CN109515553B - 运输机器人及其车体 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种运输机器人及其车体。该车体包括：车体本体，多个均安装在所述车体本体的上部的悬臂组件以及多个与所述悬臂组件一一对应相连的车轮组件；所述悬臂组件均包括第一臂架，分别铰接于所述车轮组件和所述车体本体；设置在所述第一臂架下方的第二臂架，分别铰接于所述车轮组件和所述车体本体；以及安装在所述车体本体上的伸缩机构，用于驱动所述第一臂架摆动；其中，所述车轮组件用于沿地面行走。这种运输机器人在行走时能主动调整车轮组件的高度来适应不平的路面，使得运输机器人行走更平稳。

Description

运输机器人及其车体

技术领域

本发明总体来说涉及一种机器人技术，具体而言，涉及一种运输机器人及其车体。

背景技术

目前运输机器人一般对地形要求严格，只能用于平坦的仓库地面，且动作范围有限，自由度低，行动容易受到障碍。在崎岖不平的地面容易对货物造成损坏。尤其是需要将货物垂直升降时，不方便与其他平台对接。运输机器人一般结构简单，不能主动装卸货物，不能与人员有复杂互动。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明所要解决的一个技术问题为如何使得运输机器人能在不平的路面上越过路面上的障碍。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种车体，其包括：车体本体，多个均安装在所述车体本体的上部的悬臂组件以及多个与所述悬臂组件一一对应相连的车轮组件；所述悬臂组件均包括第一臂架，分别铰接于所述车轮组件和所述车体本体；设置在所述第一臂架下方的第二臂架，分别铰接于所述车轮组件和所述车体本体；以及安装在所述车体本体上的伸缩机构，用于驱动所述第一臂架摆动；其中，所述车轮组件用于沿地面行走。

根据本发明的一个实施例，所述伸缩机构设置在所述第一臂架与所述车体本体之间，通过驱动所述第一臂架远离所述车轮组件一端而驱动所述第一臂架摆动。

根据本发明的一个实施例，所述悬臂组件还包括一端铰接在所述第一臂架远离所述车轮组的一端且另一端铰接于所述伸缩机构的一端的弹性元件，所述伸缩机构的另一端铰接在所述车体本体上。

根据本发明的一个实施例，所述伸缩机构均缩短到最短时车体本体离地。

根据本发明的一个实施例，所述弹性元件为螺旋弹簧。

根据本发明的一个实施例，所述车体本体包括设置在其顶部的第一铰接组件，所述第一臂架和所述第二臂架均铰接于所述第一铰接组件；

所述第一臂架分别与所述第一铰接组件和所述车轮组件相铰接的两个铰接点相连后形成一段线段，

所述第二臂架分别与所述第一铰接组件和所述车轮组件相铰接的两个铰接点相连后形成一段线段，

这两段线段相互平行且长度相等。

根据本发明的一个实施例，所述第一臂架和所述第二臂架为条形。

根据本发明的一个实施例，所述车轮组件包括与所述第一臂架和第二臂架相铰接的转向执行器，包括向下延伸的第一主轴；连接于所述第一主轴的转向架；安装在所述转向架上的行走执行器，包括垂直于所述第一主轴延伸的第二主轴，套装在所述第二主轴上的车轮。

根据本发明的一个实施例，所述车轮的中部设置有凹陷，所述行走执行器安装在所述凹陷内。

根据本发明的一个实施例，所述第一主轴的轴线过所述车轮的中心。

根据本发明的一个实施例，所述车体还包括设置在所述车体本体的顶部的车斗。

根据本发明的一个实施例，所述悬臂组件和所述车轮组件均设置有四个。

根据本发明的一个实施例，所述车体还包括设置在所述车体本体上且用于观察路面状况的摄像机。

根据本发明的一个实施例，所述车体还包括设置在所述车体本体上的姿态传感器，根据所述姿态传感器获取的三维姿态方位数据实时调整各个车轮组件的高度以使得所述车体本体保持平稳。

