CN110466634A - 一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，包括：底盘框架；一全向轮机构，安装设置在所述底盘框架前端；两组硅胶轮机构，对称安装在所述底盘框架后端且与全向轮机构呈等腰三角形分布；轮组陀螺仪，固定安装在底盘框架中部，用于实时反馈所在位置及所走路程；激光传感器，分布固定设置在所述底盘框架上，用于行进过程中进行实时测距；控制装置，分别与所述全向轮机构、硅胶轮机构、激光传感器、轮组陀螺仪电路连接，用于根据激光传感器和轮组陀螺仪所测数据实时控制所述全向轮机构、硅胶轮机构运行。本发明能够使机器人在任意方向移动以及旋转，控制简单可靠、机构稳定、体积小质量低、制造成本低。

Description

一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘

技术领域

本发明涉及一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，尤其适应于服务机器人、消防机器人等平地移动的机器人。

背景技术

平地移动机器人是一种适用于平地工作的设备，种类繁多，比如服务机器人、搬运机器人、消防机器人等，具备自动化程度高且应用灵活、安全可靠且工作效率高、制作且维修方便等诸多优点，因而适用于食品行业、机械行业、服装行业等的物流运输场所、公共服务场所、监控巡防场所，并在这三大方面有所比较高的建树。这些优势也使得平地移动机器人成为了物流系统、服务系统以及监控系统中最关键设备之一，成为了“机器换人”计划中的重要角色之一。

底盘是平地移动机器人的主要部分之一，其尺寸与承载能力的比值、移动精准度以及稳定性成为其性能评价的三大标准。然而，现有的平地移动机器人受到尺寸的限制使得承载能力有限；现有大多数平地移动机器人都是四轮因而会有悬挂使得机器人有晃动；现有平地机器人的定位系统有视觉定位、光反射导航定位、超声波定位以及GPS定位等，价格比较昂贵且控制方面比较有难度。

发明内容

针对上述技术问题之一，本发明旨在提供一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，此设置尺寸小、质量轻且承载力较强、无悬挂且稳定、便于控制且精度较高、制造成本低、适用于多种平地移动机器人的底盘。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现：

一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，包括：

底盘框架；

一全向轮机构，安装设置在所述底盘框架前端；

两组硅胶轮机构，对称安装在所述底盘框架后端且与所述全向轮机构呈等腰三角形分布；

轮组陀螺仪，固定安装在所述底盘框架中部，用于实时反馈所在位置及所走路程；

激光传感器，分布固定设置在所述底盘框架上，用于行进过程中进行实时测距；

控制装置，分别与所述全向轮机构、硅胶轮机构、激光传感器、轮组陀螺仪电路连接，用于根据激光传感器和轮组陀螺仪所测数据实时控制所述全向轮机构、硅胶轮机构运行。

进一步地，所述的激光传感器通过激光传感器安装板固定设置在所述底盘框架的前、后、左、右四个方向上，用于行进过程中对四个方向进行实时测距。

进一步地，所述的轮组陀螺仪包括X轴与Y轴两个方向的全向轮、数据采集模块以及机械固定件，所述X轴与Y轴两个方向的全向轮与所述数据采集模块驱动连接，所述数据采集模块通过所述机械固定件的通孔用螺钉将固定在所述底盘框架上。

进一步地，所述的数据采集模块包括陀螺仪编码器，设置在所述的机械固定件上。

进一步地，所述控制装置设置在所述的底盘框架上，包括通过若干电线电气连接的供电用的电池、紧急按钮、主控板，所述主控板用于根据激光传感器和轮组陀螺仪所测数据实时控制所述全向轮机构、硅胶轮机构运行。

进一步地，所述的底盘框架包括有铝管底框，铝管底框主要由若干条方形铝管焊接而成，设置在所述底盘框架的底部。

进一步地，所述的硅胶轮机构包括：

轴支座和电机座，相对固定在所述底盘框架上；

硅胶轮，所述硅胶轮的轮轴两端分别通过法兰轴承转动安装在所述轴支座和电机座上；

电机，通过法兰轴承安装在所述电机座上且通过联轴器与所述硅胶轮的轮轴驱动连接。

进一步地，所述的硅胶轮包括：

铝合金轮毂，呈空心圆柱形；

若干硅胶密封圈，依次过盈配合地套固在所述铝合金轮毂的外周壁上；

两轮毂压片，同轴地固定设置在所述铝合金轮毂的两端，为剖面呈T形的回转体，用于限制所述硅胶密封圈在铝合金轮毂上的轴向位置及形成所述硅胶轮的轮轴。

进一步地，所述的全向轮机构包括：

轴支座和电机座，相对固定在所述底盘框架上；

全向轮，所述全向轮的轮轴两端分别通过法兰轴承转动安装在所述轴支座和电机座上；

电机，通过法兰轴承安装在所述电机座上且通过联轴器与所述全向轮的轮轴驱动连接。

进一步地，所述的全向轮包括：

若干圆形碳纤板，所述碳纤板的边缘沿周向均匀设置有若干固定缺口，各碳纤板通过铆钉依次同轴地层叠固定为一体且中心设置有轮轴，每两个所述的碳纤板之间夹有一个中心固件并通过螺钉螺母将三者连为一体；

