CN109823443A - 一种带有防倾覆结构的机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有防倾覆结构的机器人底盘包含一底盘座体，底盘座体的两侧各安装有一组轮组件；每组轮组件包含一主动轮组件、两从动轮及一翘杆，其中，翘杆的中部铰接在底盘座体上，主动轮组件与两从动轮中有一者直接安装在底盘座体上，另外两者分别安装在翘杆的两端；底盘座体上还安装有可在底盘座体有倾覆趋势时作用于地面的若干组防倾覆结构；防倾覆结构的安装位置偏离于翘杆与底盘座体的相对转动轴。本发明的带有防倾覆结构的机器人底盘通过在底盘座体上增加防倾覆结构，在机器人刹车时，防倾覆结构可抵消大部分机器人刹车时的前倾力矩，有效减少机器人底盘的倾斜角度，从而解决机器人刹车时其底盘倾斜过大甚至倾覆的问题。

Description

一种带有防倾覆结构的机器人底盘

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种带有防倾覆结构的机器人底盘。

背景技术

目前各类自动导航机器人在工业与生活中广泛使用，如搬运机器人、送餐机器人、导览机器人等，市场上常见的机器人的底盘结构较为简单，即采用双主动轮与若干从动轮的结构，这类底盘在使用时，一方面所有轮子不能保证全部着地，另一方面在机器人刹车时整个机器人会有较为剧烈的摇晃，有倾覆的危险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种带有防倾覆结构的机器人底盘，旨在防止机器人在刹车时倾斜过大或发生倾覆。

技术方案：为实现上述目的，本发明的带有防倾覆结构的机器人底盘包含一底盘座体，所述底盘座体的两侧各安装有一组轮组件；

每组所述轮组件包含一主动轮组件、两从动轮及一翘杆，其中，所述翘杆的中部铰接在所述底盘座体上，主动轮组件与两从动轮中有一者直接安装在所述底盘座体上，另外两者分别安装在所述翘杆的两端；

所述底盘座体上还安装有可在所述底盘座体有倾覆趋势时作用于地面的若干组防倾覆结构；所述防倾覆结构的安装位置偏离于所述翘杆与所述底盘座体的相对转动轴，且其偏离方向为远离所述底盘座体的中心的方向。

进一步地，所述防倾覆结构包含：

导向杆，其相对于所述底盘座体滑动安装；

滑轮，其转动安装在所述导向杆的下端；及

弹簧，其设置在所述底盘座体与所述导向杆之间，且使所述导向杆具有相对于所述底盘座体向下运动的趋势。

进一步地，所述导向杆上具有第一限位部，所述第一限位部用于限制所述导向杆相对于所述底盘座体的上滑距离。

进一步地，所述导向杆上具有在初始状态下使所述滑轮与地面保持预设间隙的第二限位部。

进一步地，所述导向杆上具有可沿其长度方向调节位置的第三限位部，所述弹簧的两端分别抵住所述底盘座体以及所述第三限位部。

进一步地，初始状态下，所述滑轮与地面接触并与地面之间保持有预压力。

进一步地，所述第一限位部可沿所述导向杆的长度方向调节位置。

进一步地，对于每一组所述轮组件，所述翘杆的两端分别安装所述主动轮组件以及一从动轮，所述主动轮组件位于两个所述从动轮之间。

进一步地，所述主动轮组件包含主动轮本体以及与所述主动轮本体驱动连接的驱动电机，两者均安装在所述翘杆上。

进一步地，所述主动轮本体的转动轴落在所述底盘座体的前后对称中心面上。

有益效果：本发明的带有防倾覆结构的机器人底盘通过在底盘座体上增加防倾覆结构，在机器人刹车时，防倾覆结构可抵消大部分机器人刹车时的前倾力矩，有效减少机器人底盘的倾斜角度，从而解决机器人刹车时其底盘倾斜过大甚至倾覆的问题。

附图说明

附图1为本发明实施例一之带有防倾覆结构的机器人底盘的正视图；

附图2为本发明实施例一之带有防倾覆结构的机器人底盘的侧视图；

附图3为本发明实施例一之防倾覆结构的结构图；

附图4为本发明实施例二之带有防倾覆结构的机器人底盘的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例一

