CN111300483A - 底盘结构及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种底盘结构及具有其的机器人，底盘结构包括：盘体；行走组件，行走组件设置在盘体的下方，行走组件相对于预定水平面的正投影在盘体相对于预定水平面的正投影的范围内；其中，盘体的外周面具有朝向盘体的中部凹入的凹陷面结构，以使盘体通过凹陷面结构避让障碍物，以使盘体完成转弯动作,以解决现有技术中的底盘结构的移动空间受限的问题。

Description

底盘结构及具有其的机器人

技术领域

本发明涉及机械设计领域，具体而言，涉及一种底盘结构及具有其的机器人。

背景技术

在建筑领域中，建筑机器人的应用推广需要大量的移动式机器人底盘，而针对室内的应用场景，机器人的移动式底盘结构尺寸和布局均需要面对连续直角窄弯、窄门框等室内墙面的限制。

如图1所示，现有的AGV底盘结构对地面的正投影均为矩形，在遇到较小的直角弯时，需要利用底盘尺寸较小的AGV，但是这样降低了底盘的稳定性，使底盘结构的稳定性受限，此外，常规的AGV底盘在遇到较小的直角弯时，无法进行流畅地转弯，容易使底盘卡在转弯处，影响底盘的正常移动。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种底盘结构及具有其的机器人，以解决现有技术中的底盘结构的移动空间受限的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种底盘结构，包括：盘体；行走组件，行走组件设置在盘体的下方，行走组件相对于预定水平面的正投影在盘体相对于预定水平面的正投影的范围内；其中，盘体的外周面具有朝向盘体的中部凹入的凹陷面结构，以使盘体通过凹陷面结构避让障碍物，以使盘体完成转弯动作。

进一步地，盘体为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，凹陷面结构包括第一凹陷面和第二凹陷面，第一凹陷面和第二凹陷面相对于第一对称面对称设置。

进一步地，盘体为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，凹陷面结构包括第一凹陷面和第二凹陷面，第一凹陷面为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，第二凹陷面为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形。

进一步地，盘体为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，且盘体为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，第一对称面和第二对称面垂直设置。

进一步地，以第一对称面在盘体的一个盘面上的投影为X向轴线，以第二对称面在盘面上的投影为Y向轴线；以X向轴线和Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；凹陷面结构包括相对于X向轴线对称的第一凹陷面和第二凹陷面，第二凹陷面在盘面上的正投影所在的曲线的表达式为：

α₁＝-3Z+16；α₂＝27Z²-240Z+592；α₃＝12Z²-54Z+56；α₄＝-9Z+28；

其中，α1、α2、α3、α4和Z均为常数，R(X，Y)＝0。

进一步地，盘体为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，盘体包括相对于第一对称面对称设置的第一部分和第二部分，凹陷面结构设置在第一部分和/或第二部分上。

进一步地，盘体为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，第一对称面和第二对称面垂直设置，第一部分包括：第一轮廓面；第二轮廓面，第一轮廓面和第二轮廓面相对于第二对称面对称设置，第一轮廓面和第二轮廓面之间通过凹陷面结构连接。

进一步地，第一轮廓面包括依次连接的第一轮廓段、第二轮廓段和第三轮廓段，凹陷面结构与第一轮廓段连接。

进一步地，第二轮廓段包括圆弧面且圆弧面的轴心线位于圆弧面靠近第一对称面的一侧；其中，圆弧面的直径小于圆弧面的轴心线与第二对称面之间的垂直距离。

进一步地，第二轮廓段的圆弧面在盘体的盘面上的正投影为圆弧线，圆弧线的圆心角为：2×β，其中

进一步地，以第一对称面在盘体的一个盘面上的投影为X向轴线，以第二对称面在盘面上的投影为Y向轴线；以X向轴线和Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；第一轮廓段在盘面上的正投影所在的曲线的表达式为：

γ₁＝-3Z+14；γ₂＝-Z+4；γ₃＝-27Z²+156Z-190；γ₄＝8Z²-26Z+8；

γ₅＝9Z-20；

其中，γ1、γ2、γ3、γ4、γ5和Z均为常数，Q(X，Y)＝0。

进一步地，以第一对称面在盘体的一个盘面上的投影为X向轴线，以第二对称面在盘面上的投影为Y向轴线；以X向轴线和Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；第三轮廓段在盘体上的正投影所在的曲线的表达式为：P(X，Y)＝(X²+Y²-8)³-216(Y-X)²，其中，P(X，Y)＝0。

进一步地，行走组件包括：舵轮，舵轮安装在盘体的底面上，以带动盘体行走；万向轮，万向轮安装在盘体的底面上，万向轮位于盘体的中部。

进一步地，底盘结构还包括：导向轮，导向轮设置在盘体的表面，导向轮具有与障碍物接触的导向面；其中，导向轮为至少一个，导向轮沿盘体的边缘轮廓设置；防撞条，防撞条安装在盘体的侧面上并环绕盘体设置，以优先于盘体与障碍物接触。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括底盘结构，底盘结构为上述的底盘结构。