本发明的一个实施例还提出了一种运输机器人，其包括如上所述的车体。

根据本发明的一个实施例，所述运输机器人还包括设置在所述车体本体的顶部的双臂机器人。

根据本发明的一个实施例，所述双臂机器人设置在所述车体本体的前端。

由上述技术方案可知，本发明的车体以及包含该车体的运输机器人的优点和积极效果在于：

在正常行走过程中，所有伸缩机构保持伸长状态以保持车体本体处于抬高状态。伸缩机构缩短可以升高车轮组件，如果某个车轮组件前方具有凸出地面的障碍物，则伸缩机构缩短以升高该车轮组件，使得车轮组件的车轮能跨越该障碍物。伸缩机构继续伸长可以降低车轮组件，如果车轮组件的前方具有凹陷，则伸缩机构进一步伸长以降低该车轮组件，使得车轮组件的车轮能持续与凹陷的底部相抵。故，无论运输机器人行走的前方是有障碍物还是有凹陷，都能通过主动升、降车轮来平稳通过。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种运输机器人的主视示意图；

图2是根据一示例性实施方式示出的第一铰接组件的立体示意图；

图3是根据一示例性实施方式示出的一种运输机器人的俯视示意图；

图4是根据一示例性实施方式示出的一种运输机器人的右视示意图；

图5是根据一示例性实施方式示出的一种运输机器人的立体示意图；

图6是根据一示例性实施方式示出的一种运输机器人的轮腿的立体示意图；

图7是图6中所述的轮腿的在另一视角的立体示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、运输机器人；10、车体；11、车体本体；111、第一铰接组件；112、车斗；113、前端；114、后端；115、第一铰接孔；116、第二铰接孔；12、悬臂组件；121、第一臂架；122、第二臂架；123、第一端；124、第二端；125、第三端；126、第四端；13、车轮组件；131、第二铰接组件；132、转向执行器；1321、第一机壳；133、转向架；1331、横臂；1332、竖臂；134、行走执行器；1341、第二机壳；135、车轮；136、第一铰接座；137、第二铰接座；14、摄像机；15、伸缩机构；151、第五端；152、第六端；16、双臂机器人；161、躯干；162、机械臂；164、机械爪；165、活动关节；166、二轴转台；17、弹性元件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1，图1显示了本实施例中的运输机器人1。该运输机器人1包括车体10。

车体10包括车体本体11、多个悬臂组件12以及多个车轮组件13。

参照图2、3，车体本体11包括设置在其顶部的多个第一铰接组件111。车体本体11包括前端113以及与前端113相对的后端114。多个第一铰接组件111分别设置在前端113和后端114的顶部。在本实施例中，第一铰接组件111设置四个，两个第一铰接组件111分别设置在前端113的两侧，另外两个第一铰接组件11分别设置在后端114的两侧。

第一铰接组件111可以是从车体本体11的顶部向上延伸的直杆。第一铰接组件111上设置有第一铰接孔115和第二铰接孔116。第一铰接孔115设置在第二铰接孔116的上方。第一铰接孔115与第二铰接孔116的轴线相互平行。

参照图4和图5，悬臂组件12包括第一臂架121、第二臂架122、弹性元件17以及伸缩机构15。第一臂架121和第二臂架122优选为大致的条状。第一臂架121的长度优选为大于第二臂架122的长度。第一臂架121包括第一端123以及与第一端123相对的第二端124。第二臂架122包括第三端125以及与第三端125相对的第四端126。

伸缩机构15设置在第一臂架121和车体本体11之间。伸缩机构15能主动的伸长或缩短。伸缩机构15可以是推杆电机、气压缸或液压缸。伸缩机构15包括第五端151以及与第五端151相对的第六端152。伸缩机构15的第五端151和第六端152之间的距离能随着伸缩机构15的伸长或缩短而改变。在本实施例中，伸缩机构15为推杆电机，推杆电机包括机壳以及能缩入和伸出机壳的推杆。推杆电机的机壳铰接在车体本体11的顶部。推杆电机的推杆的向上伸出。

弹性元件17设置在伸缩机构15与第一臂架121之间。弹性元件17可以是波纹管或橡胶件，弹性元件17优选为螺旋弹簧。

参照图6和图7，在本实施例中，两个车轮组件13分布设置在车体本体11的前端113的两侧，另外两个车轮组件13分布设置在车体本体11的后端114的两侧。车轮组件13包括第二铰接组件131和车轮135。车轮135设置在第二铰接组件131的下方，能主动行走。第二铰接组件131包括第一铰接座136和第二铰接座137。第一铰接座136位于第二铰接座137的上方。第一铰接座136与第二铰接座137相对固定设置。

