CN111137122A - 一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构 - Google Patents

一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，包括托板，所述托板的上表面上通过螺栓固定安装有四个电机安装架，所述电机安装架上通过螺栓固定安装有直流伺服转向电机，所述托板上转动安装有四个转向机构，所述转向机构包括转向轴和转向羊角，所述转向轴通过推力球轴承转动安装在托板上，所述转向轴的一端通过联轴器与直流伺服转向电机的输出轴传动连接，所述转向羊角通过螺栓固定安装在转向轴的另一端上，所述转向羊角上固定安装有直流伺服轮毂电机。本发明利用八个电机精确同步控制，实现在较低的底盘空间条件下的全向移动，使得具有该底盘机构的机器人具有较好的运动灵活性和系统稳定性。

Description

一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构。
背景技术
移动机器人的种类很多，陆地移动机器人有移动式、腿式、履带式、跳跃式等几种。其中，轮式移动机器人以移动方便、定位准确、控制方便等优点，使移动式机器人得到了广泛的应用。移动式机器人常见的有三轮、四轮两种结构形式。三轮式机器人结构简单，但稳定性低，常在低速状态下运行。四轮式机器人也有两轮转向两轮驱动、四轮转向四轮驱动等结构。总体来说，四轮式的结构复杂，但转向灵活，且在高速运行情况下具有良好的稳定性。但目前四轮式机器人大都采用两轮转向和两轮驱动的方式，但两轮转向、两轮驱动结构的最小转弯半径受到限制，且两个驱动轮在转弯时处于滑动状态，降低了机器人的稳定性，不能很好地在有限空间运动且能够实现任意角度运动功能。
为此，我们提出一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构来解决现有技术中存在的问题，其利用八个电机精确同步控制，实现在较低的底盘空间条件下的全向移动，使得具有该底盘机构的机器人具有较好的运动灵活性和系统稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，以解决上述背景技术中提出现有技术中四轮式机器人大都采用两轮转向和两轮驱动的方式，但两轮转向、两轮驱动结构的最小转弯半径受到限制，且两个驱动轮在转弯时处于滑动状态，降低了机器人的稳定性，不能很好地在有限空间运动且能够实现任意角度运动功能的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，包括托板，所述托板的上表面上通过螺栓固定安装有四个电机安装架，四个所述电机安装架呈矩形状设置，所述电机安装架上通过螺栓固定安装有直流伺服转向电机，所述直流伺服转向电机上固定安装有角度传感器，所述托板上转动安装有四个转向机构，四个所述转向机构分别位于四个直流伺服转向电机的正下方；
所述转向机构包括转向轴和转向羊角，所述转向轴通过推力球轴承转动安装在托板上，所述转向轴的一端通过联轴器与直流伺服转向电机的输出轴传动连接，所述转向羊角通过螺栓固定安装在转向轴的另一端上；
所述转向羊角上固定安装有直流伺服轮毂电机，所述直流伺服轮毂电机上设置有轮胎。
优选的，所述托板的下表面中部固定焊接有至少一个电池安装架。
优选的，所述转向机构还包括液压弹簧阻尼减震器，所述液压弹簧阻尼减震器通过螺栓固定安装在转向轴和转向羊角之间。
优选的，所述轮胎采用真空胎。
优选的，所述托板的侧面上固定安装有至少四个防撞机构。
优选的，所述防撞机构包括L形板、固定板、固定杆、弹簧、滑杆和防撞杆，所述L形板通过螺钉固定安装在托板的侧面上，所述固定板固定焊接在L形板远离托板的一端，所述固定杆固定焊接在L形板上，所述弹簧套设在固定杆上，所述滑杆贯穿固定板，所述滑杆上与固定杆相对的一侧面上设置有插槽，所述固定杆滑动连接在插槽中，所述弹簧的两端分别抵止在L形板和滑杆的端头上。
优选的，所述固定杆、弹簧和滑杆均设置有两个，所述防撞杆固定焊接在两个滑杆上。
优选的，所述固定板上贯穿安装有两个滑套，两个所述滑杆分别插接在相对应的滑套的孔中。
优选的，所述插槽的出口处和固定杆位于插槽的端头上均设置有限位凸块。
本发明提出的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，与现有技术相比，具有以下优点：