滚子，通过轴承和轴转动地安装设置在所述固定缺口处。

相比于现有的平地移动机器人的底盘，本发明能够按照设定路线快速移动与旋转，且具有一定识别功能对定位进行补偿，尺寸小且质量轻、承载能力较高、运动稳定、可用范围广、经济实用、控制简单可靠、制造成本低。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2 是本发明实施例的全向轮机构主视示意图。

图3 是本发明实施例的全向轮机构右视示意图。

图4 是本发明实施例的硅胶轮机构主视示意图。

图5是本发明实施例的硅胶轮机构右视示意图。

图中：1-全向轮机构，2-激光传感器，3-轮组陀螺仪，4-硅胶轮机构，5-紧急按钮，6-电池，7-铝管底框，8-电机驱动器，9-滚子，10-碳纤板，11-限位端板，12-轴支座，13-中心固件，14-电机，15-联轴器，16-电机座，17-硅胶密封圈，18-轮毂压片，19-铝合金轮毂，20-法兰轴承。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述。

如图1所示，一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，包括：

底盘框架，所述的底盘框架包括有铝管底框7，所述铝管底框7主要由若干条方形铝管焊接而成，设置在所述底盘框架的底部；

一全向轮机构1，安装设置在所述底盘框架前端；

两组硅胶轮机构4，对称安装在所述底盘框架后端且与所述全向轮机构1呈等腰三角形分布；

轮组陀螺仪3，固定安装在所述底盘框架中部，用于实时反馈所在位置及所走路程；

激光传感器2，所述的激光传感器2通过激光传感器安装板固定设置在所述底盘框架的前、后、左、右四个方向上，用于行进过程中对四个方向进行实时测距；

控制装置8，分别与所述全向轮机构、硅胶轮机构、激光传感器、轮组陀螺仪电路连接，用于根据激光传感器2和轮组陀螺仪3所测数据实时控制所述全向轮机构1、硅胶轮机构4运行。

具体而言，所述的轮组陀螺仪3包括X轴与Y轴两个方向的全向轮、数据采集模块以及机械固定件，所述X轴与Y轴两个方向的全向轮与所述数据采集模块驱动连接，所述数据采集模块包括陀螺仪编码器，通过所述机械固定件的通孔用螺钉将固定在所述铝管底框上。

具体而言，所述控制装置8设置在所述的铝管底框7上，包括通过若干电线电气连接的供电用的电池6、紧急按钮5、主控板，所述主控板用于根据激光传感器2和轮组陀螺仪3所测数据实时控制所述全向轮机构1、硅胶轮机构2运行。所述的紧急按钮5通过螺钉螺母设置在铝管底框7的后端，用于紧急关闭电源。

具体而言，如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，所述的全向轮机构1包括：

轴支座12和电机座16，相对固定在所述底盘框架上；

全向轮，所述全向轮的轮轴两端分别通过法兰轴承20转动安装在所述轴支座12和电机座16上，所述轮轴连接轴支座12的一端设置有限位端板11；

电机14，通过法兰轴承20固定在所述电机座16上且通过联轴器15与所述全向轮的轮轴驱动连接，本实施例采用RE40电机。

具体而言，所述的全向轮包括：

四块圆形碳纤板10，所述碳纤板10的边缘沿周向均匀设置有若干固定缺口，各碳纤板10通过铆钉依次同轴地层叠固定为一体且中心设置有轮轴，每两个所述的碳纤板10之间夹有一个中心固件13并通过螺钉螺母将三者连为一体；

