CN109018004B - 机器人及其底盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，提供一种底盘，包括底盘支架、对称设于底盘支架两侧的两悬挂系统，以及设于底盘支架下方的前导向轮、后万向轮，各悬挂系统包括与底盘支架固定连接的固定架、与固定架滑动连接的悬架及与悬架转动连接的驱动轮，前导向轮上设有第一驱动电机，两悬挂系统的两驱动轮分别通过第二驱动电机驱动，第一驱动电机与两第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统以使两第二驱动电机的转速改变时第一驱动电机调整前导向轮的转动角度。本发明中，第一驱动电机根据两第二驱动电机反馈的转速调整前导向轮的转动角度，使前导向轮具有主动调节能力，前导向轮不再受万向轮结构中旋转机构的限制，前导向轮的直径可设计更大，越障能力更好。

Description

机器人及其底盘

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其提供一种机器人及其底盘。

背景技术

近两年，机器人发展迅速，拥有移动能力的服务机器人也逐渐进入商用领域。这些服务机器多为轮式机器人，用于接待、引导顾客等，多用于室内平整地面，因此很少有产品具有越障功能，而实际使用时，即使用于酒店、机场等室内场所，也难以避免崎岖地面，此时机器人就无法正常工作。究其原因，现在的机器人底盘结构中，具有前后两万向轮，在急刹时，点头幅度大，且转弯时会存在一定角度摆动，又由于万向轮本身的特性限制，万向轮直径较小，所以越障能力受限，导致机器人越障能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人及其底盘，旨在解决现有底盘应用于机器人时越障能力差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种底盘，包括底盘支架、对称设于所述底盘支架两侧的两悬挂系统，以及设于所述底盘支架下方的前导向轮与后万向轮，各所述悬挂系统包括与所述底盘支架固定连接的固定架、与所述固定架滑动连接的悬架以及与所述悬架转动连接的驱动轮，所述前导向轮上设有第一驱动电机，两所述悬挂系统的两驱动轮分别通过一第二驱动电机驱动，所述第一驱动电机与两所述第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统以使两所述第二驱动电机的转速改变时所述第一驱动电机调整所述前导向轮的转动角度。

进一步地，设两所述驱动轮的圆心之间的连线为O’O’，O’O’的中点为O，所述前导向轮的圆心与所述中点O之间的连线为OA，设所述驱动轮的圆心到所述中点的距离为R1，设所述前导向轮的圆心至所述中点的距离为R2，设两所述第二驱动电机的转速分别为V1、V2，设所述前导向轮相对OA连线的转动角度为θ，则所述第一驱动电机根据如下公式调整所述转动角度θ：

进一步地，所述固定架上设有开口，所述悬架的两端部分别设置于所述固定架的位于所述开口两侧的两端部内且可沿所述固定架高度方向上下移动，所述悬架的两端部与所述固定架开口处的两端部之间还分别设有弹性件。

进一步地，所述悬架包括与所述驱动轮连接的悬架本体以及分别设于所述悬架本体两端且与所述悬架本体围合形成U字型的两安装块，所述固定架的两端部内分别设有滑轨，各所述滑轨上设有可沿该滑轨滑动的滑块，各所述安装块与各所述滑块固定连接。

进一步地，所述悬架本体中部具有与所述驱动轮连接的安装部，所述悬架本体朝向所述固定架的表面设有多条加强筋，多条所述加强筋以所述安装部为中心向两侧发散设置。

进一步地，所述第二驱动电机为与所述驱动轮一体的轮毂电机，所述安装部上设有引线孔，所述轮毂电机的导线由所述引线孔中穿过。

进一步地，所述固定架包括横切面呈U字型的顶板、横切面呈U字型的底板以及竖直连接于所述顶板与所述底板的多个连接柱，所述顶板、所述底板及多个所述连接柱围合形成具有所述开口的U字形结构，所述顶板的两端部与所述底板的两端部分别通过竖直设置的连接块连接，两所述滑槽分别设于两所述连接块内侧。

进一步地，所述固定架的两端部处的顶板内壁与底板内壁分别设有用于保护所述滑块的缓冲垫。

进一步地，各所述安装块朝向所述固定架的端面设有第一安装柱，各所述连接块远离所述悬架的背面设有第二安装柱，所述弹性件倾斜放置，且所述弹性件的一端固定于所述第一安装柱上，所述弹性件的另一端固定于所述第二安装柱上。