悬臂组件12的数量与第一铰接组件111的数量相同，悬臂组件12与第一铰接组件111一一对应设置，悬臂组件12连接于与其相对应的第一铰接组件111。车轮组件13的数量与悬臂组件12的数量相同，车轮组件13与悬臂组件12一一对应设置，车轮组件13与其相对应的悬臂组件12相连接。

在每一悬臂组件12中，弹性元件17的一端铰接于第一臂架121的第一端123，弹性元件17的另一端连接于伸缩机构15的第六端152。

悬臂组件12的第一臂架121、第二臂架122均与车体本体11的第一铰接组件111相互铰接。第一臂架121设置在第二臂架122的上方，第一臂架121两端之间的中部区域通过铰轴铰接于第一铰接组件111的第一铰接孔115，第二臂架122的第三端125通过铰轴铰接于第一铰接组件111的第二铰接孔116。伸缩机构15的第五端151与车体本体11相互铰接。

悬臂组件12的伸缩机构15与车体本体11相铰接。伸缩机构15的第五端151与车体本体11的顶部相互铰接。

悬臂组件12的第一臂架121、第二臂架122均与车轮组件13的第二铰接组件131相互铰接。第一铰接座136与第一臂架121的第二端124相铰接，第二铰接座137与第二臂架122的第四端126相铰接。

由于第一臂架121和第二臂架122均铰接于第一铰接组件111，第一臂架121和第二臂架122又均铰接于第二铰接组件131，第一铰接组件111、第二铰接组件131、第一臂架121和第二臂架122组成一个平面连杆机构，伸缩机构15能驱动该平面连杆机构运动以使得车轮组件上抬和下降。

具体运动过程如下：伸缩机构15伸长，第一臂架121的第一端123相对于车体本体11向上摆，第一臂架121的第二端124相对于车体本体11向下摆，车轮组件13被第二端124带动而相对于车体本体11下降，第二臂架122的第四端126跟随车轮组件13的下降而下摆；伸缩机构15缩短，第一臂架121的第一端123相对于车体本体11向下摆，第一臂架121的第二端124相对于车体本体11向上摆，车轮组件13被第二端124带动而相对于车体本体11上升，第二臂架122的第四端126跟随车轮组件13的上升而上摆。

在正常行走过程中，所有伸缩机构15保持伸长状态以保持车体本体11处于抬高状态。伸缩机构15缩短可以升高车轮组件13，如果某个车轮组件13前方具有凸出地面的障碍物，则伸缩机构15缩短以升高该车轮组件13，使得车轮组件13的车轮135能跨越该障碍物。伸缩机构15继续伸长可以降低车轮组件13，如果车轮组件13的前方具有凹陷，则伸缩机构15进一步伸长以降低该车轮组件13，使得车轮组件13的车轮135能持续与凹陷的底部相抵。故，无论运输机器人行走的前方是有障碍物还是有凹陷，都能通过主动升、降车轮135来平稳通过。

弹性元件17在伸缩机构15正常工作时起到减震的作用。弹性元件17的长度设置成当伸缩机构15缩短到极限时弹性元件17能顶住第一臂架121使得车体本体11能被抬起离地。这样，当伸缩机构15不工作时伸缩机构15缩得最短，弹性元件17顶起第一臂架121的第一端123使得车体本体11不着地，运输机器人1也能够继续行走。

可以理解地，设置有弹性元件17的技术方案为优选的技术方案，也可以去掉弹性元件17将伸缩机构15的第六端152直接与第一臂架121的第一端123相铰接，同样能实现伸缩机构15驱动车轮135升降。

进一步地，车体10还包括设置在车体本体11上的摄像机14。该摄像机优选为深度摄像机，更优选为RGBD Camera。摄像机14可以设置四个，分别设置在车体本体11的前端、后端以及两侧。四个摄像机14可以采集车体本体11周围的图像。运输机器人1可以自动根据该图像判断出周围的路面上是否有障碍/凹陷，并能识别出障碍/凹陷的形态以及与障碍/凹陷之间的距离。运输机器人1根据这些数据可以在车轮135运行到障碍/凹陷上时适当调整车轮135的高度以平稳越过障碍/凹陷。

