CN109131618A - 一种基于滚珠丝杆的升降底盘及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于滚珠丝杆的升降底盘，包括底架、车轮机构、固定在底架上的升降机构；升降机构包括固定在底架上的基架和转动式安装在基架上的滚珠丝杆；车轮机构包括连接架、转动式安装在连接架上的车轮、固定在连接架上的车轮驱动组件；连接架固定在滚珠丝杆的螺母上，车轮驱动组件的输出端连接在车轮上。升降机构还包括直线导轨组件，直线导轨组件包括竖直固定在基架上的导轨和滑动式安装在导轨上的滑块；连接架与滑块相固定。本发明还涉及一种基于滚珠丝杆的升降底盘的运行方法。本底盘可以在复杂的地形行走，底盘可以抬高或者降低，属于机器人底盘的技术领域。

Description

一种基于滚珠丝杆的升降底盘及其运行方法

技术领域

本发明涉及机器人底盘的技术领域，尤其涉及一种基于滚珠丝杆的升降底盘及其运行方法。

背景技术

机器人的应用越来越广泛，特别是移动机器人，可以应用在更大更灵活的工作空间。移动机器人狭义是指地面可移动机器人，移动机器人广泛应用于地面清洁、大面积割草、商场导游导购、导盲和保安巡逻等各个方面，所以对其底盘性能有一定要求。目前的底盘不适用于复杂地形，且底盘不能上升或下降。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是：提供一种基于滚珠丝杆的升降底盘，底盘可以在复杂的地形行走，底盘可以抬高或者降低。

本发明的第二个目的是：提供一种基于滚珠丝杆的升降底盘的运行方法，底盘可以在复杂的地形行走，底盘可以抬高或者降低。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于滚珠丝杆的升降底盘，包括底架、车轮机构、固定在底架上的升降机构；升降机构包括固定在底架上的基架和转动式安装在基架上的滚珠丝杆；车轮机构包括连接架、转动式安装在连接架上的车轮、固定在连接架上的车轮驱动组件；连接架固定在滚珠丝杆的螺母上，车轮驱动组件的输出端连接在车轮上。

进一步的是：升降机构还包括直线导轨组件，直线导轨组件包括竖直固定在基架上的导轨和滑动式安装在导轨上的滑块；连接架与滑块相固定。

进一步的是：基架呈方框形，基架的上部和下部均设有轴承衬块，轴承衬块内设有第一轴承；滚珠丝杆包括竖直设置的丝杆和套在丝杆上的螺母；位于基架上部的第一轴承套装在丝杆的上端，位于基架下部的第一轴承套装在丝杆的下端。

进一步的是：基架包括上下分布的两根横梁和连接上下两根横梁的两根竖梁；位于丝杆上端的第一轴承衬块固定在上方横梁的下端，位于丝杆下端的第一轴承衬块固定在下方的横梁的上端。

进一步的是：车轮驱动组件包括固定在车轮端面上的车轴、固定在连接架上的第一电机、固定在第一电机输出端上的第一主动轮、套在车轴上的第一被动轮、连接第一主动轮和第一被动轮的第一同步带；车轴转动式安装在连接架上。

进一步的是：连接架包括立板、方管、固定在螺母上的连接块；方管的一侧与连接块相固定，方管的另一侧与立板相固定，车轴转动式安装在立板上，第一主动轮位于连接块和立板之间。

进一步的是：车轴为阶梯轴，车轴包括法兰和一体成型且轴径依次变大第一段轴、第二段轴、第三段轴；法兰与第三段轴一体成型，法兰固定在车轮的端面上，立板的内部设有第二轴承，第二轴承套装在第二段轴上，第二段轴的端部设有挡圈，第二轴承位于挡圈和第三段轴之间，第一被动轮套在第一段轴上。

进一步的是：升降机构和车轮机构均有四个，四个升降机构分别固定在底架的左前方、右前方、左后方、右后方，四个车轮机构的连接架分别对应固定在四个滚珠丝杆的螺母上；底盘还包括驱动机构，驱动机构包括固定在底架上的第二电机、套装在左侧滚珠丝杆上的第二主动轮、套装在右侧滚珠丝杆上的第二被动轮、连接第二主动轮和第二被动轮的第二同步带、固定在第二电机输出端上的驱动轮；驱动轮位于第二同步带内且与第二同步带相啮合。

