CN110550126A - 一种行走稳定的移动底盘及服务机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种行走稳定的移动底盘及服务机器人，其中移动底盘包括：底板；行走装置，其包括两组对称设置在底板的底部中间的驱动机构，各所述驱动机构包括：驱动轮；安装座，其用于安装驱动轮，所述安装座的正面具有一向外延伸的压件；转动组件，其与底板固定连接，所述转动组件具有一贯穿安装座的转动轴，且转动轴位于压件与驱动轮之间，所述安装座可绕所述转动轴摆动；预压组件，其邻设在安装座的正面并与底板固定连接，所述预压组件还与所述压件连接。利用简单的杠杆原理将安装座和预压组件分别设置在支点两侧，使预压组件具有动态的弹性势能，该结构可瞬间调节驱动轮的高度，响应迅速、效果好，可有效避免驱动轮打滑的情况。

Description

一种行走稳定的移动底盘及服务机器人
技术领域
本发明属于机器人组件技术领域，具体涉及一种行走稳定的移动底盘及服务机器人。
背景技术
轮式移动机器人常用的驱动方式为：在移动底盘的底部中间对立安装两个驱动轮作差速驱动，同时在各驱动轮的前后各设有万向轮作从动导向。机器人在行走过程中，六个轮子均需保持与地面接触，以使驱动轮主动旋转后带动万向轮从动旋转。
目前机器人的驱动轮与万向轮一般采用螺栓与移动底盘固定连接，但行走时由于地面凹凸不平，或机器人在跨越较高的路面或障碍物时，容易发生前后两端万向轮着地、中间驱动轮不着地的现象，致使驱动轮打滑。因此需要在移动底盘上设置有防悬空装置，使驱动轮在行走过程中浮动。
但目前的防悬空装置结构复杂，使得移动底盘的安装变得复杂；且现有的防悬空装置存在体积大，回弹效果差的缺陷，使机器人行驶在凹凸不平的路面时难以瞬间调节驱动轮的高度，易出现驱动轮打滑而失控的情况。
发明内容
本发明的目的是要解决机器人在凹凸不平的路面行驶中，移动底盘难以瞬间调节驱动轮的高度，致使驱动轮打滑的技术问题，提供一种行走稳定的移动底盘及服务机器人，能够更好地防止驱动轮打滑、失控情况的发生。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：
本发明所述一种行走稳定的移动底盘，包括：
底板；
行走装置，其包括两组对称设置在底板的底部中间的驱动机构，各所述驱动机构包括：
驱动轮；
安装座，其用于安装驱动轮，所述安装座的正面具有一向外延伸的压件；
转动组件，其与底板固定连接，所述转动组件具有一贯穿安装座的转动轴，且转动轴位于压件与驱动轮之间，所述安装座可绕所述转动轴摆动；
预压组件，其邻设在安装座的正面并与底板固定连接，所述预压组件还与所述压件连接。
进一步地，所述安装座的两侧面均设有贯穿转动轴的转动孔，各所述转动孔中嵌装有轴承，所述转动轴套设在轴承的内圈中。
进一步地，所述转动组件还包括连接在转动轴两端的第一支撑座，各所述第一支撑座设置在安装座的侧面外部，且各所述第一支撑座与底板固定连接。
进一步地，所述预压组件包括第二支撑座、弹簧和可伸缩的导向杆；
所述第二支撑座与底板固定连接；
所述弹簧套设在所述导向杆上并作用于所述导向杆的两端；
所述导向杆的一端与压件垂直连接，另一端与第二支撑座固定连接。
进一步地，所述驱动机构还包括相互连接的行走电机和减速器，所述减速器固定在安装座的侧面，且减速器的输出轴与驱动轮传动连接。
进一步地，所述行走电机为直流无刷伺服电机，所述减速器为行星减速器。
进一步地，所述驱动机构还包括电机驱动器和霍尔编码器，所述底板在所述电机驱动器的四周设置有挡水的防水围挡。
进一步地，所述安装座由若干个安装板刚性连接而成，所述安装座的中部设有开口内腔，该内腔用于安装驱动轮。
进一步地，所述行走装置还包括设置在底板的底部前后的两个万向轮。
一种服务机器人，包括上面所述的行走稳定的移动底盘。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：移动底盘中的驱动轮的利用预压量对地面产生有压力，使得地面对安装有驱动轮的安装座产生支撑力，使得安装座绕转动轴作垂直与地面向上摆动，从而带动压件做反向摆动(垂直于地面向下摆动)，摆动的压件对预压组件进行压缩或拉伸，使预压组件具有一定的弹性势能。机器人行走在凹凸不平的路面过程中，当驱动轮在凹处悬空时，预压组件释放弹性势能，带动压件绕转动轴作垂直于地面向上摆动，从而带动安装座作垂直于地面向下的摆动，使驱动轮快速着地，防止驱动轮悬空而打滑；当驱动轮在凸处时，使安装座进一步垂直于地面向上摆动，转化为预压组件的弹性势能，便于驱动轮从凸处转变为平地或凹处时，预压组件释放较大的弹性势能使安装座快速下降，使驱动轮有效地快速着地。
本发明的移动底盘利用简单的杠杆原理，将安装座和预压组件分别设置在支点两侧，使驱动轮绕支点快速摆动，使预压组件具有动态的弹性势能，利用预压组件的弹性势能瞬间调节驱动轮的高度，响应迅速、效果好，可广泛应用在各种机器人中，设计简单且体积小，可有效避免驱动轮打滑的情况。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的移动底盘的立体结构示意图；