如附图1与附图2所示的带有防倾覆结构的机器人底盘(以下简称“机器人底盘”)，包含一底盘座体1，所述底盘座体1的左右两侧各安装有一组轮组件。

每组所述轮组件包含一主动轮组件2、两从动轮3及一翘杆4，其中，所述翘杆4的中部铰接在所述底盘座体1上，主动轮组件2与两从动轮3中有一者直接安装在所述底盘座体1上，另外两者分别安装在所述翘杆4的两端。

该机器人底盘采用6轮结构，其具有较好的支撑性，且该机器人底盘相比于现有技术的6轮底盘，其具有明显的优点，即：其在一般的运行环境中(平面度没有经过专门处理的平地上)，可保证其6轮均能有效着地，不会出现主动轮或从动轮被架空的情形。具体原理为：以一侧的轮组件为例，首先，将翘杆4以及安装在其两端的轮子(此处的轮子是主动轮组件2也与从动轮3的统称，可指代主动轮组件2也可指代从动轮3)视为一个参照组件，则直接安装在底盘座体1上的轮子可视作通过底盘座体1铰接在参照组件上，由于底盘座体1的重力作用，直接安装在底盘座体1上的轮子肯定能一直着地；然后，以底盘座体1为参照，由于翘杆4相对于底盘座体1转动安装，因此翘杆4可根据地面状况自适应转动使其两端的轮子都着地。

所述底盘座体1上还安装有可在所述底盘座体1有倾覆趋势时作用于地面的两组防倾覆结构5；所述防倾覆结构5的安装位置偏离于所述翘杆4与所述底盘座体1的相对转动轴，且其偏离方向为远离所述底盘座体1的中心的方向。同时，翘杆4与所述底盘座体1的相对转动轴偏离于底盘座体1的前后中心，偏离方向为远离直接安装在所述底盘座体1的那个轮子的方向。这种布局可使6个轮子的前后布局较为合理，底盘座体1的前后两侧均有支撑点，对搭载机器人底盘的机器人的其他结构具有平稳的支撑性。

如附图3所示，所述防倾覆结构5包含导向杆51、滑轮52、弹簧53，其中导向杆51安装在底盘座体1上，且可相对于底盘座体1滑动，优选地其滑动方法为竖直方向；滑轮52转动安装在所述导向杆51的下端；弹簧53串套在导向杆51上，其两端分别抵住底盘座体1与导向杆51上的一个挡肩，且使所述导向杆51具有相对于所述底盘座体1向下运动的趋势。

对于搭载本发明的机器人底盘的机器人，在其正常前进方向上，直接安装在底盘座体1上的轮子位于底盘座体1后侧，防倾覆结构5位于底盘座体1前侧，其进行急刹车时，由于其重心较高会产生倾覆力矩，导致机器人本体连带底盘座体1以翘杆4与底盘座体1的铰接中心为转动中心向前转动倾倒，由于存在防倾覆结构5，且防倾覆结构5的安装位置偏离翘杆4与底盘座体1的铰接中心轴，因此机器人本体因为倾覆力矩向前转动时，会使滑轮5与地面接触的作用力变大而使导向杆51相对于底盘座体1向上滑动使弹簧53产生形变，从而弹簧53可以以更大作用力反作用于底盘座体1，抵消其倾覆力矩，达到防倾覆的目的，此外，弹簧53还起到缓冲吸震的作用。

