CN109177675A - 一种移动机器人的悬挂系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动机器人的悬挂系统，装在机器人车架和各个车轮之间，包括支撑件、减震系统、承载机构，所述支撑件与车架相连，所述减震系统分别连接支撑件和承载机构；所述承载机构由两块A字形连接板组成，所述A字形连接板互相通过连接件固定；所述A字形连接板一端连接减震系统，一端通过轴承与传动系统相连，当车轮转动时能保证相对固定，另一端与车架结构连接，组成整个机器人结构。本发明能够保证驱动轮始终着地，提高机器人底盘的地面适应能力，防止驱动轮被从动轮架空，出现驱动轮空转或打滑的现象，影响机器人运动，同时可以有效缓解机器人的车轮在路面上运动时传递给机器人底盘的振动，增强机器人的避震、越障能力。

Description

一种移动机器人的悬挂系统

技术领域

本发明属于机器人机构设计技术领域，具体涉及一种机器人的悬挂系统。

背景技术

悬挂系统是车架与车轮之间的传力连接装置，其功能是传递车轮和车架之间的力和力矩，不平路面传给车架或车身的冲击力会得到缓冲，并衰减由此引起的震动，以保证机器人平顺行驶。

悬挂系统主要分为独立悬挂和非独立悬挂系统两种。非独立悬挂系统是指两个车轮相互联系，一侧车轮的跳动同时也会影响到另一侧车轮的跳动，这种悬挂系统比较简单，常见于重载车轮的悬挂应用。而独立悬挂系统中各个车轮都有各自的悬挂机构，彼此相互独立，互不干扰。

没有悬挂系统会产生大振幅震动，机器人整体结构会受到很大的影响，一种情况是，零件在震动后松动导致脱落。也可能导致传感器感知偏差，如果配备了摄像头，震动会使传输的图像模糊不清。所以，合理的悬挂系统能保证机器人其他部分长时间稳定工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠的移动机器人悬挂系统。

一种移动机器人的悬挂系统，安装在机器人车架和各个车轮之间，包括支撑件、减震系统和承载机构；所述支撑件与车架相连，所述减震系统分别连接支撑件和承载机构；所述承载机构由两块A字形连接板组成，所述A字形连接板互相通过连接件固定；所述A字形连接板一端连接减震系统，一端通过轴承与传动系统相连，当车轮转动时能保证相对固定，另一端与车架结构连接，组成整个机器人结构。

所述减震系统由弹簧和减震器组成，起缓冲和减震的作用。减震系统两端的连接方式采用螺钉套筒连接，这样当悬挂系统运作时，减震器不会因为被螺钉拧紧而影响摆动的角度。

所述A字形连接板的一端通过轴承与传动系统相连。具体地，移动机器人的车轮与轮毂座通过螺栓和螺母固定连接，再使用紧定螺钉将轮毂座与轮轴锁死，为防止螺钉松动，采用了双螺钉防松的结构；轴承一侧内圈用轴肩定位，另一侧的外圈用轴承端盖固定，轴承端盖与轮毂座通过螺钉固定连接；轮轴通过轴承安装在连接板上，轮轴与电机轴之间用梅花形联轴器联接，电机轴上连接电机。

进一步的，所述轴承为深沟球轴承。

所述支撑件由6061航空铝加工而成，拥有很高的强度，这样就能满足负载的要求。车架采用中空上下两层的结构，通过上下支撑板与支撑件连接固定。上下支撑板都采用了板厚为5mm的铝板，除了必须的开孔外还预留了走线槽和其他零件的安装孔，既提高了刚性又降低了质量。上支撑板设计成T形结构避免了安装避震弹簧时产生的干涉，四块支撑板都设计了圆角，防止后期装配时被尖角划伤或划伤其他零件表面。

在本发明中，考虑到两侧同步性的问题，两块连接板采用相同的外形结构，仅在配合处有差异，承载机构对强度和刚性要求较高，因此都使用了A字形结构、板厚为5mm的铝板，在提高了强度和刚性的同时又降低了重量。两块连接板同时使用承载能力大大提高，且电机采用的是悬臂安装，两块板子在行驶过程中使电机变得更稳固，减少产生的震动。

