CN110217068A - 机器人底盘悬挂系统及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人底盘悬挂系统及机器人，机器人底盘悬挂系统包括底盘、转动连接于所述底盘上的第一从动轮组件、一一对应于所述第一从动轮组件的主动轮以及两端分别转动连接一个第一从动轮组件与一个主动轮的悬挂组件，所述第一从动轮组件与所述悬挂组件分别位于所述底盘相背的两侧；所述悬挂组件包括固定于所述底盘上的支撑架、以所述支撑架上为支点转动连接的悬臂以及转动连接于所述悬臂一端的阻尼结构，所述阻尼结构远离所述悬臂的一端转动连接于所述第一从动轮组件，所述悬臂远离所述阻尼结构的一端与所述主动轮固定连接。本发明提供的机器人底盘悬挂系统及机器人，在保证机器人的承载能力的同时，提高了机器人的地面适应性。

Description

机器人底盘悬挂系统及机器人

【技术领域】

本发明涉及轮式机器人领域，尤其涉及一种机器人底盘悬挂系统及机器人。

【背景技术】

移动机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人(单腿式、双腿式和多腿式)、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型。对于轮式移动机器人而言，底盘是整个系统的重要支承部件，用于支承安装轮及悬挂、电机、电池、控制系统、定位、音频等各部件、总成，以及承受电机动力，保证轮式机器人的正常行驶。机器人底盘悬挂系统是机器人底盘与主动轮之间的一切传力连接装置的总称，悬架的主要作用是传递作用在主动轮和底盘之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给底盘的冲击载荷、衰减由此引起的振动、减小货物和底盘本身的动载荷。

目前，对于轮式移动机器人来说，常用的底盘悬挂系统有以下三种：(1)导柱式，其中导柱式悬挂系统是直上直下的，这种方式过坎能力较弱，遇到障碍物时会产生一个非竖直方向上的力，这个力对悬挂系统直上直下的运动会产生一定的阻碍作用；(2)拖曳架式，其中拖曳架式悬挂系统绕一个转轴进行转动，这种方式过坎能力强，结构简单，但是前后过坎能力不一致，转轴在前，则前进过坎能力强，转轴在后，则后退过坎能力强；(3)多边形式，其中多边形式悬挂系统虽然过坎能力强，但结构相对比较复杂。

现有技术中，常用的轮式移动机器人大多采用固定式底盘设计，机器人的底盘在连接行进轮时，行进轮仅仅能够带动底盘移动，在一些工作环境较差的场合，如地面有斜坡不平或小的障碍物时驱动轮无法紧贴地面，从而不能提供一个安全、稳定的行进状态。因此，服务机器人的底盘结构及行进轮往往会影响到其整体的性能，不利于服务机器人顺利的完成相应的工作。

鉴于此，实有必要提供一种新的一种机器人底盘悬挂系统及机器人以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种机器人底盘悬挂系统及机器人，在保证机器人的承载能力的同时，提高了机器人的地面适应性。

为了实现上述目的，本发明提供一种机器人底盘悬挂系统，包括底盘、转动连接于所述底盘上的第一从动轮组件、一一对应于所述第一从动轮组件的主动轮以及两端分别转动连接一个第一从动轮组件与一个主动轮的悬挂组件，其中所述第一从动轮组件与所述悬挂组件分别位于所述底盘相背的两侧。

在一个优选实施方式中，所述第一从动轮组件包括连接头、转动连接于所述转接头的连接板以及固定于所述连接板的第一从动轮；所述底盘上开设有通孔，所述连接头固定连接于所述底盘且部分收容于所述通孔中，所述连接板部分收容于所述通孔，所述第一从动轮穿过通孔与所述连接板固定连接。

在一个优选实施方式中，所述连接头包括固定部及自所述固定部一端延伸形成的第一轴套；所述连接板包括基板及自所述基板一端延伸形成的第二轴套，所述第二轴套对应于所述第一轴套并通过转轴穿过对应的第一轴套与第二轴套实现所述连接板与所述连接头的转动连接。

在一个优选实施方式中，所述连接板还包括自所述基板的边缘延伸形成的卡板；所述底盘上对应所述卡版的位置固定有弹性垫。

在一个优选实施方式中，所述悬挂组件包括支撑架、以所述支撑架上为支点转动连接的悬臂以及转动连接于所述悬臂一端的阻尼结构；所述阻尼结构远离所述悬臂的一端转动连接于所述基板背离所述第二轴套的一端。

