CN109436127B - 一种适应复杂地形的移动机器人底盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应复杂地形的移动机器人底盘，包括车架、前轴、两个前侧同步轮组、两个后侧同步轮组，转向架组、一个俯仰角调整电机、转向电机和两个驱动电机，其中，两个前侧同步轮组通过销分别连接在前轴两端，转向电机安装在前轴中间位置，且与转向架组连接，俯仰角调整电机固定在车架前端，且通过齿轮与前轴传动连接，两个后侧同步轮组通过第二轴承与车架后端配合安装，且位于车架两侧，两个后侧同步轮组分别与固定在车架后端上的两个驱动电机驱动连接。本发明共计八个车轮，增加了移动机器人的负重性能，车体行驶由两个独立的驱动电机驱动后方两个同步轮组，在复杂地形中两侧轮组的运动互不干扰，独立驱动，提高了车体的抓地性。

Description

一种适应复杂地形的移动机器人底盘
技术领域
本发明涉及一种适应复杂地形的移动机器人底盘，属于无人车技术领域。
背景技术
移动机器人具有广泛的用途，目前移动机器人以履带式和轮式为主。履带式移动机器人支撑面积大，下陷度小，地形适应能力强，但其结构复杂，能量利用率低，体积质量大，一般不作装载用途。现有的轮式移动机器人结构简单，控制方便，负重比高，能量效率高，在平坦路面负载行进时较其他种类机器人具有绝对优势，但在崎岖地形下其越障性能较差，转弯效率低，在复杂地形中容易打滑，抓地性差，行驶不平稳等。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种适应复杂地形的移动机器人底盘，解决上述机器人结构在复杂地形条件下运动的问题。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种适应复杂地形的移动机器人底盘，包括车架、前轴、两个前侧同步轮组、两个后侧同步轮组、转向架组、一个俯仰角调整电机、转向电机和两个驱动电机，其中，所述前轴两侧分别通过第一轴承与车架的前端相连，所述两个前侧同步轮组通过前轴销分别连接在前轴两端，且两个前侧同步轮组之间设有转向架组，所述转向电机安装在前轴中间位置，且与转向架组连接，所述俯仰角调整电机固定在车架前端，且通过固定在俯仰角调整电机轴上的齿轮与安装在前轴上的齿轮啮合传动，两个后侧同步轮组通过第二轴承与车架后端配合安装，且位于车架两侧，两个后侧同步轮组分别与固定在车架后端上的两个驱动电机驱动连接。
优选地，所述转向架组包括两个转向架球副槽、两个球副转向杆和一个球副转向架连接器，所述两个转向架球副槽分别设置在两侧的前侧同步轮组的内侧，所述两个球副转向杆的一端分别通过球副与一个转向架球副槽连接，另一端分别连接在球副转向架连接器两侧，所述转向电机通过转向电机轴套与球副转向架连接器连接。
优选地，所述前侧同步轮组包括前轮组槽、前槽盖、两个前轮从动轴、两个前惰轮、前轮同步带、两个前轮法兰和两个前车轮，所述前轮组槽为倒V型结构，所述两个前惰轮上下安装在前轮组槽的顶点处，所述两个前轮从动轴对称安装在前轮组槽两侧底部，且位于前惰轮两侧，所述两个前车轮分别通过前轮法兰安装在两个前轮从动轴上，所述前轮同步带套接在两个前轮从动轴和两个前惰轮上，形成同步传动，所述前槽盖与前轮组槽配合安装。
优选地，所述后侧同步轮组包括后轮组槽、后槽盖、两个后轮从动轴、后轮主动轴、一个后惰轮、后轮同步带、两个后轮法兰和两个后车轮，所述后轮组槽为倒V型结构，所述后轮主动轴和后惰轮上下安装在后轮组槽的顶点处，且后轮主动轴位于后惰轮上方，所述两个后轮从动轴对称安装在后轮组槽两侧底部，且位于后惰轮两侧，所述两个后车轮分别通过后轮法兰安装在两个后轮从动轴上，所述后轮同步带套接在两个从动轴、后惰轮和后轮主动轴上，形成同步传动，所述后槽盖与后轮组槽配合安装，所述后轮主动轴与固定在车架上的驱动电机驱动连接。
优选地，所述车架为独立的拱门形车架，所述车架顶端设有若干不同尺寸的卡槽，以便对底盘进行拓展和固定。
有益效果：本发明提供一种适应复杂地形的移动机器人底盘，共计八个车轮，增加了移动机器人的负重性能，车体行驶由两个独立的驱动电机驱动后方两个同步轮组，在复杂地形中两侧轮组的运动互不干扰，独立驱动，提高了车体的抓地性。此外，设置在车体前侧的两个同步轮组，负责车体转向和俯仰角调整，提高了车体转弯效率以及在崎岖路面的适应性，具有较好的实用性。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图；