在该全向移动机器人底盘机构上安装有直流伺服轮毂电机，可实现精确的位置控制和速度控制，且可以实现不同的扭矩输出，从而实现具有不同负载能力的移动机器人产品，再通过直流伺服转向电机、角度传感器和转向机构的配合，可实现机器人的行走运动，包括前后移动、左右移动和原地旋转，实现机器人的全向移动，本发明利用八个电机精确同步控制，实现在较低的底盘空间条件下的全向移动，使得具有该底盘机构的机器人具有较好的运动灵活性和系统稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视示意图；
图3为本发明的防撞机构的结构示意图；
图4为本发明的固定杆和滑杆的连接剖视示意图。
图中：1、托板；2、电机安装架；3、直流伺服转向电机；4、角度传感器；5、转向机构；51、转向轴；52、转向羊角；53、液压弹簧阻尼减震器；6、直流伺服轮毂电机；7、轮胎；8、防撞机构；81、L形板；82、固定板；83、固定杆；84、弹簧；85、滑杆；86、防撞杆；87、插槽；9、电池安装架；10、滑套；11、限位凸块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1-4所示的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，包括托板1，为了便于电池的安装，托板1的下表面中部固定焊接有至少一个电池安装架9，托板1的上表面上通过螺栓固定安装有四个电机安装架2，四个电机安装架2呈矩形状设置，电机安装架2上通过螺栓固定安装有直流伺服转向电机3，直流伺服转向电机3上固定安装有角度传感器4，托板1上转动安装有四个转向机构5，四个转向机构5分别位于四个直流伺服转向电机3的正下方。
转向机构5包括转向轴51、转向羊角52和液压弹簧阻尼减震器53，转向轴51通过推力球轴承转动安装在托板1上，转向轴51的一端通过联轴器与直流伺服转向电机3的输出轴传动连接，转向羊角52通过螺栓固定安装在转向轴51的另一端上，液压弹簧阻尼减震器53通过螺栓固定安装在转向轴51和转向羊角52之间，使得该全向移动机器人底盘机构能够保持平衡，提高了避震效果，使得机器人在遇到路面凹陷时，可以很好地保持稳定性，减少了机器人在颠簸路面上的振动，从而减少机器人遇障时重心的偏移量，以提高稳定性。
转向羊角52上固定安装有直流伺服轮毂电机6，直流伺服轮毂电机6上设置有轮胎7，轮胎7采用真空胎。
在该全向移动机器人底盘机构上安装有直流伺服轮毂电机6，可实现精确的位置控制和速度控制，且可以实现不同的扭矩输出，从而实现具有不同负载能力的移动机器人产品，再通过直流伺服转向电机3、角度传感器4和转向机构5的配合，可实现机器人的行走运动，包括前后移动、左右移动和原地旋转，实现机器人的全向移动，本发明利用八个电机精确同步控制，实现在较低的底盘空间条件下的全向移动，使得具有该底盘机构的机器人具有较好的运动灵活性和系统稳定性。
采用精确的伺服控制器，具有同步控制功能，同时安装带有记忆功能的绝对值编码器，从而实现掉电情况下的位置记忆，上电/异常情况下姿态可恢复，通过水平放置的直流伺服转向电机3和直流伺服轮毂电机6的精确同步控制，实现该全向移动机器人底盘机构的全向移动功能，直流伺服转向电机3和直流伺服轮毂电机6都配有伺服驱动器，利用控制单元，利用CAN接口，实现直流伺服转向电机3和直流伺服轮毂电机6的同步控制，从而实现机器人在多个方向上的运动。
托板1的侧面上固定安装有至少四个防撞机构8，防撞机构8包括L形板81、固定板82、固定杆83、弹簧84、滑杆85和防撞杆86，L形板81通过螺钉固定安装在托板1的侧面上，固定板82固定焊接在L形板81远离托板1的一端，固定杆83固定焊接在L形板81上，弹簧84套设在固定杆83上，滑杆85贯穿固定板82，滑杆85上与固定杆83相对的一侧面上设置有插槽87，固定杆83滑动连接在插槽87中，弹簧84的两端分别抵止在L形板81和滑杆85的端头上，在遇到障碍物时，防撞杆86与障碍物先接触，进而使得滑杆85在固定杆83上滑动，弹簧84进而被压缩，起到良好的缓冲作用，结构简单，安装方便，能够起到很好的保护效果，固定杆83、弹簧84和滑杆85均设置有两个，防撞杆86固定焊接在两个滑杆85上，使得滑杆85对防撞杆86具备足够的支撑强度，固定板82上贯穿安装有两个滑套10，两个滑杆85分别插接在相对应的滑套10的孔中，使得滑杆85滑动更加顺畅，插槽87的出口处和固定杆83位于插槽87的端头上均设置有限位凸块11，可避免滑杆85从固定杆83中脱出。