在一个优选实施方式中，每个主动轮包括环形转轮及设置于所述转轮内的电机，每个悬臂远离对应阻尼结构的一端与一个主动轮的电机的固定连接。

在一个优选实施方式中，所述电机包括主体部及固定轴，所述主体部呈圆柱状并与所述转轮同轴设置，所述固定轴固定于所述主体部的圆心位置；所述悬臂远离所述阻尼组件的一端开设有第一轴孔，所述固定轴穿过所述第一轴孔并与所述第一轴孔卡持固定连接。

在一个优选实施方式中，所述固定轴远离所述主体部的一端固定有卡位结构。

在一个优选实施方式中，所述底盘的相背两侧开设有用于放置所述主动轮的卡口；所述支撑架固定于所述底盘上且位于所述通孔与所述卡口之间。

一种机器人，包括如所述的机器人底盘悬挂系统。

本发明提供的机器人底盘悬挂系统，通过悬挂组件连接所述第一从动轮组件与主动轮，一方面使得所述主动轮能够根据所述第一从动轮的转动及时调整所述主动轮轴心相对所述底盘的距离，另一方面使得所述主动轮轴心相对所述底盘的距离改变时不影响所述第一从动轮的状态，进而稳定所述底盘平衡。本发明提供的机器人底盘悬挂系统，在保证机器人的承载能力的同时，提高了机器人的地面适应性。

【附图说明】

图1为本发明提供的机器人底盘悬挂系统的立体图。

图2为图1所示的机器人底盘悬挂系统的分解图。

图3为图2所示的机器人底盘悬挂系统中第一从动轮组件、主动轮及悬挂组件的连接示意图。

图4为图3所示的第一从动轮组件的分解图。

图5为图3所示的悬挂组件的分解图。

图6为图3所示的主动轮的立体图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

请参照图1至图3本发明提供一种机器人底盘悬挂系统100，包括底盘10、转动连接于所述底盘10上的第一从动轮组件20、一一对应于所述第一从动轮组件20的主动轮30以及两端分别转动连接一个第一从动轮组件20与一个主动轮30的悬挂组件40，其中所述第一从动轮组件20与所述悬挂组件40分别位于所述底盘10相背的两侧；所述悬挂组件40包括固定于所述底盘上的支撑架41、以所述支撑架41上为支点转动连接的悬臂42以及转动连接于所述悬臂一端的阻尼结构43，所述阻尼结构43远离所述悬臂42的一端转动连接于所述第一从动轮组件10，所述悬臂42远离所述阻尼结构43的一端与所述主动轮30固定连接。

本实施方式中，所述第一从动轮组件20的数量为两个，对应的，所述主动轮30及所述悬挂组件40的数量均为两个。

请一并参照图4，具体的，所述第一从动轮组件20包括连接头21、转动连接于所述转接头21的连接板22以及固定于所述连接板22的第一从动轮23。其中所述底盘10上开设有通孔11，所述连接头21固定连接于所述底盘10且部分收容于所述通孔11中，所述连接板22部分收容于所述通孔11，所述第一从动轮23穿过通孔11与所述连接板22固定连接。所述连接板22能够以所述连接头21为轴心转动，进而带动所述第一从动轮23向靠近所述底盘10的方向运动，改变所述第一从动轮23相对所述底盘10的位置。换句话讲，当所述第一从动轮23需要越过障碍譬如防滑带时，所述第一从动轮23在所述连接板22的作用下能够被抬高，进而能够保证所述底盘10的重心在一定的范围内移动。

更进一步的，所述连接头21包括固定部211及自所述固定部211一端延伸形成的第一轴套212。所述固定部211呈“L”形并包括互相垂直连接的第一固定部2111与所述第二固定部2112，其中所述第一轴套212连接于所述第二固定部2112背离所述第一固定部2111的表面。所述第一轴套212收容于所述通孔11中，所述第一固定部2111抵接于所述底盘10并通过固定件譬如螺钉与所述底盘10固定连接，且所述第二固定部2112背离所述第一轴套212的表面抵接于所述通孔11的边缘。也即所述连接头21一方面与所述底盘10卡持固定，另一方面与所述通孔11边缘卡持，使得所述连接头21与所述底盘10的固定更牢靠。

所述连接板22包括基板221及自所述基板221一端延伸形成的第二轴套222，所述第二轴套222对应于所述第一轴套212并通过转轴穿过对应的第一轴套212与第二轴套222，实现所述连接板22与所述连接头21的转动连接。

