CN109278539A - 一种轮式机器人全向移动底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轮式机器人技术领域，具体地说是一种轮式机器人全向移动底盘。包括后箱体、前箱体、导向驱动轮及铰接关节，其中后箱体和前箱体通过铰接关节连接，后箱体和前箱体的底部均设有两个导向驱动轮，导向驱动轮包括导向驱动机构、连接法兰、直线悬挂装置及轮毂电机，其中导向驱动机构通过连接法兰与直线悬挂装置连接，直线悬挂装置与轮毂电机连接。本发明通过前、后箱体之间的被动铰接关节使轮式机器人地形适应性更强，铰接关节密封设计保证了机器人线缆的整体密封要求。

Description

一种轮式机器人全向移动底盘
技术领域
本发明属于轮式机器人技术领域，具体地说是一种轮式机器人全向移动底盘。
背景技术
目前，轮式机器人驱动导向方式主要分为：四轮驱动，导向舵轮配合驱动轮，四轮驱动搭配360度导向。其中四轮驱动搭配360度转向的驱动导向方式具有转向灵活、转向精度高、可实现原地回转，可以满足机器人在狭小空间内工作的需要。现有的采用这种驱动导向方式的底盘结构还有很多问题需要解决，其中重点需要解决的包括地形适应能力不强、驱动与转向机械结构复杂、防护能力差的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轮式机器人全向移动底盘，以实现四轮独立驱动和原地回转，具有地形适应性强和密封效果好的特点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，包括后箱体、前箱体、导向驱动轮及铰接关节，其中后箱体和前箱体通过铰接关节连接，所述后箱体和前箱体的底部均设有两个导向驱动轮。
所述导向驱动轮包括导向驱动机构、连接法兰、直线悬挂装置及轮毂电机，其中导向驱动机构通过连接法兰与直线悬挂装置连接，所述直线悬挂装置与轮毂电机连接。
所述直线悬挂装置包括支架、导向轴、直线轴承和弹簧，其中支架的一端与所述连接法兰连接，另一端通过直线轴承与沿竖直方向设置的导向轴滑动连接，所述导向轴的下端与轮毂固定座连接，所述轮毂固定座与所述轮毂电机连接，所述弹簧套设于所述导向轴上、且受力于所述支架和所述轮毂固定座之间。
所述导向驱动机构包括相互连接的减速器和转向电机，所述减速机与所述连接法兰连接。
所述减速器的输出轴上设有磁编码器。
所述导向驱动机构设置于所述后箱体和前箱体内。
所述铰接关节包括前支座、空心法兰轴、后支座及轴承组件，其中前支座和后支座分别与前箱体和后箱体连接，所述前支座与空心法兰轴的一端固定连接，所述后支座套装于所述空心法兰轴上、且通过轴承组件转动连接。
所述轴承组件包括轴环和两组圆锥滚子轴承，所述空心法兰轴的两端分别套设有两组圆锥滚子轴承，所述轴环套设于所述空心法兰轴上、且位于两组圆锥滚子轴承之间。
所述空心法兰轴的端部与所述前支座之间设有密封圈。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明通过前后箱体之间的被动铰接关节使轮式机器人地形适应性更强，铰接关节密封设计保证了机器人线缆的整体密封要求。
2.本发明四个轮的直线悬挂装置能够降低地面对轮毂电机轴的刚性冲击，进而增加轮子的垂直负荷，发挥轮子的着地能力，使行驶时更平稳。
3.本发明采用四个导向驱动轮，四轮可独立驱动，轮毂电机使结构更简单，能够在狭小的空间内完成作业要求，同时维修简单。
附图说明
图1是本发明的轴测图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明的铰接关节的剖面示意图；
图4是本发明的导向驱动轮的结构示意图。
图中：1为后箱体，2为前箱体，3为轮毂电机，4为直线悬挂装置，5为导向驱动轮，6为铰接关节，7为直线轴承，8为弹簧，9为轮毂固定座，10为前支座，11为密封圈，12为空心法兰轴，13为前轴承盖，14为轴环，15为后支座，16为后轴承盖，17为轴承挡环，18为垫片，19为圆锥滚子轴承，20为磁编码器，21为减速器，22为转向电机，23为连接法兰，24为导向轴，25为支架。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-2所示，本发明提供的一种轮式机器人全向移动底盘，包括后箱体1、前箱体2、导向驱动轮5及铰接关节6，其中后箱体1和前箱体2通过铰接关节6连接，后箱体1和前箱体2的底部均设有两个导向驱动轮5。
如图3所示，铰接关节6包括前支座10、空心法兰轴12、后支座15及轴承组件，其中前支座10和后支座15通过螺钉分别与前箱体2和后箱体1连接，前支座10与空心法兰轴12的一端固定连接，后支座15套装于空心法兰轴12上、且通过轴承组件转动连接。空心法兰轴12的端部与前支座10之间设有密封圈11。
轴承组件包括轴环14和两组圆锥滚子轴承19，空心法兰轴12的两端分别套设有两组圆锥滚子轴承19，轴环14套设于空心法兰轴12上、且位于两组圆锥滚子轴承19之间。
后箱体1与前箱体2通过铰接关节6连接，当机器人遇到不平路面时，通过前、后箱体之间的摆动，能够使得底盘的四轮同时着地，增强底盘通过性。
后支座15的内腔通过成对的圆锥滚子轴承19支撑空心法兰轴12，空心法兰轴12的内腔密封置有机器人动力和通讯线缆，空心法兰轴12的一端通过螺钉与前支座10连接，连接端部设有密封圈11，空心法兰轴12另一端通过螺钉与轴承挡环17固定连接，轴承挡环17通过垫片18压紧圆锥滚子轴承19，后支座15的左右两侧安装有前端盖13和后端盖16，端盖连接处置有密封圈和油封。进一步，后支座15内可以加入润滑油，提高铰接结构的使用寿命。