进一步的是：底架为框架式结构，车轮为麦克纳姆轮。

一种基于滚珠丝杆的升降底盘的运行方法，包括以下步骤：

第一步：第一电机带动第一主动轮旋转，第一主动轮通过第一同步带带动第一被动轮旋转，第一被动轮带动麦克纳姆轮转动，底盘向前运动；

第二步：前进过程中，调整四个第一电机的旋转方向及转速从而控制各个麦克纳姆轮的转向，实现底盘的前进、后退及转向；

第三步：驱动机构带动滚珠丝杆的丝杆旋转，丝杆的旋转驱使螺母上下移动，螺母的上下移动带动底盘升高或降低。

总的说来，本发明具有如下优点：

本底盘可以作为一个移动搭载平台，从而带动其他物体在复杂的地形移动。本底盘既具有麦克纳姆轮全向移动的特点，还能进行上升或下降运动，本底盘稳定并且承重大，滚珠丝杆传动力矩大且稳定，提高了底盘的承重。本底盘体积小，机构紧凑，无需占用过多空间。

附图说明

图1是本底盘立体的结构示意图。

图2是本底盘主视方向的结构示意图。

图3是滚珠丝杆和直线导轨组件的示意图。

图4是车轮机构和升降机构装配的结构示意图。

图5是车轮机构爆炸的结构示意图。

图6是车轮机构部分部件的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：

1为底架，2为升降机构，3为车轮机构，4为驱动机构，2-1为基架，2-1-1为横梁，2-1-2为竖梁，2-2为滚珠丝杆，2-2-1为丝杆，2-2-2为螺母，2-3为导轨，2-4为滑块，2-5为轴承衬块，2-6为第一轴承，3-1为连接块，3-2为方管，3-3为立板，3-4为第一电机，3-5为第一主动轮，3-6为第一被动轮，3-7为第一同步带，3-8为麦克纳姆轮，3-9为车轴，3-9-1为第一段轴，3-9-2为第二段轴，3-9-3为第三段轴，3-9-4为法兰，3-10为挡圈，3-11为第二轴承，4-1为第二电机，4-2为驱动轮，4-3为第二主动轮，4-4为第二被动轮，4-5为第二同步带。

结合图1所示，一种基于滚珠丝杆的升降底盘，包括底架、车轮机构、固定在底架上的升降机构。结合图1、图2、图3所示，升降机构包括固定在底架上的基架和转动式安装在基架上的滚珠丝杆；即将基架固定在底架上，然后滚珠丝杆转动式安装在基架上。结合图1、图4、图5所示，车轮机构包括连接架、转动式安装在连接架上的车轮、固定在连接架上的车轮驱动组件。滚珠丝杆是现有技术，滚珠丝杆都包括有螺母，连接架固定在滚珠丝杆的螺母上，车轮驱动组件的输出端连接在车轮上。丝杆旋转，螺母则上下移动，使得车轮和底架具有上下的相对运动，而车轮着地，因此底架可以上下运动。车轮驱动组件驱动车轮旋转，从而使得整个底盘运动。底架为框架式结构，车轮为麦克纳姆轮。

结合图1、图3、图4所示，基架包括上下分布的两根横梁和连接上下两根横梁的两根竖梁；两根横梁和两根竖梁形成一个方框结构，两根竖梁的上端分别与上方横梁的两端一体成型，两根竖梁的下端分别与下方横梁的两端一体成型。基架呈方框形，基架的上部和下部均设有轴承衬块，轴承衬块内设有第一轴承，第一轴承固定在轴承衬块的内部；即轴承衬块有两个，两个轴承衬块内都设有第一轴承，上方的轴承衬块固定在上方横梁的下端面，下方的轴承衬块固定在下方横梁的上端面。滚珠丝杆包括竖直设置的丝杆和套在丝杆上的螺母；丝杆位于两根竖梁的中间，丝杆的旋转会带动螺母上下运动。位于基架上部的第一轴承套装在丝杆的上端，位于基架下部的第一轴承套装在丝杆的下端，即丝杆的上下两端都通过第一轴承转动式地安装在上下两个轴承衬块上，而轴承衬块又固定在基架上，因此丝杆可以在基架上转动。位于丝杆上端的第一轴承衬块固定在上方横梁的下端，位于丝杆下端的第一轴承衬块固定在下方的横梁的上端。