进一步地，车体10还包括姿态传感器(图中未示出)。姿态传感器设置在车体本体11上。姿态传感器优选设置在车体本体11的中部。姿态传感器用于测量车体本体11的三维姿态方位数据。在运输机器人1的一个车轮135轧到障碍时，运输机器人1还可以根据三维姿态方位数据计算出车体本体11的翻转程度和翻转的方向，从而抬高该车轮135的高度以使得车体本体11平稳。

进一步地，第一臂架121分别与第一铰接组件111和车轮组件13相铰接的两个铰接点相连形成一段线段。与第二臂架122分别与第一铰接组件111和车轮组件13相铰接的两个铰接点相连形成一段线段。这两段线段相互平行且长度相等。

这样，第一铰接组件11、车轮组件13、第一臂架121和第二臂架122连接成一个平行四边形连杆机构，车轮组件13在抬高或者降低时，车轮组件13的姿态可以保持不变，进而使得搬运机器人在行走时更加平稳同时也更加易于实现自动化控制。

进一步地，第一臂架121和第二臂架122为相互平行的杆状结构。这种结构的第一臂架121和第二臂架122更为简单，也更易于组成平行四边形连杆结构。

进一步地，车轮组件13还包括转向执行器132、转向架133和行走执行器134。转向架133、行走执行器134和车轮135均设置在转向执行器132的下方。转向执行器132包括第一机壳1321和第一主轴(图中未示出)。第二铰接组件131设置在转向执行器132上，第二铰接组件131与转向执行器132的第一机壳1321固定连接。

转向执行器132的第一主轴从其第一机壳1321向下伸出。转向架133为刚性支架。转向架133连接于转向执行器132的第一主轴。转向架133包括横臂1331和竖臂1332。横臂1331和竖臂1332可以构造为条形板。横臂1331水平设置。竖臂1332竖直设置。横臂1331的一端连接于转向执行器132的第一主轴，另一端连接于竖臂1332的顶端。行走执行器134包括第二机壳1341和第二主轴(图中未示出)。第二机壳1341安装在竖臂1332的末端，这样，行走执行器134固定安装在转向架133上。行走执行器134的第二主轴从其第二机壳1341伸出，行走执行器134的第二主轴与转向执行器132的第一主轴相互垂直。车轮135安装在行走执行器134的第二主轴上，车轮135与第二主轴同轴设置。行走执行器134驱动车轮135在地面上滚动以带动车体本体11行走。转向执行器132驱动转向架133转动从而改变车轮135的滚动方向而使得车体本体11转向。由于转向执行器132可以360度调节车轮135的滚动方向，这就使得运输机器人1可以全向运动，运输机器人1转向非常灵活。

进一步地，行走执行器134和转向执行器133还均包括设置在其机壳内的电机、减速器和编码器。减速器与电机传动连接。电机输出的转矩通过减速器增大。行走执行器134和转向执行器133的主轴分别为各自减速器的输出轴。编码器用于测量主轴的转动角度。根据行走执行器134的编码器的实时测量结果可以计算出运输机器人1当前的运动速度。根据转向执行器133的编码器的测量结果可以计算出运输机器人1的转向角度。

进一步地，车轮135的一个端面轴向向内凹陷形成凹陷。该凹陷的内壁优选为圆柱面，凹陷内形成圆柱形的空腔。行走执行器134设置在该凹陷内。行走执行器134的第二主轴与该凹陷的底部相连。

行走执行器134设置在凹陷内，行走执行器134不占用额外的空间，车轮组件13的集成度更高、体积更小。

进一步地，转向执行器132的第一主轴的轴线过车轮135的中心。这样，在运输机器人1静止时，车轮135在转向时能原地定点旋转，车轮135转向的阻力更小。

进一步地，运输机器人1还包括双臂机器人16。双臂机器人16设置在车体本体11的顶部。双臂机器人16包括二轴转台166，躯干161和两条机械臂162。二轴转台166设置在车体本体11的顶部。躯干161设置在二轴转台166上。二轴转台166能驱动躯干161绕两个相互垂直的转轴转动以实现躯干161的俯仰和转身。两条机械臂162分别设置在躯干161的顶端两侧。机械臂162与躯干161之间采用转动连接。机械臂162与躯干161之间连接处设置有执行器以实现机械臂162的主动摆动。机械臂162的末端还设置有机械爪164，机械爪164用于抓取货物和/或与外界互动。机械臂162上还设置有一个或多个能主动运动的活动关节165。活动关节165能使得机械臂162主动弯曲，机械臂162更加灵活。

