CN108995494A - 平衡杆、抗俯仰的机器人悬架总成和机器人 - Google Patents

平衡杆、抗俯仰的机器人悬架总成和机器人 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种平衡杆、抗俯仰的机器人悬架总成和机器人。其中平衡杆包括无缝钢管和分别连接在无缝钢管两端的铰接头，铰接头为橡胶弹性材料。所述铰接头通过连接部与所述无缝钢管连接，所述连接部与所述无缝钢管焊接连接。平衡杆的铰接头可以起到阻尼作用，实现大容差安装，保证避震器直线运动。悬架总成以及机器人中应用了该平衡杆，平衡杆杆件可以依据实际悬架行程设定具体尺寸以及安装角度，可以将平衡杆转动弧线轨迹摆动来替代悬架上下的直线运动。由于速度突变引起俯仰角姿态严重偏大的情况下，通过平衡杆摆动，转化为悬架的上下移动，从而保证机器人平稳的运行姿态。进而解决了相关技术中机器人在复杂环境运行抗俯仰能力差的技术问题。

Description

平衡杆、抗俯仰的机器人悬架总成和机器人
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种平衡杆，还涉及安装有该平衡杆的抗俯仰的机器人悬架总成以及机器人。
背景技术
随着机器人技术的迅速发展，机器人应用越来越广泛，例如，迎宾机器人、送餐机器人以及教育机器人、仿生机器人等等。机器人是自动执行工作的机器装置，它可以接受人类指挥，也可以运行预先编排的程序，还可以依据人工智能技术制定的原则行动。随着国家宏观战略的重视，我国移动机器人的研究已经进入空前热门的时期。各种各样的移动机器人底盘逐渐地映入人们视线，在现有技术中，具有悬架的移动机器人底盘多种多样，已基本满足功能，但仍存在一些不足。
传统机器人悬架结构主要起着承载机身、衰减振动的作用，对机器人的平稳运行有着决定性意义。而近年来随着越来越多的机器人产品的普及，高的运动速度和频繁的加减速模式对悬架的操纵稳定性提出了更多的要求。在现有的机器人6轮底盘中，诸如AGV小车悬架、餐厅送餐机器人等，底盘驱动轮，随动轮不带悬架，对地面运行平整度要求较高，很难适应变负载多地形室内路面。在酒店、餐厅等硬软地面交错，电梯垂直台阶，地面坡度等运行环境中无法适应，因此需要对随动轮、驱动轮设置悬架结构，从而满足机器人在室内复杂地形的运行。即便是在现有的具有底盘整体悬架结构的机器人，在运行加减速模式时，由于速度的突变，加之有点机器人随动轮会设置单独的悬架结构，惯性会导致机器人运行姿态俯仰角严重偏大，影响机器人的平稳性，最后导致机器人无法正常运行。要想机器人在复杂的室内运行，必须去掉机器人的俯仰角转动的自由度，保证机器人悬架整体运行，只有垂直移动的1个自由度，这样才能满足机器人平稳运行条件。
针对相关技术中机器人在复杂环境运行抗俯仰能力差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种可以去掉机器人的俯仰角转动的自由度，保证机器人悬架整体运行，满足机器人平稳运行条件的结构，以解决相关技术中机器人在复杂环境运行抗俯仰能力差的技术问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，本申请提供了一种平衡杆。
该平衡杆包括无缝钢管和分别连接在所述无缝钢管两端的铰接头，所述铰接头为橡胶弹性材料。
进一步的，所述铰接头通过连接部与所述无缝钢管连接，所述连接部与所述无缝钢管焊接连接。
为了实现上述目的，根据本申请的另一个方面，本申请还提供了一种抗俯仰的机器人悬架总成。
该抗俯仰的机器人悬架总成包括驱动轮支架、上层框架、避震器和本申请提供的上述平衡杆，其中，所述避震器的两端分别与所述上层框架和驱动轮支架连接，所述平衡杆倾斜设置且所述铰接头分别与所述上层框架和驱动轮支架铰接。
进一步的，所述上层框架和所述驱动轮支架相对的一侧均固定有平衡杆座，所述铰接头与所述平衡杆座铰接。
进一步的，所述平衡杆座通过螺钉固定在所述上层框架或所述驱动轮支架上。
进一步的，所述避震器设置有多个且呈对称布置。
进一步的，所述避震器的数量为4个。
进一步的，所述上层框架和所述驱动轮支架相对的一侧均固定有避震器铰链座，所述避震器的两端分别与所述避震器铰链座铰接。
进一步的，所述避震器铰链座通过螺钉固定在所述上层框架或所述驱动轮支架上。
为了实现上述目的，根据本申请的再一个方面，本申请还提供了一种机器人。
该机器人包括本申请提供的上述抗俯仰的机器人悬架总成和与所述上层框架连接的下层框架，所述下层框架上固定有随动轮，所述驱动轮支架上固定有驱动轮。