上述技术方案虽然可防止机器人倾覆，但仍然可能存在机器人运动速度过快导致急刹车时机器人的倾斜角度较大的问题，为了避免该问题，所述导向杆51上具有第一限位部54，所述第一限位部54用于限制所述导向杆51相对于所述底盘座体1的上滑距离，当机器人向前倾斜使弹簧53变形到一定程度，导向杆51上的第一限位部54与底盘座体1接触，导向杆51无法再继续相对于底盘座体1上滑，弹簧53到达压缩最大量，此时将由第一限位部54与底盘座体1之间的接触抵消剩余的倾覆力矩，为了缓解机械冲击，底盘座体1上可能与第一限位部54接触的位置安装有橡胶垫片等缓震元件。更近一步地，为了使机器人的最大可允许倾斜角度可调节，第一限位部54可相对于导向杆51在其长度方向调节位置，具体地，导向杆51外侧设置有螺纹，第一限位部54为螺母，通过转动第一限位部54即可调节其位置。为了防止第一限位部54相对于导向杆51松动产生位移，可使用另外一个螺母抵住第一限位部54形成双螺母锁定。当然第一限位部54也可以是其他可调节形式。

上述防倾覆结构5的滑轮52在初始状态下可以与地面之间具有一定的初始间隙，也可以与地面接触并保持一定预压。

在第一种实施例中，所述导向杆51上具有在初始状态下使所述滑轮52与地面保持预设间隙的第二限位部55，导向杆51穿过底盘座体1且第二限位部55位于底盘座体1的上侧，如此可使滑轮52与地面保持一定间隙，且此状态下，弹簧53具有一定的预压缩量，当机器人由于倾覆力矩向前倾时，底盘座体1的向前翻转运动先使滑轮52与地面接触，再使导向杆51相对其上滑使弹簧53继续产生形变，从而弹簧53的反作用力可逐渐抵消倾覆力矩。此外，为了使得滑轮52与地面的初始预设间隙可根据需要调节，第二限位部55可相对于导向杆51调节位置，具体方法为：导向杆51的外表面设有螺纹，第二限位部55为螺母，通过转动第二限位部55即可调节其位置。为了防止第二限位部55相对于导向杆51松动产生位移，可使用另外一个螺母抵住第二限位部55形成双螺母锁定。当然第二限位部55也可以是其他可调节形式。

在第二种实施例中，所述滑轮52与地面接触并与地面之间保持有预压力，此时也可包含第二限位部55，只不过第二限位部55不与底盘座体1接触。

在上述两者实施方式中，弹簧53在初始状态下均保持有一定的预压缩量，由于机器人的自身情况不明确，有时需要根据使用情况调节防倾覆结构5的刚性，也即调节弹簧53的预压缩量，为了解决该问题，所述导向杆51上具有可沿其长度方向调节位置的第三限位部56，所述弹簧53的两端分别抵住所述底盘座体1以及所述第三限位部56。具体地，导向杆51的外表面设有螺纹，第三限位部56为螺母，通过转动第三限位部56即可调节其位置。为了防止第三限位部56相对于导向杆51松动产生位移，可使用另外一个螺母抵住第三限位部56形成双螺母锁定。当然第三限位部56也可以是其他可调节形式。

作为优选，对于每一组所述轮组件，所述翘杆4的两端分别安装所述主动轮组件2以及一从动轮3，所述主动轮组件2位于两个所述从动轮3之间。所述主动轮本体21的转动轴落在所述底盘座体1的前后对称中心面上，且同一轮组件的两个从动轮3与主动轮本体21之间的间距相等，翘杆4与底盘座体1之间的铰接位置大概位于底盘座体1前后方向的前侧四分之一位置。如此，主动轮本体21位于底盘座体1的前后方向的中部位置，通过控制两个主动轮本体21进行差速转动，可使底盘结构整体在原地回转，减少底盘结构转弯所需的空间，使得搭载该底盘结构的机器人可在小的过道中运动。

所述主动轮组件2包含主动轮本体21以及与所述主动轮本体21驱动连接的驱动电机22，两者均安装在所述翘杆4上。驱动电机22与主动轮本体21的自重有利于使主动轮本体21与地面充分接触并保证摩擦力，保证底盘结构的行走精度。所述从动轮3均为万向轮。

实施例二

如附图4所示的带有防倾覆结构的机器人底盘(以下简称“机器人底盘”)，包含一底盘座体1，所述底盘座体1的左右两侧各安装有一组轮组件。

每组所述轮组件包含一主动轮组件2、两从动轮3及一翘杆4，其中，所述翘杆4的中部铰接在所述底盘座体1上，主动轮组件2与两从动轮3中有一者直接安装在所述底盘座体1上，另外两者分别安装在所述翘杆4的两端。