工作原理：具有该全向移动机器人底盘机构的机器人的全向移动控制方式如下：
四个直流伺服轮毂电机6的方向一致，并且与托板1平行朝向的情况下，机器人可以完成向前移动和向后移动；
当同步控制直流伺服转向电机3和直流伺服轮毂电机6同步运动，每个直流伺服转向电机3带动转向机构5旋转90度，四个直流伺服轮毂电机6的朝向和托板1是垂直的方向，在这种情况下，通过控制直流伺服轮毂电机6的运动，可以控制机器人左右横向移动；
当同步控制直流伺服转向电机3和直流伺服轮毂电机6同步运动，每个直流伺服转向电机3带动转向机构5旋转45度，四个直流伺服轮毂电机6的朝向和托板1是呈45度的方向，在这种情况下，通过控制直流伺服轮毂电机6的运动，可以控制机器人原地旋转。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，包括托板(1)，其特征在于：所述托板(1)的上表面上通过螺栓固定安装有四个电机安装架(2)，四个所述电机安装架(2)呈矩形状设置，所述电机安装架(2)上通过螺栓固定安装有直流伺服转向电机(3)，所述直流伺服转向电机(3)上固定安装有角度传感器(4)，所述托板(1)上转动安装有四个转向机构(5)，四个所述转向机构(5)分别位于四个直流伺服转向电机(3)的正下方；
所述转向机构(5)包括转向轴(51)和转向羊角(52)，所述转向轴(51)通过推力球轴承转动安装在托板(1)上，所述转向轴(51)的一端通过联轴器与直流伺服转向电机(3)的输出轴传动连接，所述转向羊角(52)通过螺栓固定安装在转向轴(51)的另一端上；
所述转向羊角(52)上固定安装有直流伺服轮毂电机(6)，所述直流伺服轮毂电机(6)上设置有轮胎(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述托板(1)的下表面中部固定焊接有至少一个电池安装架(9)。
3.根据权利要求1所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述转向机构(5)还包括液压弹簧阻尼减震器(53)，所述液压弹簧阻尼减震器(53)通过螺栓固定安装在转向轴(51)和转向羊角(52)之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述轮胎(7)采用真空胎。
5.根据权利要求1所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述托板(1)的侧面上固定安装有至少四个防撞机构(8)。
6.根据权利要求5所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述防撞机构(8)包括L形板(81)、固定板(82)、固定杆(83)、弹簧(84)、滑杆(85)和防撞杆(86)，所述L形板(81)通过螺钉固定安装在托板(1)的侧面上，所述固定板(82)固定焊接在L形板(81)远离托板(1)的一端，所述固定杆(83)固定焊接在L形板(81)上，所述弹簧(84)套设在固定杆(83)上，所述滑杆(85)贯穿固定板(82)，所述滑杆(85)上与固定杆(83)相对的一侧面上设置有插槽(87)，所述固定杆(83)滑动连接在插槽(87)中，所述弹簧(84)的两端分别抵止在L形板(81)和滑杆(85)的端头上。
7.根据权利要求6所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述固定杆(83)、弹簧(84)和滑杆(85)均设置有两个，所述防撞杆(86)固定焊接在两个滑杆(85)上。
8.根据权利要求7所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述固定板(82)上贯穿安装有两个滑套(10)，两个所述滑杆(85)分别插接在相对应的滑套(10)的孔中。
9.根据权利要求6所述的一种基于轮毂电机的全向移动机器人底盘机构，其特征在于：所述插槽(87)的出口处和固定杆(83)位于插槽(87)的端头上均设置有限位凸块(11)。
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