如图4所示，导向驱动轮5包括导向驱动机构、连接法兰23、直线悬挂装置4及轮毂电机3，其中导向驱动机构通过连接法兰23与直线悬挂装置4连接，直线悬挂装置4与轮毂电机3连接。
直线悬挂装置4包括支架25、导向轴24、直线轴承7和弹簧8，其中支架25的一端与连接法兰23连接，另一端通过直线轴承7与沿竖直方向设置的导向轴24滑动连接，导向轴24的下端与轮毂固定座9连接，轮毂固定座9与轮毂电机3连接，弹簧8套设于导向轴24上、且受力于支架25和轮毂固定座9之间。
两个直线轴承7分别通过螺钉连接在轮毂固定座9和支架25上，导向轴24穿过弹簧8与直线轴承7滑动配合，并在其末端固定，进一步的在固定端加橡胶垫，减小磨损。
四个轮的直线悬挂装置能够降低地面对轮毂电机轴的刚性冲击，进而增加轮子的垂直负荷，发挥轮子的着地能力，使行驶时更平稳。
导向驱动机构设置于后箱体1和前箱体2内，导向驱动机构包括相互连接的减速器21和转向电机22，减速机21的输出轴一端与连接法兰23连接，减速机21的输出轴的另一端设有磁编码器20，磁编码器20可以记录转向主轴转动情况，从而精确控制转向角度。
轮毂电机3通过内置有编码器的反馈信息实现对车轮转动的精确控制，直线悬挂装置4用于缓冲路面激励而产生的冲击。磁编码器20安装在转向电机22的主轴上，磁编码器20记录主轴转动位置，转向电机22的主轴与直线悬挂装置4固定连接，减速器21与法兰23通过螺钉固定连接，连接法兰23通过螺钉固定安装在箱体下表面。
本发明提供的一种轮式机器人全向移动底盘包括机器人前后箱体、四组完全相同的全向驱动轮、四组完全相同的直线悬挂装置和连接机器人前后箱体之间的被动铰接关节。前后箱体通过铰接关节连接，实现机器人底盘的变形、转向和轮的驱动，直线悬挂装置与转向装置底端保持弹性接触；被动铰接关节通过两个支座连接机器人前后箱体，铰接关节进行防水设计，铰接关节两端通过中空轴连接，空心轴内置有机器人通讯和能源线缆。
本发明通过前后箱体之间的被动铰接关节使轮式机器人地形适应性更强，铰接关节密封设计保证了机器人线缆的整体密封要求。
本发明采用四个导向驱动轮，四轮可独立驱动，轮毂电机使结构更简单，能够在狭小的空间内完成作业要求，同时维修简单。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，包括后箱体(1)、前箱体(2)、导向驱动轮(5)及铰接关节(6)，其中后箱体(1)和前箱体(2)通过铰接关节(6)连接，所述后箱体(1)和前箱体(2)的底部均设有两个导向驱动轮(5)。
2.根据权利要求1所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述导向驱动轮(5)包括导向驱动机构、连接法兰(23)、直线悬挂装置(4)及轮毂电机(3)，其中导向驱动机构通过连接法兰(23)与直线悬挂装置(4)连接，所述直线悬挂装置(4)与轮毂电机(3)连接。
3.根据权利要求2所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述直线悬挂装置(4)包括支架(25)、导向轴(24)、直线轴承(7)和弹簧(8)，其中支架(25)的一端与所述连接法兰(23)连接，另一端通过直线轴承(7)与沿竖直方向设置的导向轴(24)滑动连接，所述导向轴(24)的下端与轮毂固定座(9)连接，所述轮毂固定座(9)与所述轮毂电机(3)连接，所述弹簧(8)套设于所述导向轴(24)上、且受力于所述支架(25)和所述轮毂固定座(9)之间。
4.根据权利要求2所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述导向驱动机构包括相互连接的减速器(21)和转向电机(22)，所述减速机与所述连接法兰(23)连接。
5.根据权利要求4所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述减速器(21)的输出轴上设有磁编码器(20)。
6.根据权利要求4所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述导向驱动机构设置于所述后箱体(1)和前箱体(2)内。
7.根据权利要求2所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述铰接关节(6)包括前支座(10)、空心法兰轴(12)、后支座(15)及轴承组件，其中前支座(10)和后支座(15)分别与前箱体(2)和后箱体(1)连接，所述前支座(10)与空心法兰轴(12)的一端固定连接，所述后支座(15)套装于所述空心法兰轴(12)上、且通过轴承组件转动连接。
8.根据权利要求7所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述轴承组件包括轴环(14)和两组圆锥滚子轴承(19)，所述空心法兰轴(12)的两端分别套设有两组圆锥滚子轴承(19)，所述轴环(14)套设于所述空心法兰轴(12)上、且位于两组圆锥滚子轴承(19)之间。
9.根据权利要求7所述的轮式机器人全向移动底盘，其特征在于，所述空心法兰轴(12)的端部与所述前支座(10)之间设有密封圈(11)。
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