图2是本发明的移动底盘的侧面图；
图3是本发明的驱动机构的立体结构示意图；
图4是本发明的转动组件与安装座连接的结构示意图；
图5是本发明的预压组件的立体结构示意图；
图6是本发明的压件与预压组件连接的结构示意图；
图7是本发明的导向杆的结构示意图。
图中：
10-底板；101-防水围挡；
20-驱动轮；
30-安装座；301-转动孔；
40-转动组件；401-转动轴；402-第一支撑座；4021-横板；4022-立板；
50-预压组件；501-第二支撑座；502-弹簧；503-导向杆；5031-滑杆；5032-套筒；
60-压件；
70-行走电机；
80-减速器；
90-电机驱动器；
100-霍尔编码器；
110-万向轮。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1～图6所示，其为本发明所述的一种行走稳定的移动底盘的优选结构。
所述移动底盘包括底板10和行走装置，所述行走装置设置在底板10的底部。其中，所述行走装置包括两组对称设置在底板10的底部中间的驱动机构和底板10的底部前后的两个万向轮110，驱动机构用于提供移动底盘的主动驱动力，万向轮110用于从动引导移动底盘的运动方向。
具体地，如图3所示，各所述驱动机构包括一驱动轮20、安装座30、转动组件40、预压组件50、相互连接的行走电机70和减速器80、电机驱动器90及霍尔编码器100，作为优选地，驱动轮20设于安装座30的内部，使驱动轮20转动更为稳定安全，且避免驱动轮20设置在底板10侧面而增大横向面积。
作为一实施例，如图3所示，安装座30采用若干个安装板刚性连接而成，且安装座30的中部设有开口内腔。作为优选地，安装板的数量为4个，各安装板采用螺纹连接或粘接的方式将首尾相连地围成一个中空框架，框架的内部为开口内腔，驱动轮20设置在内腔中。需要说明的是，本发明并不限制安装座30的具体结构或成型工艺，如由一体成型工艺形成的带开口内腔的安装座30均在本实施例的保护范围之内。
所述安装座30的正面外侧有一压件60(此处的正面为安装座30的任意一面，并非限制压件60的连接位置，如图3该正面为安装座30的左端，与正面相连接的为安装座30的侧面)，所述压件60可采用螺纹连接或粘接方式与安装座30的正面固定连接。所述减速器80通过螺栓连接在安装座30侧面的安装板上，减速器80的输出轴与驱动轮20传动连接。作为优选地，所述行走电机70为直流无刷伺服电机，其在电机驱动器90的控制下精准控制电机的输出转速和正反转，使驱动轮20的行走控制更加精准；所述减速器80为行星减速器，用于将行走电机70出的高转速降速后传动至驱动轮20。
进一步的，所述安装座30两侧的安装板开设有同一轴线的转动孔301，且在各转动孔301中嵌装有轴承，作为优选地，所述轴承为深沟球轴承，其可同时承受较大的轴向载荷和径向载荷。
进一步的，如图4所示，所述转动组件40包括转动轴401和第一支撑座402，转动轴401套设在轴承的内圈中并贯穿转动孔301，在转动轴401的两端均连接有第一支撑座402，且第一支撑座402设置在安装座30两侧的安装板的外部。作为一实施例，所述第一支撑座402包括相互垂直连接的横板4021和立板4022，横板4021和立板4022之间设有增大强度的加强筋，所述第一支撑座402为一体成型构件。立板4022上开设有穿设转动轴401的轴孔，转动轴401的两端均设有带螺纹的盲孔，转动轴401穿设轴孔后采用螺栓和垫片连接盲孔，即可将转动轴401锁紧在第一支撑架上。横板4021采用螺栓固定连接在底板10的底部，以使安装座30可绕转动轴401摆动。
霍尔编码器100安装在驱动轮20上，并与安装座30固定连接。该霍尔编码器100用于计算机器人行走的里程并控制转弯角度，其通过控制两组驱动机构的转速以实现差速转弯。
如图5～图7所示，所述预压组件50包括第二支撑座501、弹簧502和可伸缩的导向杆503，作为一实施例，可伸缩的导向杆503由滑杆5031和套筒5032组成，套筒5032的顶部设有伸缩孔，该伸缩孔可为盲孔或通孔，滑杆5031套入伸缩孔中可做往复伸缩运动。滑杆5031的中部周向设有第一围挡，套筒5032的底部周向设有第二围挡，弹簧502套设在导向杆503后两段分别抵接第一围挡和第二围挡，以使滑杆5031在套筒5032的伸缩孔中往复伸缩，对弹簧502进行压紧或放松。
所述第二支撑座501的顶部采用螺栓固定连接在底板10的底部，第二支撑座501的底部与第二围挡固定连接，以将预压组件50固定在底板10的底部。作为一实施例，所述滑杆5031的顶部设有凹槽，压件60套设在凹槽中并与凹槽的两侧铰接，调节压件60与滑杆5031的连接角度为直角，以使压件60绕转动轴401在垂直于地面上下摆动后，带动导向杆503在垂直于地面方向上下伸缩，以使弹簧502压缩或放松，调整弹簧502的弹性势能。
