以便安装底盘上的构件；基座为八字形，其中基座上开口较小的一侧与本体连接，开口较大的一侧朝外；左边的八字形基座的两侧的端部对称开设有装配孔，右边的八字形基座的两侧的端部也对称开设有装配孔；而且，左边的装配孔与右边的装配孔也相互对称。每个基座上安装一个预紧力调节结构，具体地，将一连接杆上的两根导柱的上端对应固定在左边的装配孔内，将另一连接杆上的两根导柱的上端对应固定在右边的装配孔内，从而使预紧力调节结构位于底盘的上方。另外，连接杆的中部具有驱动轮安装通孔，连接杆5的外侧装设驱动轮7，驱动轮7处于八字形基座的镂空位置，连接杆5的内侧装设与驱动轮连接的电机，电机用于驱动驱动轮7转动。其中，驱动轮7通过螺栓固定在连接杆5上，两个弹性件共同调节一个驱动轮上分配的负载压力。如此，预紧力调节结构和驱动轮均安装在连接杆上形成一个整体，由于弹性件的一端被固定，调节固定件即可改变弹性件的压缩量。当弹性件的压缩量增大时，相当于提高了驱动轮上弹簧的刚度，即负载的重量更多分配在驱动轮上，摩擦力增大；反之，摩擦力减小；从而使得本实施例的底盘悬挂总成可以适应各种不同的应用场景。同时，放宽了悬挂系统用弹簧的刚度要求。

本实施例还提供一种机器人，包括本实施例所述的底盘悬挂总成，在底盘上可以安装机器人的其它机构件，以使机器人具备一定的功能。设置了上述底盘悬挂总成的机器人，其稳定性得以保证。机器人运行的驱动轮，通过改变弹性件的压缩量可以改变驱动轮上的压力分布，从而增大或减小驱动力，提升移动机器人的驱动轮对不同平整度地面的适应能力，缓冲由不平路面传给底盘的冲击力，并衰减由此引起的震动，增强了移动机器人运行过程中的平稳性。

实施例二：

本实施例的预紧力调节结构与实施例一的不同之处在于：连接杆的结构不同，且导柱、弹性件、导套以及固定件的数量不同。

具体地，本实施例的预紧力调节结构包括一根导柱、一个弹性件、一个导套、一个固定件和连接杆。其中，导柱为具有一定长度的圆柱结构，导柱的下端具有螺纹，用于与固定件螺纹连接，固定件为紧固螺母；导柱的上端用于固定在结构件上，结构件可以为底盘、支撑梁等需要调节稳定性的结构。另外，在导柱上且靠近导柱上端的位置具有环形凸起，环形凸起用于上述结构件的快速定位。

导套为自润滑导套，中部具有通孔。弹性件为两端开口的中空圆柱结构，材质为弹性塑胶；连接杆为长条状结构，其中部具有沿其高度方向开设的一个安装孔，安装孔为圆柱形结构，与弹性件的结构适配，以使弹性件可以装配在安装孔内；安装孔的底壁的中部开设有导柱孔，导柱孔贯穿连接杆，从而使导柱孔与安装孔形成通孔结构。导柱孔为圆柱形结构，导柱孔的尺寸小于安装孔的尺寸，即导柱孔的底面直径小于安装孔的底面直径，例如：导柱孔的底面直径为安装孔的底面直径的五分之二，以使各部件着力均匀。另外，安装孔的深度取决于计算出的弹性件的最大变形量，例如：安装孔的深度等于弹性件处于最大变形状态时弹性件的高度与导套的高度之和。

本实施例的各部件的装配可以参考实施例一。

本实施例的预紧力调节结构，只有一个弹性件调节部，也可以根据不同的应用场景为弹性件施加不同大小的预紧力，适用于对预紧力调节要求精度不高的场合。

另外，本实施例还提供底盘悬挂总成，包括底盘和四个本实施例所述的预紧力调节结构。底盘为平面板状结构，包括本体和设于本体两侧的四个基座；本体的中部开设有圆形孔洞以及本体的前部、后部均开设有安装槽，以便安装底盘上的构件；基座为凸块结构，其中部开设有装配孔，将本实施例导柱的上端对应固定在装配孔内，可以通过焊接固定或螺栓固定。另外，连接杆的中部具有驱动轮或万向轮的安装通孔，其中两根连接杆的外侧装设驱动轮，另两根连接杆的外侧装设万向轮，对应于驱动轮安装有电机，电机用于驱动驱动轮转动。如此，预紧力调节结构和驱动轮均安装在连接杆上形成一个整体，由于弹性件的一端被固定，调节固定件即可改变弹性件的压缩量。当弹性件的压缩量增大时，相当于提高了驱动轮上弹簧的刚度，即负载的重量更多分配在驱动轮上，摩擦力增大；反之，摩擦力减小；从而使得本实施例的底盘悬挂总成可以适应各种不同的应用场景。相关部件的安装可以参考实施例一。