双臂机器人16可以将运输机器人1上的货物卸载下来，以及将地面上的货物搬运到运输机器人1上。由于运输机器人1上设置有双臂机器人16，运输机器人1可以在任何场地装卸货物，运输机器人1装卸货物不依靠外界设备。

双臂机器人16的机械臂162优选为仿生人类手臂，这样双臂机器人16可以进行大多数的人类工作以及与人进行更好的互动。

进一步地，双臂机器人16设置在车体本体11的前端113。车体10还包括车斗112。车斗112设置在车体本体11的顶部。车斗112用于装载货物。车斗112设置在车体本体11的中部。双臂机器人16可以将货物装载在车体本体11的车斗112里，也可以将货物从车斗112内取出。

双臂机器人16设置在车体本体11的前端113，控制车体本体11的前端113的两个伸缩机构15缩短来降低车体本体11的前端113的高度，控制车体本体11后端114的两个伸缩机构15伸长来提升车体本体11后端114的高度，这样双臂机器人16前倾，双臂机器人16的抓取范围更大。

应理解，本实施例中的转向执行器132和行走执行器134可以仅为电机。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本发明的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种车体，其特征在于，包括：车体本体，多个均安装在所述车体本体的上部的悬臂组件以及多个与所述悬臂组件一一对应相连的车轮组件；

所述悬臂组件均包括

第一臂架，分别铰接于所述车轮组件和所述车体本体；

设置在所述第一臂架下方的第二臂架，分别铰接于所述车轮组件和所述车体本体；以及

安装在所述车体本体上的伸缩机构，用于驱动所述第一臂架摆动；

其中，所述车轮组件用于沿地面行走，所述悬臂组件还包括一端铰接在所述第一臂架远离所述车轮组的一端且另一端铰接于所述伸缩机构的一端的弹性元件，所述伸缩机构的另一端铰接在所述车体本体上，所述伸缩机构均缩短到最短时所述车体本体离地。

2.根据权利要求1所述的车体，其特征在于，所述伸缩机构设置在所述第一臂架与所述车体本体之间，通过驱动所述第一臂架远离所述车轮组件一端而驱动所述第一臂架摆动。

3.根据权利要求1所述的车体，其特征在于，所述弹性元件为螺旋弹簧。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的车体，其特征在于，所述车体本体包括设置在其顶部的第一铰接组件，所述第一臂架和所述第二臂架均铰接于所述第一铰接组件；

所述第一臂架分别与所述第一铰接组件和所述车轮组件相铰接的两个铰接点相连后形成一段线段，

所述第二臂架分别与所述第一铰接组件和所述车轮组件相铰接的两个铰接点相连后形成一段线段，

这两段线段相互平行且长度相等。

5.根据权利要求4所述的车体，其特征在于，所述第一臂架和所述第二臂架为条形。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的车体，其特征在于，所述车轮组件包括

与所述第一臂架和第二臂架相铰接的转向执行器，包括向下延伸的第一主轴；

连接于所述第一主轴的转向架；

安装在所述转向架上的行走执行器，包括垂直于所述第一主轴延伸的第二主轴，

套装在所述第二主轴上的车轮。

7.根据权利要求6所述的车体，其特征在于，所述车轮的中部设置有凹陷，所述行走执行器安装在所述凹陷内。

8.根据权利要求6所述的车体，其特征在于，所述第一主轴的轴线过所述车轮的中心。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的车体，其特征在于，所述车体还包括设置在所述车体本体的顶部的车斗。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的车体，其特征在于，所述悬臂组件和所述车轮组件均设置有四个。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的车体，其特征在于，所述车体还包括设置在所述车体本体上且用于观察路面状况的摄像机。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的车体，其特征在于，所述车体还包括设置在所述车体本体上的姿态传感器，

根据所述姿态传感器获取的三维姿态方位数据实时调整各个车轮组件的高度以使得所述车体本体保持平稳。

13.一种运输机器人，其特征在于，包括如权利要求1至12中任一项所述的车体。

14.根据权利要求13所述的运输机器人，其特征在于，所述运输机器人还包括设置在所述车体本体的顶部的双臂机器人。

15.根据权利要求14所述的运输机器人，其特征在于，所述双臂机器人设置在所述车体本体的前端。

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