CN109774396A - 一种移动机器人独立悬架结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动机器人独立悬架结构，应用于中大型独立驱动轮式移动机器人的悬架系统。悬架需具有良好的结构性能与减振性能，可有效降低移动机器人行驶过程中的振动，并使残余振动迅速衰减，各驱动轮在行驶过程中不会受到其他驱动轮的振动干扰，提升移动机器人行驶过程中的平顺性，对机器人上所搭载的精密元器件起到保护作用。同时要求悬架结构简单可靠，拥有较长的悬架动行程，可实现机器人变角度动力传递，以便机器人搭载大功率电机，使移动机器人具有较强的动力性能与越障能力。装配有此悬架结构的移动机器人可工作在相对恶劣的场景中，保障机上搭载的所有精密元器件正常工作，扩大移动机器人的应用场景。

Description

一种移动机器人独立悬架结构

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，尤其涉及一种移动机器人横臂式独立悬架结构。

背景技术

工业自动化和机械化的发展使得大量机器人应用于人类的社会生活和生产之中，它的任务是协助或取代人类工作的工作，起初多应用在一些结构化工作环境中，例如生产业、建筑业等。随着新型产业的兴起，对于机器人的移动能力有了更高的要求，因此移动机器人在社会的生产与生活中扮演着愈发重要的角色。

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用，移动机器人技术已经得到世界各国的普遍关注。在机器人自主化与智能化的发展趋势下，移动机器人开始搭载各类高精度传感器与决策芯片等精密元器件，尤其像视觉传感器及智能芯片等，此类设备对于机器人移动过程中产生的振动较为敏感，实际工作性能与使用耐久度受振动影响较大，因此移动机器人的减振性能开始受到研究者们的重视。为移动机器人增加悬架结构可使机器人作业过程的振动有效减小并迅速衰减，从而保证其上所搭载的精密仪器可以正常工作。国内外的研究者们围绕移动机器人悬架结构已经开展了部分研究工作，集中在工作场景简单的小型或非独立驱动移动机器人上，所设计的悬架大多结构复杂、实际减振效果较差，未能满足智能移动机器人的减振需求。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种移动机器人独立悬架结构，应用于中大型独立驱动轮式移动机器人的悬架系统。悬架需具有良好的结构性能与减振性能，可有效降低移动机器人行驶过程中的振动，并使残余振动迅速衰减，各驱动轮在行驶过程中不会受到其他驱动轮的振动干扰，提升移动机器人行驶过程中的平顺性，对机器人上所搭载的精密元器件起到保护作用。同时要求悬架结构简单可靠，拥有较长的悬架动行程，可实现机器人变角度动力传递，以便机器人搭载大功率电机，使移动机器人具有较强的动力性能与越障能力。装配有此悬架结构的移动机器人可工作在相对恶劣的场景中，保障机上搭载的所有精密元器件正常工作，扩大移动机器人的应用场景。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种移动机器人独立悬架结构，包括结构设计与优化。

此移动机器人悬架采用横臂结构，包括悬架侧板，悬架侧板分为壳体处悬架侧板和轮毂处悬架侧板；壳体处悬架侧板上设计有横臂安装座，并开有安装固定孔与轴承安装孔；轮毂处悬架侧板上设计有横臂安装座，并开有轴承安装孔，轴承安装孔同样采用台阶孔结构；两悬架侧板通过上、下横臂相连；上横臂中部开有避震器安装孔，通过螺栓、螺母将避震器与上横臂相连；避震器通过挂装板固定在移动机器人壳体上；移动机器人减速器输出轴通过滚动轴承与悬架相连，轴承与减速器输出轴配合后安装在壳体处悬架侧板上的轴承安装孔内；车轮轴通过滚动轴承与悬架相连，车轮轴与滚动轴承配合后安装在轮毂处悬架侧板上的轴承安装孔内；悬架传动轴通过万向节联轴器分别与减速器输出轴、车轮轴相连；避震器通过挂装板与移动机器人壳体连接。

作为本发明的移动机器人悬架结构的进一步改进：在横臂中部避震器安装孔位置增加台阶结构，消除悬架摆动过程中上横臂与避震器的干涉。

作为本发明的移动机器人悬架结构的进一步改进：优化了挂装板的结构，提升了悬架与机器人壳体连接的可靠性。

作为本发明的移动机器人悬架结构的进一步改进：对横臂进行加厚，并增加连接两悬架侧板的横臂数量，保证避震器与横臂连接的可靠性，提高了悬架的整体强度。

本发明与背景技术相比，具有有益的效果是：

本发明中的移动机器人悬架结构简单，可靠性高，减振性能良好，可有效提升机器人行驶过程中的平顺性，保障机器人的正常工作。横臂式结构结合双侧万向联轴器可以实现机器人变角度动力传递，在减速器输出轴的轴线与悬架传动轴的轴线不重合的工况下保证了移动机器人的正常运行，适用于中大型独立驱动移动机器人；装配有此悬架结构的移动机器人可以实现电机、减速器等动力部件与车轮之间的非刚性连接，所有动力部件固定安装在机器人壳体上，在机器人行驶过程中不随悬架上下摆动，有效减少动力部件的振动，也为机器人安装大功率电机提供条件。横臂式结构大大降低了悬架结构的复杂程度，同时提供了较高的悬架强度，提升了悬架结构的可靠性，有效增大了悬架动行程，使移动机器人拥有良好的通过性能和越障能力。悬架结构中的弹簧液压阻尼避震器有效减小了机器人运行过程中的振动并使振动快速衰减，保护机器人所搭载的精密元器件不受振动损伤，使所搭载的高精度传感器可以正常工作。此外，机器人行驶在起伏路面时，得益于悬架特殊的平行四边形结构，在悬架上下摆动时车轮始终与地面保持垂直，保证了轮胎与地面的接触面积，提高机器人在复杂路面的附着力。