在本申请实施例提供的平衡杆的铰接头采用橡胶材质实现柔性连接，可以起到阻尼作用，实现大容差安装，保证避震器的直线运动。本申请实施例提供的悬架总成以及机器人中应用了该平衡杆，平衡杆杆件可以依据实际悬架行程设定具体尺寸以及安装角度，可以将平衡杆转动弧线轨迹摆动来替代悬架上下的直线运动。平衡杆与上层框架、驱动轮支架铰接，当机器人在场景运行避障加减速模式，由于速度突变引起俯仰角姿态严重偏大的情况下，通过平衡杆摆动，转化为悬架的上下移动，从而保证机器人平稳的运行姿态。进而解决了相关技术中机器人在复杂环境运行抗俯仰能力差的技术问题。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的一种平衡杆的结构示意图；
图2是根据本申请一种实施例提供的悬架总成的结构示意图；
图3是根据本申请另一种实施例提供的悬架总成的结构示意图；
图4是根据本申请再一种实施例提供的悬架总成的结构示意图；
图5是根据本申请实施例的避震器的结构示意图；
图中：
1、平衡杆；101、无缝钢管；102、铰接头；103、连接部；2、驱动轮支架；3、上层框架；4、避震器；401、上连接部；4011、上连接头；4012、上挡板；402、油压阻尼器；4021、外筒；4022、活塞杆柱；4023、活塞阀片；4024、上工作腔；4025、下工作腔；4026、阻尼孔；403、下连接部；4031、下连接头；4032、下挡板；404、变刚度螺旋弹簧；5、平衡杆座；6、避震器铰链座；7、下层框架；8、随动轮；9、驱动轮。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
如图1所示，给出了本申请提供的平衡杆1。平衡杆1包括无缝钢管101和分别连接在无缝钢管101两端的铰接头102，铰接头102为橡胶弹性材料。其中，铰接头102通过连接部103与无缝钢管101连接，连接部103与无缝钢管101焊接连接。本申请实施例提供的平衡杆的铰接头采用橡胶材质可以实现柔性连接，可以起到阻尼作用，能够实现大容差安装，将其应用于悬架结构中可以保证悬架结构的上下直线运动。
实施例二
如图2-5所示，本申请实施例提供了一种抗俯仰的机器人悬架总成，其包括实施例一提供的平衡杆。
具体的，抗俯仰的机器人悬架总成包括驱动轮支架2、上层框架3、避震器4和平衡杆1，平衡杆1包括无缝钢管101和分别连接在无缝钢管101两端的铰接头102，铰接头102为橡胶弹性材料。其中，铰接头102通过连接部103与无缝钢管101连接，连接部103与无缝钢管101焊接连接。其中，避震器4的两端分别与上层框架3和驱动轮支架2连接，平衡杆1倾斜设置且铰接头102分别与上层框架3和驱动轮支架2铰接。上述的悬架总成中应用了该平衡杆1，平衡杆1杆件可以依据实际悬架行程设定具体尺寸以及安装角度，可以将平衡杆1转动弧线轨迹摆动来替代悬架上下的直线运动。平衡杆1与上层框架3、驱动轮支架2铰接，当机器人在场景运行避障加减速模式，由于速度突变引起俯仰角姿态严重偏大的情况下，通过平衡杆1摆动，转化为悬架的上下移动，从而保证机器人平稳的运行姿态。进而解决了相关技术中机器人在复杂环境运行抗俯仰能力差的技术问题。
如图3和4所示，上层框架3和驱动轮支架2相对的一侧均固定有平衡杆座5，铰接头102与平衡杆座5铰接。优选的，平衡杆座5通过螺钉固定在上层框架3或驱动轮支架2上。平衡杆座5的设置一方面可以方便实现平衡杆1的铰接安装，另一方面可以方便的实现平衡杆1的倾斜角度设置。铰接头102与平衡杆座5之间优选通过橡胶材质的枢轴进行铰接，从而实现平衡杆1与上层框架3或驱动轮支架2的柔性连接。
如图2所示，避震器4设置有多个且呈对称布置。多个避震器的对称布局可以合理分配驱动轮支架的负载比例，并且结构简单，容易实现悬架稳定。优选的，避震器4的数量为4个，4个并联避震器自适应调整，对悬架的平稳性都有很好的调节性。
如图4所示，避震器4倾斜设置，避震器斜置避免了垂直放置时的敏感性，对于负载大、或者惯性大的运行场景具有很好的适应性和调整空间。
如图3和4所示，上层框架3和驱动轮支架2相对的一侧均固定有避震器铰链座6，避震器4的两端分别与避震器铰链座6铰接。优选的，避震器铰链座6通过螺钉固定在上层框架3或驱动轮支架2上。避震器铰链座6的设置一方面可以方便实现避震器4的铰接安装，另一方面可以方便的实现避震器4的倾斜角度设置。避震器4与避震器铰链座6之间优选通过橡胶材质的枢轴进行铰接，从而实现避震器4与上层框架3或驱动轮支架2的柔性连接。