作为优选地，所述底板10在电机驱动器90的四周设置有挡水的防水围挡101，作为一实施例，所述防水围挡101为采用防水致密材料制成的保护壳，电机驱动器90固定在保护壳的侧壁，将保护壳固定在底板10的底部，即可防止驱动轮20或万向轮110行走中溅飞的水迹弄湿电机驱动器90，确保电机驱动器90的正常工作。
一种服务机器人，包括上面所述的行走稳定的移动底盘。
本发明所述的行走稳定的移动底盘工作原理是：移动底盘中的驱动轮的利用预压量(预压量是指在同一水平面上驱动轮比万向轮存在高度差，如图2中的h，确保驱动轮先着地以提供主动力，其为公知技术)对地面产生有压力，使得地面对安装有驱动轮的安装座产生支撑力，安装座绕转动轴作垂直与地面向上摆动，从而带动压件做反向摆动(垂直于地面向下摆动)，摆动的压件对弹簧压缩，使弹簧具有一定的弹性势能。机器人行走在凹凸不平的路面过程中，当驱动轮在凹处悬空时，弹簧释放弹性势能，带动压件绕转动轴作垂直于地面向上摆动，从而带动安装座作垂直于地面向下的摆动，使驱动轮快速着地，防止驱动轮悬空而打滑；当驱动轮在凸处时，使安装座进一步垂直于地面向上摆动，转化为弹簧的弹性势能，便于驱动轮从凸处转变为平地或凹处时，弹簧释放较大的弹性势能使安装座快速下降，使驱动轮有效地快速着地。
本发明的移动底盘与现有的移动底盘相比，其利用杠杆原理将安装座和预压组件分别设置在支点两侧，使驱动轮绕支点快速摆动，使预压组件具有动态的弹性势能，利用预压组件的弹性势能瞬间调节驱动轮的高度，响应迅速、效果好，可广泛应用在各种机器人中，设计简单且体积小，可有效避免驱动轮打滑的情况。
本实施例所述一种行走稳定的移动底盘及服务机器人的其它结构参见现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种行走稳定的移动底盘，其特征在于，包括：
底板(10)；
行走装置，其包括两组对称设置在底板(10)的底部中间的驱动机构，各所述驱动机构包括：
驱动轮(20)；
安装座(30)，其用于安装驱动轮(20)，所述安装座(30)的正面具有一向外延伸的压件(60)；
转动组件(40)，其与底板(10)固定连接，所述转动组件(40)具有一贯穿安装座(30)的转动轴(401)，且转动轴(401)位于压件(60)与驱动轮(20)之间，所述安装座(30)可绕所述转动轴(401)摆动；
预压组件(50)，其邻设在安装座(30)的正面并与底板(10)固定连接，所述预压组件(50)还与所述压件(60)连接。
2.根据权利要求1所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述安装座(30)的两侧面均设有贯穿转动轴(401)的转动孔(301)，各所述转动孔(301)中嵌装有轴承，所述转动轴(401)套设在轴承的内圈中。
3.根据权利要求1所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述转动组件(40)还包括连接在转动轴(401)两端的第一支撑座(402)，各所述第一支撑座(402)设置在安装座(30)的侧面外部，且各所述第一支撑座(402)与底板(10)固定连接。
4.根据权利要求1所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述预压组件(50)包括第二支撑座(501)、弹簧(502)和可伸缩的导向杆(503)；
所述第二支撑座(501)与底板(10)固定连接；
所述弹簧(502)套设在所述导向杆(503)上并作用于所述导向杆(503)的两端；
所述导向杆(503)的一端与压件(60)垂直连接，另一端与第二支撑座(501)固定连接。
5.根据权利要求1所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述驱动机构还包括相互连接的行走电机(70)和减速器(80)，所述减速器(80)固定在安装座(30)的侧面，且减速器(80)的输出轴与驱动轮(20)传动连接。
6.根据权利要求5所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述行走电机(70)为直流无刷伺服电机，所述减速器(80)为行星减速器。
7.根据权利要求6所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述驱动机构还包括电机驱动器(90)和霍尔编码器(100)，所述底板(10)在所述电机驱动器(90)的四周设置有挡水的防水围挡(101)。
8.根据权利要求1所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述安装座(30)由若干个安装板刚性连接而成，所述安装座(30)的中部设有开口内腔，该内腔用于安装驱动轮(20)。
9.根据权利要求1所述的行走稳定的移动底盘，其特征在于：
所述行走装置还包括设置在底板(10)的底部前后的两个万向轮(110)。
10.一种服务机器人，其特征在于：包括上述权利要求1-9任一项所述的行走稳定的移动底盘。
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