附图说明

图1是本发明中悬架结构的整体结构示意图。

图2是本发明中悬架结构的侧俯视示意图。

图中：1、壳体处悬架侧板，2、减速器输出轴，3、左轴承，4、上横臂，5、挂装板，6、避震器，7、轮毂处悬架侧板，8、下横臂，9、左万向节联轴器，10、悬架传动轴，11、右万向节联轴器，12、右轴承，13、车轮轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的移动机器人独立悬架结构，包括壳体处悬架侧板1，壳体处悬架侧板1上设置有横臂安装座，并开有安装孔与轴承座孔，轴承座孔采用台阶孔结构；通过螺栓、螺母将壳体处悬架侧板1固定到机器人壳体；移动机器人的减速器输出轴2通过左轴承3与壳体处悬架侧板1相连，左轴承3与减速器输出轴2配合后安装在壳体处悬架侧板1上的轴承座孔内；轮毂处悬架侧板7上设置有横臂安装座，并开有轴承座孔，轴承座孔同样采用台阶孔结构；车轮轴13通过右轴承12与轮毂处悬架侧板7相连，车轮轴13与右轴承12配合后安装在轮毂处悬架侧板7上的轴承座孔内；壳体处悬架侧板1与轮毂处悬架侧板7通过上横臂4、下横臂8相连，上横臂4、下横臂8两端开有通孔，利用螺栓、螺母分别安装在壳体处悬架侧板1和轮毂处悬架侧板7上的横臂安装座处；悬架传动轴10通过左万向节联轴器9与减速器输出轴2相连，通过右万向节联轴器11与车轮轴13相连；上横臂4中部开有通孔，避震器6底部开有安装孔，通过螺栓、螺母将上横臂4与避震器6固定在一起；避震器6上部同样开有安装孔，挂装板5两侧开有通孔，利用螺栓、螺母将避震器6与挂装板5固定在一起；挂装板5顶面开有安装孔，利用螺钉固定在机器人壳体上。

本发明中移动机器人悬架结构的工作原理：

在移动机器人的行驶过程中，当路面出现起伏或可跨越障碍时，由于车轮刚度较大，车轮会相应产生竖直方向的运动。车轮的运动会压缩或拉伸避震器弹簧，使避震器缩短或伸长，可有效减小机器人壳体在竖直方向上的位移，从而减小机器人的振动幅度。同时由于避震器中液压阻尼器的作用，机器人的振动会迅速衰减，从而保证了机器人行驶过程中的平顺性，对移动机器人所搭载的精密元器件起到有效的保护作用，也保证了机器人的正常工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种移动机器人独立悬架结构， 采用横臂结构，包括悬架侧板，悬架侧板分为壳体处悬架侧板（1）和轮毂处悬架侧板（2）；其特征在于：所述壳体处悬架侧板（1）上设置有横臂安装座，并开有安装孔与轴承座孔，轴承座孔采用台阶孔结构；通过螺栓、螺母将壳体处悬架侧板（1）固定到机器人壳体；移动机器人的减速器输出轴（2）通过左轴承（3）与壳体处悬架侧板（1）相连，左轴承（3）与减速器输出轴（2）配合后安装在壳体处悬架侧板（1）上的轴承座孔内；轮毂处悬架侧板（7）上设置有横臂安装座，并开有轴承座孔，轴承座孔同样采用台阶孔结构；车轮轴（13）通过右轴承（12）与轮毂处悬架侧板（7）相连，车轮轴（13）与右轴承（12）配合后安装在轮毂处悬架侧板（7）上的轴承座孔内；壳体处悬架侧板（1）与轮毂处悬架侧板（7）通过上横臂（4）、下横臂（8）相连，上横臂（4）、下横臂（8）两端开有通孔，利用螺栓、螺母分别安装在壳体处悬架侧板（1）和轮毂处悬架侧板（7）上的横臂安装座处。

2.如权利要求1所述的移动机器人独立悬架结构，其特征在于：还包括悬架传动轴（10），悬架传动轴（10）通过左万向节联轴器（9）与减速器输出轴（2）相连，通过右万向节联轴器（11）与车轮轴（13）相连。

3.如权利要求1或2所述的移动机器人独立悬架结构，其特征在于：所述上横臂（4）中部开有通孔，避震器（6）底部开有安装孔，通过螺栓、螺母将上横臂（4）与避震器（6）固定在一起；避震器（6）上部同样开有安装孔，挂装板（5）两侧开有通孔，利用螺栓、螺母将避震器（6）与挂装板（5）固定在一起；挂装板（5）顶面开有安装孔，利用螺钉固定在机器人壳体上。

4.如权利要求3所述的移动机器人独立悬架结构，其特征在于：所述上横臂（4）中部的通孔为台阶结构，消除悬架摆动过程中上横臂与避震器的干涉。

5.如权利要求1所述的移动机器人独立悬架结构，其特征在于：所述上横臂（4）、下横臂（8）作进行加厚处理。