应用本发明的技术方案，底盘结构包括盘体和行走组件，行走组件设置在盘体的下方，行走组件相对于预定水平面的正投影在盘体相对于预定水平面的正投影的范围内；其中，盘体的外周面具有朝向盘体的中部凹入的凹陷面结构，以使盘体通过凹陷面结构避让障碍物，以使盘体完成转弯动作。这样设置能够保证底盘结构能够顺利通过直角弯的情况下，底盘机构具有较大的投影面积，增加了底盘结构的稳定性，同时使底盘结构的移动空间不会受限，使底盘结构能够灵活地在直角弯处进行转弯，同时避免了底盘结构的盘体与障碍物发生碰撞，损坏盘体。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中底盘结构的示意图；

图2示出了根据本发明的底盘结构的轮廓线示意图；

图3示出了根据本发明的底盘结构的实施例的结构示意图；

图4示出了根据本发明的底盘结构的仰视图；

图5示出了根据本发明的底盘结构的俯视图；

图6示出了根据本发明的底盘结构的工作状态图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、盘体；10、第一部分；11、第二部分；101、第一凹陷面；102、第二凹陷面；103、第一轮廓面；104、第二轮廓面；106、第一轮廓段；107、第二轮廓段；108、第三轮廓段；

2、行走组件；20、舵轮；21、万向轮；3、导向轮；4、防撞条。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了一种底盘结构，请参考图2至图6，包括：盘体1；行走组件2，行走组件2设置在盘体1的下方，行走组件2相对于预定水平面的正投影在盘体1相对于预定水平面的正投影的范围内；其中，盘体1的外周面具有朝向盘体1的中部凹入的凹陷面结构，以使盘体1通过凹陷面结构避让障碍物，以使盘体完成转弯动作。

根据本发明提供的底盘结构，包括盘体1和行走组件2，行走组件2设置在盘体1的下方，行走组件2相对于预定水平面的正投影在盘体1相对于预定水平面的正投影的范围内；其中，盘体1的外周面具有朝向盘体1的中部凹入的凹陷面结构，以使盘体1通过凹陷面结构避让障碍物，以使盘体完成转弯动作。这样设置能够保证底盘结构能够顺利通过直角弯的情况下，底盘机构具有较大的投影面积，增加了底盘结构的稳定性，同时使底盘结构的移动空间不会受限，使底盘结构能够灵活地在直角弯处进行转弯，同时避免了底盘结构的盘体1与障碍物发生碰撞，损坏盘体。

在这里需要说明的是，盘体1的外周面为围成盘体轮廓的面体，优选地，盘体的盘面为水平面，盘体的外周面所在平面与盘面所在的平面垂直。

在本发明提供的实施例中，盘体1为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，凹陷面结构包括第一凹陷面101和第二凹陷面102，第一凹陷面101和第二凹陷面102相对于第一对称面对称设置。这样设置使盘体1无需受放置方向的限制，使盘体在任意放置位置上，可以通过第一凹陷面101和/或第二凹陷面102避让障碍物实现转弯。

为了进一步地优化盘体1的转弯行走效果，盘体1为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，凹陷面结构包括第一凹陷面101和第二凹陷面102，第一凹陷面101为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，第二凹陷面102为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形。

具体地，盘体1为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，且盘体1为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，第一对称面和第二对称面垂直设置。

以第一对称面在盘体1的一个盘面上的投影为X向轴线，以第二对称面在盘面上的投影为Y向轴线；以X向轴线和Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；凹陷面结构包括相对于X向轴线对称的第一凹陷面101和第二凹陷面102，第二凹陷面102在盘面上的正投影所在的曲线的表达式为：

α₁＝-3Z+16；

α₂＝27Z²-240Z+592；

α₃＝-12Z²-54Z+56；

α₄＝-9Z+28；

其中，α1、α2、α3、α4和Z均为常数，R(X，Y)＝0。

在本发明提供的实施例中，如图2所示，盘体1为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，盘体1包括相对于第一对称面对称设置的第一部分10和第二部分11，凹陷面结构设置在第一部分10和/或第二部分11上。

盘体1为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，第一对称面和第二对称面垂直设置，第一部分10包括：第一轮廓面103；第二轮廓面104，第一轮廓面103和第二轮廓面104相对于第二对称面对称设置，第一轮廓面103和第二轮廓面104之间通过凹陷面结构连接。

第一轮廓面103包括依次连接的第一轮廓段106、第二轮廓段107和第三轮廓段108，凹陷面结构与第一轮廓段106连接。

第二轮廓段107包括圆弧面且圆弧面的轴心线位于圆弧面靠近第一对称面的一侧；其中，圆弧面的直径小于圆弧面的轴心线与第二对称面之间的垂直距离。

第二轮廓段107的圆弧面在盘体1的盘面上的正投影为圆弧线，圆弧线的圆心角为：2×β，其中

如图2所示，第二轮廓段107的正投影的圆弧线对应图中线段σ₁₆σ₁₇。

以第一对称面在盘体1的一个盘面上的投影为X向轴线，以第二对称面在盘面上的投影为Y向轴线；以X向轴线和Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；第一轮廓段106在盘面上的正投影所在的曲线的表达式为：