如图5所示，给出了本申请中避震器4的一种具体实现方式。避震器4包括依次连接的上连接部401、油压阻尼器402和下连接部403，油压阻尼器403外套设有变刚度螺旋弹簧404，变刚度螺旋弹簧404的一端与上连接部401连接，另一端与下连接部403连接。避震器4结构中采用了变刚度螺旋弹簧配合油压阻尼器的结构实现减震效果，避免由于机器人运行加减速模式，产生反复震荡，从而保证机器人运动的平稳性。本申请实施例中变刚度螺旋弹簧通过连续变化的螺旋圈的中径产生变刚度，可以实现弹簧的刚度随形变量改变而发生线性改变，可以满足负载在一定范围可调，避免定负载现象。如图5所示，在本实施例中变刚度螺旋弹簧104由中间向两端螺旋圈的中径逐渐减小，且变刚度螺旋弹簧404的两端对称设置，锥形布局保证变刚度螺旋弹簧的稳定性。上连接部401包括上连接头4011和上挡板4012，下连接部403包括下连接头4031和下挡板4032，变刚度螺旋弹簧404设置在上挡板4012与下挡板4032之间。其中上连接头4011用于连接上层框架以承接荷载，下连接头4031用于连接驱动轮支架，上挡板4012和下挡板4032用于固定变刚度螺旋弹簧404。上连接头4011和下连接头4031均采用橡胶接头。油压阻尼器402包括与下连接部403连接的外筒4021、与上连接部401连接的活塞杆柱4022、设置在活塞杆柱4022端部的活塞阀片4023，活塞阀片4023与外筒4021内壁滑动连接，活塞阀片4023将外筒4021内部分为上工作腔4024和下工作腔4025，活塞阀片4023上形成有若干连通上工作腔4024和下工作腔4025的阻尼孔4026。其中，上工作腔4024和下工作腔4025内的工作介质为液压油。
在具体工作过程中，设备运行的垂直负载施加在上层框架3上，分别通过避震器4传递给驱动轮支架2。机器人在加减速模式下，平衡杆1与上层框架3铰接，保证避震器4的活塞杆柱4022在外筒4021内的直线运动，消除悬架整体速度突变引起俯仰角姿态变化，保持设备运动过程中的平稳姿态。
实施例三
本申请实施例提供了一种机器人，如图4所示，该机器人包括实施例二提供的抗俯仰的机器人悬架总成，还包括与上层框架3连接的下层框架7，下层框架7上固定有随动轮8，驱动轮支架2上固定有驱动轮9。
本实施例提供的机器人在重负载情况下，运行加减速模式或机器人俯仰姿态偏大时，通过其上设置的平衡杆配合避震器后可以消除反复震荡，通过平衡杆的摆动将俯仰运动转化为悬架的上下移动，使得机器人运行稳定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平衡杆，其特征在于，包括无缝钢管(101)和分别连接在所述无缝钢管(101)两端的铰接头(102)，所述铰接头(102)为橡胶弹性材料。
2.根据权利要求1所述的平衡杆，其特征在于，所述铰接头(102)通过连接部(103)与所述无缝钢管(101)连接，所述连接部(103)与所述无缝钢管(101)焊接连接。
3.一种抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，包括驱动轮支架(2)、上层框架(3)、避震器(4)和权利要求1或2所述的平衡杆(1)，其中，所述避震器(4)的两端分别与所述上层框架(3)和驱动轮支架(2)连接，所述平衡杆(1)倾斜设置且所述铰接头(102)分别与所述上层框架(3)和驱动轮支架(2)铰接。
4.根据权利要求3所述的抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，所述上层框架(3)和所述驱动轮支架(2)相对的一侧均固定有平衡杆座(5)，所述铰接头(102)与所述平衡杆座(5)铰接。
5.根据权利要求3所述的抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，所述平衡杆座(5)通过螺钉固定在所述上层框架(3)或所述驱动轮支架(2)上。
6.根据权利要求3所述的抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，所述避震器(4)设置有多个且呈对称布置。
7.根据权利要求6所述的抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，所述避震器(4)的数量为4个。
8.根据权利要求3所述的抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，所述上层框架(3)和所述驱动轮支架(2)相对的一侧均固定有避震器铰链座(6)，所述避震器(4)的两端分别与所述避震器铰链座(6)铰接。
9.根据权利要求8所述的抗俯仰的机器人悬架总成，其特征在于，所述避震器铰链座(6)通过螺钉固定在所述上层框架(3)或所述驱动轮支架(2)上。
10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求3-9任一项所述的抗俯仰的机器人悬架总成和与所述上层框架(3)连接的下层框架(7)，所述下层框架(7)上固定有随动轮(8)，所述驱动轮支架(2)上固定有驱动轮(9)。
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