滚子9，通过轴承和轴转动地安装设置在所述固定缺口处。

具体而言，如图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，所述的硅胶轮机构4包括：

轴支座12和电机座16，相对固定在所述底盘框架上；

硅胶轮，所述硅胶轮的轮轴两端分别通过法兰轴承20转动安装在所述轴支座和电机座上；

电机14，通过法兰轴承20固定在所述电机座上且通过联轴器15与所述硅胶轮的轮轴驱动连接，本实施例采用RE40电机。

所述两个法兰轴承20通过过渡配合安装在所述电机座16的圆柱孔上。

具体而言，所述的硅胶轮包括：

铝合金轮毂19，呈空心圆柱形；

若干硅胶密封圈17，依次过盈配合地套固在所述铝合金轮毂19的外周壁上，再通过特殊胶水与所述的铝合金轮毂19固连；

两轮毂压片18，同轴地固定设置在所述铝合金轮毂19的两端，为剖面呈T形的回转体，用于限制所述硅胶密封圈17在铝合金轮毂19上的轴向位置及形成所述硅胶轮的轮轴。

安装完成后，所述全向轮以及两个硅胶轮以等腰三角形分布设置在所述铝管底框上。

上述实施例的使用流程如下：

上电后，根据设定轨迹分别控制的三个RE40电机带动所述全向轮以及两个硅胶轮开始转动，轮组陀螺仪3则实时反馈所在位置及所走路程，激光传感器2通过激光测距对其进行实时修正，转弯时两后轮通过差速、前轮根据后轮为求旋转中心一致而具备确定的速度，直至目标地点。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本装置所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。任何违背离本装置的精神实质与原理下所做的任何修改、等同替换和改进等，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，包括：

底盘框架；

一全向轮机构，安装设置在所述底盘框架前端；

两组硅胶轮机构，对称安装在所述底盘框架后端且与所述全向轮机构呈等腰三角形分布；

轮组陀螺仪，固定安装在所述底盘框架中部，用于实时反馈所在位置及所走路程；

激光传感器，分布固定设置在所述底盘框架上，用于行进过程中进行实时测距；

控制装置，分别与所述全向轮机构、硅胶轮机构、激光传感器、轮组陀螺仪电路连接，用于根据激光传感器和轮组陀螺仪所测数据实时控制所述全向轮机构、硅胶轮机构运行。

2.根据权利要求1所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的激光传感器通过激光传感器安装板固定设置在所述底盘框架的前、后、左、右四个方向上，用于行进过程中对四个方向进行实时测距。

3.根据权利要求1所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的轮组陀螺仪包括X轴与Y轴两个方向的全向轮、数据采集模块以及机械固定件，所述X轴与Y轴两个方向的全向轮与所述数据采集模块驱动连接，所述数据采集模块通过所述机械固定件的通孔用螺钉将固定在所述底盘框架上。

4.根据权利要求3所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的数据采集模块包括陀螺仪编码器，设置在所述的机械固定件上。

5.根据权利要求1所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述控制装置设置在所述的底盘框架上，包括通过若干电线电气连接的供电用的电池、紧急按钮、主控板，所述主控板用于根据激光传感器和轮组陀螺仪所测数据实时控制所述全向轮机构、硅胶轮机构运行。

6.根据权利要求1所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的底盘框架包括有铝管底框，所述铝管底框主要由若干条方形铝管焊接而成，设置在所述底盘框架的底部。

7.根据权利要求1所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的硅胶轮机构包括：

轴支座和电机座，相对固定在所述底盘框架上；

硅胶轮，所述硅胶轮的轮轴两端分别通过法兰轴承转动安装在所述轴支座和电机座上；

电机，通过法兰轴承安装在所述电机座上且通过联轴器与所述硅胶轮的轮轴驱动连接。

8.根据权利要求7所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的硅胶轮包括：

铝合金轮毂，呈空心圆柱形；

若干硅胶密封圈，依次过盈配合地套固在所述铝合金轮毂的外周壁上；

两轮毂压片，同轴地固定设置在所述铝合金轮毂的两端，为剖面呈T形的回转体，用于限制所述硅胶密封圈在铝合金轮毂上的轴向位置及形成所述硅胶轮的轮轴。

9.根据权利要求1所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的全向轮机构包括：

轴支座和电机座，相对固定在所述底盘框架上；

全向轮，所述全向轮的轮轴两端分别通过法兰轴承转动安装在所述轴支座和电机座上；

电机，通过法兰轴承安装在所述电机座上且通过联轴器与所述全向轮的轮轴驱动连接。

10.根据权利要求9所述的全向轮与胶轮复合式三轮机器人底盘，其特征在于，所述的全向轮包括：

若干圆形碳纤板，所述碳纤板的边缘沿周向均匀设置有若干固定缺口，各碳纤板通过铆钉依次同轴地层叠固定为一体且中心设置有轮轴，每两个所述的碳纤板之间夹有一个中心固件并通过螺钉螺母将三者连为一体；

滚子，通过轴承和轴转动地安装设置在所述固定缺口处。