所述连接板22还包括自所述基板221的边缘延伸形成的卡板223。所述基板221部分收容于所述通孔11中并能够以所述连接头21转动，所述卡板223能够抵接于所述通孔11的边沿，用于限制所述基板223的转动方向，防止所述第一从动轮23远离所述底盘10。更进一步的，所述卡板223的数量为两个，所述两个卡板223自所述基板221相背的两个边缘延伸而成。所述底盘10上对应所述卡版223的位置固定有弹性垫12，用于缓冲所述卡板223抵靠所述底盘10时的冲击，保护所述底盘10与所述连接板22。

请一并参照图5及图6，所述悬挂组件40包括支撑架41、以所述支撑架41上为支点转动连接的悬臂42以及转动连接于所述悬臂42一端的阻尼结构43。所述阻尼结构43远离所述悬臂42的一端转动连接于所述基板221背离所述第二轴套222的一端，用于连接所述悬臂42与所述连接板22并起到一定的缓冲作用。

所述悬臂42远离所述阻尼结构43的一端与所述主动轮30转动连接，所述主动轮30转动为所述机器人底盘悬挂系统100提供动力。具体的，每个主动轮30包括环形转轮31及设置于所述转轮31内的电机32，每个主动轮30通过对应的电机32驱动实现转动；每个悬臂42远离对应阻尼结构43的一端与一个主动轮30的电机32的固定连接。更进一步的，所述两个主动轮30平行间隔设置，所述机器人底盘悬挂系统100通过所述两个主动轮30的电机差速转动进而实现各种变向。

所述电机32包括主体部321及固定轴322，所述主体部321呈圆柱状并与所述转轮31同轴设置，所述固定轴322固定于所述主体部321的圆心位置。所述悬臂42远离所述阻尼组件43的一端开设有第一轴孔421，所述固定轴322穿过所述第一轴孔421并与所述第一轴孔421卡持固定连接。更进一步的，没所述第一轴孔421的截面呈半圆形，对应的所述固定轴321呈半圆形，用于防止所述固定轴322与所述第一轴孔421卡持时发生转动，保证所述主体部321转动的有效性。

更进一步的，为防止所述固定轴322与所述第一轴孔421发生脱离，所述固定轴322远离所述主体部321的一端固定有卡位结构323。本实施方式中，所述卡位结构323与所述固定轴322一体成型，所述卡位结构323由所述固定轴322弯折后形成。

所述底盘10的相背两侧开设有用于放置所述主动轮30的两个卡口13，每个悬臂42远离所述阻尼结构43的一端转动连接一个主动轮30。所述支撑架41固定于所述底盘10上且位于所述通孔11与所述卡口13之间，所述悬臂42的一端与所述主动轮30转动连接，另一端通过阻尼结构43与所述第一从动轮组件20转动连接，用于调整所述主动轮30与所述第一从动轮23的动态平衡，避免所述底盘10的重心较大幅度的偏移。具体的，所述第一从动轮30遇障碍被抬高，使得所述连接板22翻转并带动所述阻尼结构43上移，所述悬臂42设置阻尼结构43的一端被抬高，所述悬臂42设置主动轮30的一端被压低，进而使得所述主动轮30的轴心相对所述底盘10的距离变大，确保所述底盘10略微发生倾斜或者不发生倾斜；当所述主动轮30遇障碍被抬高，使得所述悬臂42设置所述主动轮30的一端被抬高(也即所述主动轮30的轴心相对所述底盘10的距离变小)，所述悬臂42设置所述阻尼结构43的一端被压低，由于所述连接板22的卡板223与所述通孔11的边缘卡持，使得所述阻尼结构43被紧紧压缩，确保所述底盘10略微发生倾斜或者不发生倾斜。

其中，所述阻尼结构43包括间隔相对设置的第三轴套431与第四轴套432、连接所述第三轴套431与所述第四轴套432的伸缩杆433以及套于所述伸缩杆433上的弹簧434。所述连接板22背离所述第二轴套222的一端延伸形成对应于所述第三轴套431的第五轴套224，转轴穿过对应的所述第三轴套431与所述第五轴套224实现所述所述连接板22与阻尼结构43的转动连接。所述悬臂42远离所述主动轮30的一端对应于所述第一轴套432的第二轴孔422，转轴穿过对应的第一轴套432与第二轴孔422，实现所述阻尼结构43与所述悬臂42的转动连接。