图2 是本发明的车架卡槽结构示意图；
图3 是前轴及转向架结构示意图；
图4 是后侧同步轮组安装示意图；
图5 是前侧同步轮组一侧面结构设计示意图；
图6是前侧同步轮组另一侧面结构设计示意图；
图7是后侧同步轮组一侧面结构设计示意图；
图8是后侧同步轮组另一侧面结构设计示意图；
图9是前侧转向轮组的转向架结构示意图。
图中：车架1、卡槽1-1、前轴2、前侧同步轮组3、前轮组槽3-1、前轮从动轴3-2、前惰轮3-3、前轮同步带3-4、前轮法兰3-5、前车轮3-6、前轴销槽3-7、转向架球副槽3-8、后侧同步轮组4、后轮组槽4-1、后轮从动轴4-2、后轮主动轴4-3、后惰轮4-4、后轮同步带4-5、后轮法兰4-6、后车轮4-7、第二轴承4-8、转向架组5、球副转向架连接器5-1、球副转向杆5-2、转向电机轴套5-3、俯仰角调整电机6、转向电机7、驱动电机8、第一轴承9、前轴销10、齿轮11。
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中的技术方案，下面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。
下面结合附图对本发明的技术方案做了进一步的详细说明：
一种适应复杂地形的移动机器人底盘，包括车架1、前轴2、两个前侧同步轮组3、两个后侧同步轮组4、转向架组5、一个俯仰角调整电机6、转向电机7和两个驱动电机8，其中，所述前轴2两侧分别通过第一轴承9与车架1的前端相连，所述两个前侧同步轮组3通过前轴销10分别连接在前轴2两端，且两个前侧同步轮组3之间设有转向架组5，所述转向电机7安装在前轴10中间位置，且与转向架组5连接，所述俯仰角调整电机6固定在车架1前端，且通过固定在俯仰角调整电机轴上的齿轮（图中未画出。属于常规技术手段）与安装在前轴上的齿轮11啮合传动，两个后侧同步轮组4通过第二轴承4-8与车架1后端配合安装，且位于车架1两侧，两个后侧同步轮组4分别与固定在车架1后端上的两个驱动电机8驱动连接。
优选地，所述转向架组5包括两个转向架球副槽3-8、两个球副转向杆5-2和一个球副转向架连接器5-1，所述两个转向架球副槽3-8分别设置在两侧的前侧同步轮组3的内侧，所述两个球副转向杆5-2的一端分别通过球副与转向架球副槽3-8连接，另一端分别连接在球副转向架连接器5-1两侧，所述转向电机7通过转向电机轴套5-3与球副转向架连接器5-1连接。
优选地，所述前侧同步轮组3包括前轮组槽3-1、前槽盖、两个前轮从动轴3-2、两个前惰轮3-3、前轮同步带3-4、两个前轮法兰3-5和两个前车轮3-6，所述前轮组槽3-1为倒V型结构，所述两个前惰轮3-3上下安装在前轮组槽3-1的顶点处，所述两个前轮从动轴3-2对称安装在前轮组槽3-1两侧底部，且位于前惰轮3-3两侧，所述两个前车轮3-6分别通过前轮法兰3-5安装在两个前轮从动轴3-2上，所述前轮同步带3-4套接在两个前轮从动轴3-2和两个前惰轮3-3上，形成同步传动，所述前槽盖与前轮组槽3-1配合安装。
优选地，所述后侧同步轮组包括后轮组槽4-1、后槽盖、两个后轮从动轴4-2、后轮主动轴4-3、一个后惰轮4-4、后轮同步带4-5、两个后轮法兰4-6和两个后车轮4-7，所述后轮组槽4-1为倒V型结构，所述后轮主动轴4-3和后惰轮4-4上下安装在后轮组槽4-1的顶点处，且后轮主动轴4-3位于后惰轮4-4上方，所述两个后轮从动轴4-2对称安装在后轮组槽4-1两侧底部，且位于后惰轮4-4两侧，所述两个后车轮4-7分别通过后轮法兰4-6安装在两个后轮从动轴4-2上，所述后轮同步带4-5套接在两个从动轴4-2、后惰轮4-4和后轮主动轴4-3上，形成同步传动，所述后槽盖与后轮组槽4-1配合安装，所述后轮主动轴4-3与固定在车架1上的驱动电机8驱动连接。
优选地，所述车架1为独立的拱门形车架，所述车架1顶端设有若干不同尺寸的卡槽1-1，以便对底盘进行拓展和固定。
本发明的工作原理如下：