所述底盘座体1上还安装有可在所述底盘座体1有倾覆趋势时作用于地面的若干组防倾覆结构5；所述防倾覆结构5的安装位置偏离于所述翘杆4与所述底盘座体1的相对转动轴，且其偏离方向为远离所述底盘座体1的中心的方向。

其中，防倾覆结构5的结构与实施例一相同，此处不再赘述。

与实施例一所不同的是，直接安装在所述底盘座体1上的轮子可相对于底盘座体1弹性浮动，具体地，直接安装在所述底盘座体1上的轮子通过浮动座6安装在底盘座体1上，浮动座6可相对于底盘座体1作滑动运动，且浮动座6与底盘座体1之间具有压簧7，压簧7使浮动座6具有远离底盘座体1运动的趋势。优选地，浮动座6上具有在初始状态下抵住底盘座体1的挡块61，使得浮动座6只能在浮动弹簧7的作用下相对于底盘座体1向下运动，在正常行驶状态下保证轮子对底盘座体1的支撑性。

采用上述结构的效果是：当机器人底盘的底盘座体1由于倾覆力矩向前转动翻转(转动中心为翘杆4与底盘座体1的铰接中心)时，底盘座体1在防倾覆结构5完全抵消倾覆力矩之前会有一定的转动角度，而由于浮动座6可相对于底盘座体1弹性浮动，因此，浮动座6上的轮子全程不会离开地面，且在底盘座体1由于重力回转的过程中可以缓冲吸震，减少对整个机器人底盘的震动冲击。若没有浮动座6，轮子直接刚性连接在底盘座体1上，底盘座体1由于重力回转时至与地面接触时有较大的震动冲击。

本实施例中其他未述及结构、可变化形式及功用与实施例一相同，此处不多赘述。

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 (10)

1.一种带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，包含一底盘座体，所述底盘座体的两侧各安装有一组轮组件；

每组所述轮组件包含一主动轮组件、两从动轮及一翘杆，其中，所述翘杆的中部铰接在所述底盘座体上，主动轮组件与两从动轮中有一者直接安装在所述底盘座体上，另外两者分别安装在所述翘杆的两端；

所述底盘座体上还安装有可在所述底盘座体有倾覆趋势时作用于地面的若干组防倾覆结构；所述防倾覆结构的安装位置偏离于所述翘杆与所述底盘座体的相对转动轴，且其偏离方向为远离所述底盘座体的中心的方向。

2.由权利要求1所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述防倾覆结构包含：

导向杆，其相对于所述底盘座体滑动安装；

滑轮，其转动安装在所述导向杆的下端；及

弹簧，其设置在所述底盘座体与所述导向杆之间，且使所述导向杆具有相对于所述底盘座体向下运动的趋势。

3.由权利要求2所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述导向杆上具有第一限位部，所述第一限位部用于限制所述导向杆相对于所述底盘座体的上滑距离。

4.由权利要求2所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述导向杆上具有在初始状态下使所述滑轮与地面保持预设间隙的第二限位部。

5.由权利要求2所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述导向杆上具有可沿其长度方向调节位置的第三限位部，所述弹簧的两端分别抵住所述底盘座体以及所述第三限位部。

6.由权利要求2所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，初始状态下，所述滑轮与地面接触并与地面之间保持有预压力。

7.由权利要求3所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述第一限位部可沿所述导向杆的长度方向调节位置。

8.由权利要求1所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，对于每一组所述轮组件，所述翘杆的两端分别安装所述主动轮组件以及一从动轮，所述主动轮组件位于两个所述从动轮之间。

9.由权利要求8所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述主动轮组件包含主动轮本体以及与所述主动轮本体驱动连接的驱动电机，两者均安装在所述翘杆上。

10.由权利要求8所述的带有防倾覆结构的机器人底盘，其特征在于，所述主动轮本体的转动轴落在所述底盘座体的前后对称中心面上。