所述伸缩杆433包括套杆4331及部分收容于所述套杆4331中并能够在所述套杆4331中往复滑动的滑杆4332。所述套杆4331远离所滑杆4332的一端固定有套于所述套杆4331的第一卡位板4333，所述滑杆4332远离所述套杆4331的一端固定有套于所述滑杆4332的第二卡位板4334，所述弹簧434的两端分别抵接于所述第一卡位板4333与所述第二卡位板4334，且所述弹簧434处于压缩状态。所述阻尼结构43一方面用于在所述连接板22转动并带动所述悬臂42转动时提供缓冲，使得所述第一从动轮13能够与所述主动轮30平稳配合；另一方面在所述主动轮30的轴心与所述底盘10的距离变小时，压缩所述阻尼结构43为所述悬臂42的转动提供缓冲行程，并使所述主动轮30紧紧抓地。

所述机器人底盘悬挂系统100还包括至少一个固定于所述底盘10上的第二从动轮50，一方面用于支撑所述底盘10，减小所述第一从动轮组件20及所述主动轮30的承压，另一方面用于维持所述底盘10的平衡。本实施方式中，所述第二从动轮50的数量为两个并位于所述底盘10远离所述两个第一从动轮组件20的一端。所述第二从动轮50与所述第一从动轮13为万向轮。

本发明提供的机器人底盘悬挂系统100，通过悬挂组件40连接所述第一从动轮组件20与主动轮30，一方面使得所述主动轮30能够根据所述第一从动轮13的转动及时调整所述主动轮30轴心相对所述底盘10的距离，另一方面使得所述主动轮300轴心相对所述底盘10的距离改变时不影响所述第一从动轮13的状态，进而稳定所述底盘10平衡。本发明提供的机器人底盘悬挂系统100，在保证机器人的承载能力的同时，提高了机器人的地面适应性。

本发明还提供一种机器人，应用所述的机器人底盘悬挂系统100。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种机器人底盘悬挂系统，其特征在于：包括底盘、转动连接于所述底盘上的第一从动轮组件、一一对应于所述第一从动轮组件的主动轮以及两端分别转动连接一个第一从动轮组件与一个主动轮的悬挂组件，其中所述第一从动轮组件与所述悬挂组件分别位于所述底盘相背的两侧；所述悬挂组件包括固定于所述底盘上的支撑架、以所述支撑架上为支点转动连接的悬臂以及转动连接于所述悬臂一端的阻尼结构，所述阻尼结构远离所述悬臂的一端转动连接于所述第一从动轮组件，所述悬臂远离所述阻尼结构的一端与所述主动轮固定连接。

2.如权利要求1所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述第一从动轮组件包括连接头、转动连接于所述转接头的连接板以及固定于所述连接板的第一从动轮；所述底盘上开设有通孔，所述连接头固定连接于所述底盘且部分收容于所述通孔中，所述连接板部分收容于所述通孔，所述第一从动轮穿过通孔与所述连接板固定连接。

3.如权利要求2所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述连接头包括固定部及自所述固定部一端延伸形成的第一轴套；所述连接板包括基板及自所述基板一端延伸形成的第二轴套，所述第二轴套对应于所述第一轴套并通过转轴穿过对应的第一轴套与第二轴套实现所述连接板与所述连接头的转动连接。

4.如权利要求3所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述连接板还包括自所述基板的边缘延伸形成的卡板；所述底盘上对应所述卡版的位置固定有弹性垫。

5.如权利要求3所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述阻尼结构远离所述悬臂的一端转动连接于所述基板背离所述第二轴套的一端。

6.如权利要求5所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：每个主动轮包括环形转轮及设置于所述转轮内的电机，每个悬臂远离对应阻尼结构的一端与一个主动轮的电机的固定连接。

7.如权利要求6所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述电机包括主体部及固定轴，所述主体部呈圆柱状并与所述转轮同轴设置，所述固定轴固定于所述主体部的圆心位置；所述悬臂远离所述阻尼组件的一端开设有第一轴孔，所述固定轴穿过所述第一轴孔并与所述第一轴孔卡持固定连接。

8.如权利要求7所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述固定轴远离所述主体部的一端固定有卡位结构。

9.如权利要求2所述的机器人底盘悬挂系统，其特征在于：所述底盘上开设有用于放置所述主动轮的卡口；所述支撑架固定于所述底盘上且位于所述通孔与所述卡口之间。

10.一种机器人，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的机器人底盘悬挂系统。