进一步的，为了方便安装悬挂系统，在车架的底部设计了转动装置，用一对光轴支架将转轴固定住，悬挂系统依靠轴承和转轴的配合实现角度的变化，轴承依靠跟转轴的过盈配合周向固定，使用转轴的定位轴肩和轴套对轴承轴向固定，并且通过螺栓把承载机构的两块连接板的一端固定在轴套上。

进一步的，所述转动装置中的转轴采用阶梯轴。

本发明中，所述车轮采用麦克纳姆轮。

本发明中，所示电机采用直流伺服电机。在电机的端面具4个均布的安装孔，使其安装更可靠。

本发明的有益效果是：本发明所提供的移动机器人悬挂系统，基于模块化设计的核心思想，集合了“电机+驱动+车轮悬挂结构”，整合了机械结构和电路控制，形成了一个单独完整的功能模块，该悬挂系统为独立的子系统，可作为通用模块与其他产品要素进行组合，构成新的系统，产生不同的功能或者相同功能、不同性能的系列产品。该悬挂系统，环境适应能力强，在不同环境中运动，都能保证机器人车轮与地面的良好贴合，运动平稳性好，结构简单、性能可靠，值得推广。

附图说明

图1是本发明悬挂系统的总体连接示意图；

图2是本发明悬挂系统与传动机构的连接结构示意图；

图3是本发明悬挂系统的单个结构示意图；

图4是传动机构的结构示意图；

图5是麦克纳姆轮结构示意图；

图6是悬挂系统的减震系统示意图；

图7是承载机构的连接板示意图；

图8是支撑件的示意图；

图9是车架下转动装置的结构示意图；

其中：1-麦克纳姆轮，2-连接板，3-减震器，4-弹簧，5-支撑件，6-轮毂座，7-螺栓，8-螺钉，9-转轴，10-轴承，11-轮轴，12-联轴器，13-光轴支架，14-电机，15-上支撑板，16-下支撑板，17-电机轴，18-轴套，19-连接件，20-轮片，21-防松螺母，22-辊子轴，23-垫片，24-辊子，25-轮子，26-轮毂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

一种移动机器人的悬挂系统，安装在机器人车架和各个车轮之间，包括支撑件5、减震系统和承载机构。其中支撑件5与车架相连，减震系统分别连接支撑件和承载机构；承载机构由两块A字形连接板2组成，所述A字形连接板互相通过连接件19固定；所述A字形连接板一端连接减震系统，一端通过轴承10与传动系统相连，当车轮转动时能保证相对固定，另一端靠轴承10与安装在车架底部的转轴9配合，与车架结构相连，组成了整个机器人结构。

在本实施例中，车轮采用麦克纳姆轮1。在轮子的周围分布了很多辊子24，这些辊子24的外廓线与轮子的理论圆周相重合，并且辊子24能够自由旋转。辊子24有三个自由度，分别是绕轮轴的转动、绕辊轮与地面接触点的转动、沿辊轮轴线垂线方向的平动。由于麦克纳姆轮的辊子24曲线是根据麦轮中心圆拟合出来的，因此为了保证麦克纳姆轮1轮系的精确控制，在设计悬挂系统时，需尽可能得时刻保持麦克纳姆轮1与地面的垂直。

在本实施例中，A字形连接板3一端通过轴承10与传动系统相连，移动机器人的车轮与轮毂座6通过螺栓7和螺母固定连接，再使用螺钉8将轮毂座6与轮轴11锁死，为防止螺钉8松动，采用了双螺钉防松的结构；传动系统在行驶过程中会有相对转动，只有通过轴承10才能与悬挂系统的承载机构连接在一起。轴承10一侧内圈用轴肩定位，另一侧的外圈用轴承端盖固定，轴承端盖与轮毂座6通过螺钉8固定连接。考虑到机器人在横向和斜向移动时会产生轴向力，而轴承10同时能够承受径向和较小的轴向载荷，另外如机器人的工作环境较恶劣，可选用型号为6201 带橡胶密封圈的深沟球轴承。轮轴11通过轴承10安装在连接板上，两轴对中性较好，且机器人全方位运动需要电机的频繁启动以及正反转，转速较高，但轴向偏差不高，启动时会产生振动，所以选择梅花型联轴器12。轮轴与电机轴之间用梅花形联轴器12连接。梅花联轴器12属于挠性联轴器，可以吸收振动、补偿径向和角向偏差。