本发明还提供了一种机器人，所述机器人具有上述的底盘。

本发明的有益效果：

本发明提供的底盘中，将底盘支架下方的前导向轮上增加第一驱动电机，且第一驱动电机与两驱动轮的两第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统，第一驱动电机根据两第二驱动电机反馈的转速实时调整前导向轮的转动角度，使前导向轮具有主动调节能力，这样，前导向轮不需设计成万向轮，由于万向轮顶部具有带动其转动的旋转机构，在同一底盘高度的情况下，旋转机构占用空间，则万向轮的直径受限，只能设计的较小，而本发明中，前导向轮不需旋转机构，因此，前导向轮的直径可设计更大，前导向轮的直径越大，越障能力更好，将这种底盘应用于机器人时，也使机器人在经过障碍时更平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的底盘的结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的底盘的结构示意图二；

图3为本发明实施例提供的底盘的俯视图；

图4为本发明实施例提供的悬挂系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的悬挂系统的分解示意图一；

图6为本发明实施例提供的悬挂系统的分解示意图二；

图7为本发明实施例提供的悬挂系统中悬架的结构示意图；

其中，图中各附图标记：

1-悬挂系统；10-固定架；11-滑槽；12-弹性件；13-滑轨；14-滑块；15-顶板；16-底板；17-连接柱；18-连接块；19-缓冲垫；181-第二安装柱；20-悬架；21-悬架本体；22-安装块；23-安装孔；24-限位台；25-安装部；26-引线孔；27-加强筋；28-第一安装柱；30-驱动轮；40-底盘；41-底盘支架；42-前导向轮；43-后万向轮；44-第一驱动电机。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明实施例提供了一种底盘40，包括底盘支架41、对称设于底盘支架41两侧的两悬挂系统1，以及设于底盘支架41下方的前导向轮42与后万向轮43。各悬挂系统1包括与底盘支架41固定连接的固定架10、与固定架10滑动连接的悬架20以及与悬架20转动连接的驱动轮30，前导向轮42上设有第一驱动电机44，两悬挂系统1的两驱动轮30分别通过一第二驱动电机(图中未示出)驱动，第一驱动电机44与两第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统以使两第二驱动电机的转速改变时第一驱动电机44调整前导向轮42的转动角度。

本发明实施例中，将底盘支架41下方的前导向轮42上增加第一驱动电机44，且第一驱动电机44与两驱动轮30的两第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统，第一驱动电机44根据两第二驱动电机反馈的转速实时调整前导向轮42的转动角度，使前导向轮42具有主动调节能力，这样，前导向轮42不需设计成万向轮结构，在万向轮结构中，万向轮顶部具有带动其旋转的旋转机构，在同一底盘高度的情况下，因旋转机构占用空间，万向轮直径受到限制，只能设计的较小。而本实施列中，前导向轮42不设计成万向轮，即不需旋转机构来带动旋转，前导向轮42的直径不再受限，其直径可设计的更大。进一步地，如如图2所示，本实施例中，前导向轮42的直径比后万向轮43的直径大，这样，越障能力更好，将这种底盘应用于机器人时，也使机器人在经过障碍时更平稳。

进一步地，参照图3，设两驱动轮30的圆心之间的连线为O’O’，O’O’的中点为O，前导向轮42的圆心与中点O之间的连接为OA，设驱动轮30的圆心到中点的距离为R1，设前导向轮42的圆心至中点的距离为R2，设两第二驱动电机的转速分别为V1、V2，设前导向轮42相对OA连线的转动角度为θ，则第一驱动电机44根据如下公式调整转动角度θ：

本实施例中，驱动轮30与第二驱动电机为一体成型的轮毂电机，第一驱动电机44与两轮毂电机均为速度闭环控制电机。速度闭环控制电机自带测速功能及调速算法，因此，将第一驱动电机44与两轮毂电机通讯连接后，第一驱动电机44即可接收两轮毂电机反馈的速度信号，并根据预设公式进行转换后形成上述的转动角度，从而驱动前导向轮42转动一定角度来适应路面情况。本实施例中直接采用这种速度闭环控制电机，使整个结构简单，不需再设置控制板。当然，第一驱动电机44与两第二驱动电机也可以为普通电机，将第一驱动电机44与两第二驱动电机上设置测速元件并通过导线与一控制板连通，并在控制板加载检测、计算及控制程序也可以在第一驱动电机44与第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统，控制板根据测速元件提供的数据进行计算来控制第一驱动电机44对前导向轮42进行转动角度调整。