结合图1、图2、图3所示，升降机构还包括直线导轨组件，直线导轨组件有两组，两组直线导轨组件分居丝杆的两侧。直线导轨组件包括竖直固定在基架上的导轨和滑动式安装在导轨上的滑块；连接架与滑块相固定。两组直线导轨组件中，一根导轨固定在一根竖梁上，另一根导轨固定在另一根竖梁上，螺母会带动连接架，使连接架和底架实现上下相对的运动，而直线导轨组件则保证上下直线运动的准确性，起到导向作用。

结合图2、图4、图5所示，车轮驱动组件包括固定在车轮端面上的车轴、固定在连接架上的第一电机、固定在第一电机输出端上的第一主动轮、套在车轴上的第一被动轮、连接第一主动轮和第一被动轮的第一同步带；车轴转动式安装在连接架上。第一电机带动第一主动轮旋转，第一主动轮通过第一同步带驱动第一被动轮旋转，第一被动轮驱动车轴旋转，车轴驱动车轮旋转，从而带动整个底盘运行。第一主动轮、第一被动轮、第一同步带为同步带机构。

结合图2、图3、图4所示，连接架包括立板、方管、固定在螺母上的连接块。方管有两个，两个方管分居第一主动轮的两侧，方管的一侧与连接块相固定，方管的另一侧与立板相固定，方管能将连接块和立板隔开，使得连接块和立板之间具有一定的空间，该空间能容纳第一主动轮。车轴转动式安装在立板上，第一主动轮位于连接块和立板之间。

结合图2、图5、图6所示，车轴为阶梯轴，车轴包括法兰和一体成型且轴径依次变大第一段轴、第二段轴、第三段轴；法兰与第三段轴一体成型。沿着轴线方向，第一段轴、第二段轴、第三段轴依次连接，它们的半径依次增大，且它们是一体成型的。法兰固定在车轮的端面上，立板的内部设有第二轴承，第二轴承安装在立板内，且第二轴承套装在第二段轴上，第二段轴的端部设有挡圈，第二轴承位于挡圈和第三段轴之间，挡圈能防止第二轴承在轴向方向上晃动过于剧烈。第一被动轮套在第一段轴上。第一被动轮旋转后直接带动车轴旋转，车轴带动车轮旋转。

结合图1、图2所示，上文所说的升降机构和车轮机构均有四个，四个升降机构分别固定在底架的左前方、右前方、左后方、右后方，四个车轮机构的连接架分别对应固定在四个滚珠丝杆的螺母上，即一个车轮机构的连接架对应固定在一个升降机构的螺母上。底盘还包括驱动机构，驱动机构有两个，一个驱动机构位于底架的前方，该驱动机构带动左前方和右前方的升降机构的丝杆旋转，另一个驱动机构位于底架的后方，该驱动机构带动左后方和右后方的升降机构的丝杆旋转。下面以其中一个驱动机构为例进行说明：驱动机构包括固定在底架上的第二电机、套装在左侧丝杆上的第二主动轮、套装在右侧丝杆上的第二被动轮、连接第二主动轮和第二被动轮的第二同步带、固定在第二电机输出端上的驱动轮；驱动轮位于第二同步带内且与第二同步带相啮合。第二电机带动驱动轮旋转，驱动轮带动第二同步带运转，第二同步带驱动第二主动轮和第二被动轮旋转，第二主动轮和第二被动轮的旋转分别带动左侧和右侧的丝杆旋转，丝杆旋转则驱动螺母上下运动。

本底盘的工作原理：第二电机带动驱动轮旋转，驱动轮带动第二同步带运转，第二同步带驱动第二主动轮和第二被动轮旋转，第二主动轮和第二被动轮的旋转分别带动左侧和右侧的丝杆旋转，丝杆旋转则驱动螺母上下运动，螺母的上下移动，使得车轮和底架具有上下的相对运动，而车轮着地，因此底架可以上下运动，从而实现底盘的抬高或者降低。第一电机带动第一主动轮旋转，第一主动轮通过第一同步带驱动第一被动轮旋转，第一被动轮驱动车轴旋转，车轴驱动车轮旋转，从而带动整个底盘运行。控制四个第一电机的转速及转向即可以控制底盘的前进、后退及转向。本底盘可以作为一个移动搭载平台，从而带动其他物体在复杂的地形移动。