本实施例还提供一种机器人，包括本实施例的底盘悬挂总成，在底盘上可以安装机器人的其它机构件，以使机器人具备一定的功能。设置了本实施例的底盘悬挂总成的机器人，其稳定性得以保证。机器人运行的驱动轮和万向轮，通过改变弹性件的压缩量可以改变驱动轮和万向轮上的压力分布，从而增大或减小驱动力，提升移动机器人的驱动轮和万向轮对不同平整度地面的适应能力，缓冲由不平路面传给底盘的冲击力，并衰减由此引起的震动，增强了移动机器人运行过程中的平稳性；实现了手动控制负载在驱动轮和万向轮上的负载分布，能在驱动轮打滑和机器人运行摆动两种问题中取得较好的平衡。

实施例三：

本实施例的预紧力调节结构与实施例一的不同之处在于：导柱上未设环形凸起，导柱的上端直接与底盘焊接固定。简化了预紧力调节结构的结构件，便于导柱的加工成型。

相应地，底盘悬挂总成中的预紧力调节结构替换为本实施例的预紧力调节结构，机器人包括本实施例的底盘悬挂总成。

其它结构可以参考实施例一。

实施例四：

本实施例的预紧力调节结构与实施例一的不同之处在于：

本实施例的预紧力调节结构的连接杆的两端分别开设有两个安装孔，相应地，预紧力调节结构包括四根导柱、四个弹性件、四个导套和四个固定件。其中，安装孔与各部件的装配可以参考实施例一。本实施例的预紧力调节结构，可以通过四个弹性件调节预紧力，相对于实施例一的预紧力调节结构而言，预紧力的调节精度更高。

相应地，本实施例的底盘悬挂总成中的底盘两侧的基座各开设四个装配孔，装配孔的位置与预紧力调节结构中的导柱位置对应，具体的装配方式可以参考实施例一。本实施例的底盘悬挂总成，对于预紧力的调节，精度更高。

本实施例的机器人，包括本实施例的底盘悬挂总成。对于机器人的平稳运行的可控度更高。

另外，连接杆上开设的安装孔的数量可以根据实际需求自由设定；相应地，弹性件、导柱、固定件的数量与安装孔的数量相同即可。

实施例五：

本实施例的预紧力调节结构与实施例一的不同之处在于：省略导套的结构。

具体地，基于实施例一的预紧力调节结构，无需使用导套，即紧固螺母与弹簧直接接触，通过螺母的拧入或拧出调节弹簧的压缩量。简化了预紧力调节结构的装配构件和流程。

其它结构可以参照实施例一。

相应地，本实施例的底盘悬挂总成包括本实施例的预紧力调节结构；本实施例的机器人包括本实施例的底盘悬挂总成。

实施例六：

本实施例的预紧力调节结构与实施例一的不同之处在于：固定件与导柱的配合方式不同。

具体地，本实施例的导柱的下端沿导柱的高度方向开设有若干插接孔，固定件为螺钉或螺栓，将固定件插入不同的插接孔从而调节弹性件的压缩量。

相应地，本实施例的底盘悬挂总成包括本实施例的预紧力调节结构；本实施例的机器人包括本实施例的底盘悬挂总成。

其它结构可以参考实施例一。

实施例七：

本实施例的底盘悬挂总成与实施例一的不同之处在于：仅在一侧的驱动轮上设置实施例一的预紧力调节结构，以满足对底盘悬挂总成的特殊要求。

其它结构可以参考实施例一。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种预紧力调节结构，其特征在于，包括：

连接杆，具有安装孔；

弹性件，装配于安装孔内；

导柱，第一端贯穿安装孔、弹性件至安装孔的孔口之外；

固定件，设于导柱的第一端；当导柱的第二端固定于一结构件，通过调节固定件与导柱之间的相对位置以调节弹性件的伸缩。

2.根据权利要求1所述的一种预紧力调节结构，其特征在于，所述导柱与固定件之间设有导套，所述导套活动配合于导柱。

3.根据权利要求2所述的一种预紧力调节结构，其特征在于，所述导套为自润滑导套。

4.根据权利要求1所述的一种预紧力调节结构，其特征在于，所述安装孔的深度与弹性件的最大变形量适配。

5.根据权利要求1所述的一种预紧力调节结构，其特征在于，所述导柱的第一端具有螺纹；相应地，所述固定件为螺母。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种预紧力调节结构，其特征在于，靠近第二端的导柱设有凸起，所述凸起用于所述结构件的定位。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种预紧力调节结构，其特征在于，所述安装孔有多个；相应地，所述弹性件、导柱、固定件的数量与安装孔的数量相同。

8.一种底盘悬挂总成，包括底盘，其特征在于，所述底盘设有一个或多个如权利要求1-7任一项所述的预紧力调节结构。

9.根据权利要求8所述的一种底盘悬挂总成，其特征在于，所述底盘与导柱的第二端固定连接；所述连接杆设有滚轮，所述滚轮转动配合于连接杆。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的底盘悬挂总成。