参照图4至图7，本发明实施例提供的悬挂系统1，包括固定架10、悬架20以及驱动轮30。其中，固定架10为一立体支架，其横切面呈U字型，悬架20设于U字型固定架10开口处，驱动轮30与悬架20转动连接。悬架20的两端部分别设置于固定架10的位于开口两侧的两端部内，且可沿固定架高度方向上下移动。本实施例中，U字型固定架10开口处的两端部分别设有滑槽11，滑槽11沿U字型固定架10高度方向上设置，即是竖直设置，悬架20的两端部分别滑动设置于两滑槽11内，当然，也可以不设置滑槽11，直接在悬架20的两端部与固定架10的两端部之间设置滑动结构。悬架20的两端部与U字型固定架10开口处的两端部之间还分别设有弹性件12。

本发明实施例中，固定架10与悬架20之间通过设置滑槽11以及弹性件12实现竖直方向上的位移调整，这种结构简单、成本低，应用于机器人底盘时，使够使机器人运动更平稳，具有越障能力，能够适应不同的地面环境，使机器人能够适应更多不同的工作场景。

具体地，悬架20包括悬架本体21以及两安装块22。两安装块22分别垂直设于悬架本体21两端。两安装块22与悬架本体21围合形成U字型结构。固定架10的两滑槽11内分别设滑轨13，各滑轨13上设有可沿该滑轨13滑动的滑块14，各安装块22与各滑块14固定连接。这样，滑块14沿滑轨13上下移动时，带动安装块22上下移动，从而带动悬架20及驱动轮30上下移动。

进一步地，安装块22上设有安装孔23，滑块14通过安装于安装孔23内的紧固件(图中未示出)与安装块22固定连接。具体地，紧固件为螺钉。而安装孔23上方与下方均设有用于限位滑块14的限位台24。这样，滑块14与安装块22一起沿滑轨13移动时，通过限位台24与滑轨13顶部与底部的触接，使得滑块14在预定行程内移动。

参照图7，悬架本体21中部具有安装部25，安装部25呈圆盘状，其用来固定驱动轮30。安装部25上设有引线孔26，轮毂电机的导线由引线孔26中穿过。将驱动轮30设计为轮毂电机，即是将动力装置、传动装置和制动装置均集成于轮毂内，使得驱动轮30的驱动部分的结构大为简化。

悬架本体21的安装部25的两端向外延伸呈板状，板状两端朝向固定架10的表面设有多条加强筋27(本实施例为四条)，四条加强筋27以安装部25为中心向两侧发散设置，且发散时两两位于一条直线形成X形状。四条加强筋27具有一定的高度，且倾斜预设的角度，这样的结构设计在减少质量的同时保证了悬架本体21的强度，为驱动轮30的稳固支撑提供了保障。

请再参照图5、图6，本实施例中，U字型固定架10包括顶板15、底板16及多个连接柱17。顶板15水平放置，且横切面呈U字型，底板16水平放置，且横切面呈U字型，多个连接柱17竖直且间隔支撑连接于顶板15与底板16之间。顶板15的两端部与底板16的两端部分别通过竖直设置的连接块18连接，两滑槽11分别设于两连接块18内侧。

进一步地，滑槽11内且位于滑槽11的顶壁与底壁处分别设有缓冲垫19，两缓冲垫19为滑块14与顶板15、底板16之间提供了防撞保护，避免直接碰撞而损坏滑块14。

本实施例中，各安装块22朝向固定架10的端面设有第一安装柱28，各连接块18远离悬架20的背面设有第二安装柱181，弹性件12倾斜放置，且弹性件12的一端固定于第一安装柱28上，弹性件12的另一端固定于第二安装柱181上。

本实施例中，第一安装柱28为两个，两个第一安装柱28上下间隔设置，第二安装柱181也为两个，两个第二安装柱181上下间隔设置。如图4所示，弹性件12的一端连接悬架20位于上方的第一安装柱28，弹性件12的另一端连接固定架10上位于下方的第二安装柱181，由于机器人的重力作用，弹性件12处于拉伸状态，此时，弹性件12优选为拉伸弹簧。相反地，若弹性件12的一端连接悬架20位于下方的第一安装柱28上，弹性件12的另一端连接固定架10位于上方的第二安装柱181，由于机器人的重力作用，弹性件12处于收缩状态，此时，弹性件12优选为压缩弹簧。