对于本发明而言，本发明还涉及了一种基于滚珠丝杆的升降底盘的运行方法，包括以下步骤：

第一步：第一电机带动第一主动轮旋转，第一主动轮通过第一同步带带动第一被动轮旋转，第一被动轮带动麦克纳姆轮转动，底盘向前运动；

第二步：前进过程中，调整四个第一电机的旋转方向及转速从而控制各个麦克纳姆轮的转向，实现底盘的前进、后退及转向；

第三步：驱动机构带动滚珠丝杆的丝杆旋转，丝杆的旋转驱使螺母上下移动，螺母的上下移动带动底盘升高或降低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于滚珠丝杆的升降底盘，包括底架、车轮机构、固定在底架上的升降机构；其特征在于：升降机构包括固定在底架上的基架和转动式安装在基架上的滚珠丝杆；车轮机构包括连接架、转动式安装在连接架上的车轮、固定在连接架上的车轮驱动组件；连接架固定在滚珠丝杆的螺母上，车轮驱动组件的输出端连接在车轮上。

2.按照权利要求1所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：升降机构还包括直线导轨组件，直线导轨组件包括竖直固定在基架上的导轨和滑动式安装在导轨上的滑块；连接架与滑块相固定。

3.按照权利要求1所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：基架呈方框形，基架的上部和下部均设有轴承衬块，轴承衬块内设有第一轴承；滚珠丝杆包括竖直设置的丝杆和套在丝杆上的螺母；位于基架上部的第一轴承套装在丝杆的上端，位于基架下部的第一轴承套装在丝杆的下端。

4.按照权利要求3所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：基架包括上下分布的两根横梁和连接上下两根横梁的两根竖梁；位于丝杆上端的第一轴承衬块固定在上方横梁的下端，位于丝杆下端的第一轴承衬块固定在下方的横梁的上端。

5.按照权利要求3所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：车轮驱动组件包括固定在车轮端面上的车轴、固定在连接架上的第一电机、固定在第一电机输出端上的第一主动轮、套在车轴上的第一被动轮、连接第一主动轮和第一被动轮的第一同步带；车轴转动式安装在连接架上。

6.按照权利要求5所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：连接架包括立板、方管、固定在螺母上的连接块；方管的一侧与连接块相固定，方管的另一侧与立板相固定，车轴转动式安装在立板上，第一主动轮位于连接块和立板之间。

7.按照权利要求6所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：车轴为阶梯轴，车轴包括法兰和一体成型且轴径依次变大第一段轴、第二段轴、第三段轴；法兰与第三段轴一体成型，法兰固定在车轮的端面上，立板的内部设有第二轴承，第二轴承套装在第二段轴上，第二段轴的端部设有挡圈，第二轴承位于挡圈和第三段轴之间，第一被动轮套在第一段轴上。

8.按照权利要求1所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：升降机构和车轮机构均有四个，四个升降机构分别固定在底架的左前方、右前方、左后方、右后方，四个车轮机构的连接架分别对应固定在四个滚珠丝杆的螺母上；底盘还包括驱动机构，驱动机构包括固定在底架上的第二电机、套装在左侧滚珠丝杆上的第二主动轮、套装在右侧滚珠丝杆上的第二被动轮、连接第二主动轮和第二被动轮的第二同步带、固定在第二电机输出端上的驱动轮；驱动轮位于第二同步带内且与第二同步带相啮合。

9.按照权利要求1所述的一种基于滚珠丝杆的升降底盘，其特征在于：底架为框架式结构，车轮为麦克纳姆轮。

10.一种基于滚珠丝杆的升降底盘的运行方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：第一电机带动第一主动轮旋转，第一主动轮通过第一同步带带动第一被动轮旋转，第一被动轮带动麦克纳姆轮转动，底盘向前运动；

第二步：前进过程中，调整四个第一电机的旋转方向及转速从而控制各个麦克纳姆轮的转向，实现底盘的前进、后退及转向；

第三步：驱动机构带动滚珠丝杆的丝杆旋转，丝杆的旋转驱使螺母上下移动，螺母的上下移动带动底盘升高或降低。