本发明中，底盘为一个独立的拱门型车架，车架1由四个独立的轮组结构支撑（包括两个前侧同步轮组3和两个后侧同步轮组4），其中，前端的前侧同步轮组3与转向架组5、俯仰角调整电机6、转向电机7共同组成方向和俯仰角控制系统，后端的两个后侧同步轮组4各有一个用于独立驱动的驱动电机8。前侧同步轮组3通过前轴销10与前轴2两端固定（前轴销10安装在前侧同步轮组3内侧的前轴销槽3-7内），前轴2通过位于前轴2上的两个第一轴承9-1与车架1固定，如图1所示；转向电机7通过转向电机轴套5-3连接在球副转向架连接器5-1中间，球副转向架连接器5-1两端分别连接一根球副转向杆5-2的一端，两根球副转向杆5-2的另一端分别和两侧前轮组槽3-1内侧的转向架球副槽3-8连接，实现转向控制；两个后侧同步轮组4通过第二轴承4-8与车架1连接，两个驱动电机8与车架1后端固定并分别与两个后侧同步轮组4的后轮主动轴4-3驱动连接，为后轮主动轴4-3提供动力。
移动机器人前进时，车架1后端的两个驱动电机8分别驱动带动后侧同步轮组4转动，从而驱动车体向前移动，安装在前轴2的转向电机7和固定在车架1上的俯仰角调整电机6根据电信号做出前侧姿态调整，实现转弯，俯仰角调整。
转弯时，转向电机7接收信号驱动转向架组执行左（右）侧转向动作时，转向电机7向着左（右）方向转动对应角度，使得与转向电机7主轴相连的球副转向架连接器5-1左（右）移，从而驱动与前侧同步轮组3的球副转向杆5-2推拉前侧同步轮组3实现前侧同步轮组绕前轴2的前轴销10的转动。同时两个后侧同步轮组4使用差速转弯，实现移动机器人的整体转弯。
爬坡时，俯仰角调整电机6接收电信号，通过齿轮传动驱动前轴6带动前侧同步轮组3的前侧同步轮组的前轮（前侧同步轮组中在前进方向上位于前方的那个前车轮）抬升，适应前方路面，实现车体的爬坡调整。
倒退时，驱动电机8转动方向与前进时相反，带动后轮向后倒退，同时，转向电机7做出与倒退转弯方向相反的动作保证倒退转弯正常。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种适应复杂地形的移动机器人底盘，其特征在于：包括车架、前轴、两个前侧同步轮组、两个后侧同步轮组、转向架组、一个俯仰角调整电机、转向电机和两个驱动电机，其中，所述前轴两侧分别通过第一轴承与车架的前端相连，所述两个前侧同步轮组通过前轴销分别连接在前轴两端，且两个前侧同步轮组之间设有转向架组，所述转向电机安装在前轴中间位置，且与转向架组连接，所述俯仰角调整电机固定在车架前端，且通过固定在俯仰角调整电机轴上的齿轮与安装在前轴上的齿轮啮合传动，两个后侧同步轮组通过第二轴承与车架后端配合安装，且位于车架两侧，两个后侧同步轮组分别与固定在车架后端上的两个驱动电机驱动连接。
2.根据权利要求1所述的一种适应复杂地形的移动机器人底盘，其特征在于，所述转向架组包括两个转向架球副槽、两个球副转向杆和一个球副转向架连接器，所述两个转向架球副槽分别设置在两侧的前侧同步轮组的内侧，所述两个球副转向杆的一端分别通过球副与一个转向架球副槽连接，另一端分别连接在球副转向架连接器两侧，所述转向电机通过转向电机轴套与球副转向架连接器连接。
3.根据权利要求2所述的一种适应复杂地形的移动机器人底盘，其特征在于，所述前侧同步轮组包括前轮组槽、前槽盖、两个前轮从动轴、两个前惰轮、前轮同步带、两个前轮法兰和两个前车轮，所述前轮组槽为倒V型结构，所述两个前惰轮上下安装在前轮组槽的顶点处，所述两个前轮从动轴对称安装在前轮组槽两侧底部，且位于前惰轮两侧，所述两个前车轮分别通过前轮法兰安装在两个前轮从动轴上，所述前轮同步带套接在两个前轮从动轴和两个前惰轮上，形成同步传动，所述前槽盖与前轮组槽配合安装。
4.根据权利要求2所述的一种适应复杂地形的移动机器人底盘，其特征在于，所述后侧同步轮组包括后轮组槽、后槽盖、两个后轮从动轴、后轮主动轴、一个后惰轮、后轮同步带、两个后轮法兰和两个后车轮，所述后轮组槽为倒V型结构，所述后轮主动轴和后惰轮上下安装在后轮组槽的顶点处，且后轮主动轴位于后惰轮上方，所述两个后轮从动轴对称安装在后轮组槽两侧底部，且位于后惰轮两侧，所述两个后车轮分别通过后轮法兰安装在两个后轮从动轴上，所述后轮同步带套接在两个后轮从动轴、后惰轮和后轮主动轴上，形成同步传动，所述后槽盖与后轮组槽配合安装，所述后轮主动轴与固定在车架上的驱动电机驱动连接。
5.根据权利要求2所述的一种适应复杂地形的移动机器人底盘，其特征在于，所述车架为独立的拱门形车架，所述车架顶端设有若干不同尺寸的卡槽，以便对底盘进行拓展和固定。
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