本发明实施例还提供了一种机器人，机器人上设有上述的底盘。底盘应用于机器人时，由于机器人的重量承压在底盘支架41上，底盘支架41在重力作用下带动固定架10相对悬架20向下移动，此时，弹性件12被拉伸，通过弹性件12弹性调节作用以及斜拉方式的设置，机器人在平整路面行走时，底盘支架41等同于普通四轮底盘；而在遇到崎岖路面时，通过弹簧的弹性调节作用带动悬架20及驱动轮30随坡面上移或随凹坑下移，使得驱动轮30可以始终贴合于地面而不会悬空打滑；而且，悬挂系统1的应用，也使得机器人行走更加平稳，能够承受一定程度的急减速，适应高重心机器人行走需要，不会发生机器人倾斜事故。当然，机器人也可以通过其他结构设置上述的悬挂系统1，同样可以达到上述的效果。同时，由于前导向轮42采用上述的主动调节式，即可根据驱动轮30的速度来调整转动角度，前导向轮42的直径可以设计的更大，使机器人越障能力更好、更平稳。在机器人内部结构中，具有控制机器人操作的主控制板，前导向轮42的第一驱动电机44及两第二驱动电机均与主控制板电连通，主控制板根据机器人路面情况及实时行走状态及再来控制第一驱动电机44来调整前导向轮42的转动角度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种底盘，包括底盘支架、对称设于所述底盘支架两侧的两悬挂系统，以及设于所述底盘支架下方的前导向轮与后万向轮，各所述悬挂系统包括与所述底盘支架固定连接的固定架、与所述固定架滑动连接的悬架以及与所述悬架转动连接的驱动轮，其特征在于：所述前导向轮上设有第一驱动电机，两所述悬挂系统的两驱动轮分别通过一第二驱动电机驱动，所述第一驱动电机与两所述第二驱动电机之间形成速度闭环控制系统以使两所述第二驱动电机的转速改变时所述第一驱动电机调整所述前导向轮的转动角度；所述固定架上设有开口，所述固定架开口处的两端部分别设有滑槽；

设两所述驱动轮的圆心之间的连线为O’O’，O’O’的中点为O，所述前导向轮的圆心与所述中点O之间的连线为OA，设所述驱动轮的圆心到所述中点的距离为R1，设所述前导向轮的圆心至所述中点的距离为R2，设两所述第二驱动电机的转速分别为V1、V2，设所述前导向轮相对OA连线的转动角度为θ，则所述第一驱动电机根据如下公式调整所述转动角度θ：

2.根据权利要求1所述的底盘，其特征在于：所述悬架的两端部分别设置于所述固定架的位于所述开口两侧的两端部内且可沿所述固定架高度方向上下移动，所述悬架的两端部与所述固定架开口处的两端部之间还分别设有弹性件。

3.根据权利要求2所述的底盘，其特征在于：所述悬架包括与所述驱动轮连接的悬架本体以及分别设于所述悬架本体两端且与所述悬架本体围合形成U字型的两安装块，所述固定架的两端部内分别设有滑轨，各所述滑轨上设有可沿该滑轨滑动的滑块，各所述安装块与各所述滑块固定连接。

4.根据权利要求3所述的底盘，其特征在于：所述悬架本体中部具有与所述驱动轮连接的安装部，所述悬架本体朝向所述固定架的表面设有多条加强筋，多条所述加强筋以所述安装部为中心向两侧发散设置。

5.根据权利要求4所述的底盘，其特征在于：所述第二驱动电机为与所述驱动轮一体的轮毂电机，所述安装部上设有引线孔，所述轮毂电机的导线由所述引线孔中穿过。

6.根据权利要求3所述的底盘，其特征在于：所述固定架包括横切面呈U字型的顶板、横切面呈U字型的底板以及竖直连接于所述顶板与所述底板的多个连接柱，所述顶板、所述底板及多个所述连接柱围合形成具有所述开口的U字形结构，所述顶板的两端部与所述底板的两端部分别通过竖直设置的连接块连接，两所述滑槽分别设于两所述连接块内侧。

7.根据权利要求6所述的底盘，其特征在于：所述固定架的两端部处的顶板内壁与底板内壁分别设有用于保护所述滑块的缓冲垫。

8.根据权利要求6所述的底盘，其特征在于：各所述安装块朝向所述固定架的端面设有第一安装柱，各所述连接块远离所述悬架的背面设有第二安装柱，所述弹性件倾斜放置，且所述弹性件的一端固定于所述第一安装柱上，所述弹性件的另一端固定于所述第二安装柱上。

9.一种机器人，其特征在于：所述机器人具有如权利要求1至8中任一项所述的底盘。