为了方便安装悬挂系统，在车架的底部设计了转动装置，用一对光轴支架13将转轴9固定住，悬挂系统依靠轴承10和转轴9的配合实现角度的变化，轴承10依靠跟转轴9的过盈配合周向固定，使用转轴9的定位轴肩和轴套18对轴承轴向固定，并且通过螺栓7把承载机构的两块连接板2固定在轴套18的两端。当车轮受力时，转轴9转动，悬挂系统吸收震动，使车架结构能够平稳的运输物品。

所述支撑件5由6061航空铝加工而成，拥有很高的强度，这样就能满足负载的要求。车架采用中空上下两层的结构，通过上支撑板15 与下支撑板16与支撑件5连接固定。上、下支撑板都采用了板厚为5mm 的铝板，除了必须的开孔外还预留了走线槽和其他零件的安装孔，既提高了刚性又降低了质量。上支撑板15设计成T形结构避免了安装避震弹簧时产生的干涉，四块支撑板都设计了圆角，防止后期装配时被尖角划伤或划伤其他零件表面。

考虑到两侧同步性的问题，两块连接板2采用相同的外形结构，仅在配合处有差异，承载机构对强度和刚性要求较高，因此都使用了A字形结构、板厚为5mm的铝板，在提高了强度和刚性的同时又降低了重量。两块连接板2同时使用承载能力大大提高，且电机14采用的是悬臂安装，两块板子在行驶过程中使电机变得更稳固，减少产生的震动。

本发明的有益效果是：本发明所提供的移动机器人悬挂系统，基于模块化设计的核心思想，集合了“电机+驱动+车轮悬挂结构”，整合了机械结构和电路控制，形成了一个单独完整的功能模块，该悬挂系统为独立的子系统，可作为通用模块与其他产品要素进行组合，构成新的系统，产生不同的功能或者相同功能、不同性能的系列产品。该悬挂系统，环境适应能力强，在不同环境中运动，都能保证机器人车轮与地面的良好贴合，运动平稳性好，避震、越障能力突出，结构简单、性能可靠，值得推广。

Claims (6)

1.一种移动机器人的悬挂系统，装在机器人车架和各个车轮之间，其特征在于：包括支撑件、减震系统和承载机构；所述支撑件与车架相连，所述减震系统分别连接支撑件和承载机构；所述承载机构由两块A字形连接板组成，所述A字形连接板互相通过连接件固定；所述A字形连接板一端连接减震系统，一端通过轴承与传动系统相连，当车轮转动时能保证相对固定，另一端与车架结构连接，组成整个机器人结构。

2.根据权利要求1所述的移动机器人的悬挂系统，其特征在于，所述减震系统由弹簧和减震器组成，所述减震系统两端采用螺钉套筒连接。

3.根据权利要求1所述的移动机器人的悬挂系统，其特征在于，所示轴承为深沟球轴承。

4.根据权利要求1所述的移动机器人的悬挂系统，其特征在于，所述支撑件通过上、下支撑板与车架相连；所述上支撑板设计成T形结构。

5.根据权利要求1所述的移动机器人的悬挂系统，其特征在于，所述车架底部设有转动装置用于连接A字形连接板，用一对光轴支架将转轴固定住，悬挂系统依靠轴承和转轴的配合实现角度的变化，轴承依靠跟转轴的过盈配合周向固定，使用转轴的定位轴肩和轴套对轴承轴向固定，并且通过螺栓把两块A字形连接板的一端固定在轴套上。

6.根据权利要求5所述的移动机器人的悬挂系统，其特征在于，所述转动装置中的转轴采用阶梯轴。