γ₁＝-3Z+14；

γ₂＝-Z+4；

γ₃＝-27Z²+156Z-190；

γ⁴＝8Z2+26Z+8；

γ⁵＝9Z-20；

其中，γ1、γ2、γ3、γ4、γ5和Z均为常数，Q(X，Y)＝0。

以第一对称面在盘体1的一个盘面上的投影为X向轴线，以第二对称面在盘面上的投影为Y向轴线；以X向轴线和Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；第三轮廓段108在盘体上的正投影所在的曲线的表达式为：

P(X，Y)＝(X²+Y²-8)³-216(Y-X)²，其中，P(X，Y)＝0。

在这里需要说明的是，如图2所示，第三轮廓段108为图中曲线段σ₁₈，曲线段σ₁₈和曲线段σ₉为落在表达式P(X，Y)＝0的曲线上的一部分。

行走组件2包括：舵轮20，舵轮20安装在盘体1的底面上，以带动盘体1行走；万向轮21，万向轮21安装在盘体1的底面上，万向轮21位于盘体1的中部。舵轮20具有驱动部，能够驱动盘体1行走或转向，舵轮20为多个，多个舵轮20分为两组，两组舵轮分别设置在盘体的第一部分和第二部分。将万向轮21设置在盘体1的中部，能够减少盘体1受压后的绕度。

底盘结构还包括：导向轮3，导向轮3设置在盘体1的表面，导向轮3具有与障碍物接触的导向面；其中，导向轮3为至少一个，导向轮3设置在盘体1的轮廓边缘；防撞条4，防撞条4安装在盘体1的侧面上并环绕盘体1设置，以优先于盘体1与障碍物接触。其中，导向轮3的导向面与直角弯的墙面相切，以辅助盘体1进行转向。防撞条4可以设为电子防撞条，在与障碍物碰撞时使盘体1停止移动。

在具体设计的过程中，将盘体1的轮廓线分为σ₁至σ₁₈共18段曲线拼接而成，保持盘体相对于第一对称面在盘面上的投影X向轴线对称，相对于第二对称面在盘面上的投影Y向轴线对称，其中，曲线段σ₉和σ₁₈的表达式为P(X，Y)＝0，曲线段σ₁和σ₁₀的表达式为-P(X，Y)＝0；曲线段σ₂σ₃、σ₇σ₈、σ₁₁σ₁₂和σ₁₆σ₁₇为圆弧段，σ₂σ₃、和σ₁₆σ₁₇是以O₂点为圆心的圆弧线段，σ₇σ₈和σ₁₁σ₁₂是以O₁点为圆心的圆弧线段；曲线段σ₄的表达式为Q(X，Y)＝0，曲线段σ₁₅为上述实施例中的第一轮廓段106，曲线段σ₆与σ₄关于Y轴对称，曲线段σ₁₃与σ₁₅关于Y轴对称；曲线段σ₅的表达式为R(X，Y)＝0，曲线段σ₁₄与曲线段σ₅关于X轴对称。盘体1的总长度为λ，圆心点O₁与坐标原点的距离为λ/4，圆心点O₁与轮廓端点的距离为λ/4。在进行转弯的过程中，曲线段σ₁₇、σ₁₈保持与墙面相切的情况下，在盘体旋转一定角度后，曲线段σ₄、σ₅与内侧墙面相切，随后继续旋转至90°使出转角。在这里需要说明的是，本发明提供的实施例是以直角弯的单位尺寸为1进行计算，在不同尺寸的直角弯下，需要以本发明中提供的计算公式进行扩大或缩小。

进一步地，将第二轮廓段107分为曲线段σ₁₆和σ₁₇，曲线段σ₁₆的圆心角为β，曲线段σ₁₇的圆心角为β，其中，曲线段σ₁₆与曲线段σ₁₅的连接处的切线连接至曲线段σ₁₀与Y轴的交点处，将曲线段σ₁₂的端点与曲线段σ₁₆的端点连接，与上述切线的夹角为β。

本发明还提供了一种机器人，包括底盘结构，底盘结构为上述实施例的底盘结构。

在这里需要说明的是，本发明提供的底盘结构的轮廓线的方程，是对单位宽度直角弯中，底盘的横截面积最大的解，因此，底盘的轮廓形状不局限于本发明的实施例中的轮廓形状，只要是正投影的范围在本发明的底盘结构的正投影的范围内的底盘结构，均具备通过直角弯道的功能。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

根据本发明提供的底盘结构，包括盘体1和行走组件2，行走组件2设置在盘体1的下方，行走组件2相对于预定水平面的正投影在盘体1相对于预定水平面的正投影的范围内；其中，盘体1的外周面具有朝向盘体1的中部凹入的凹陷面结构，以使盘体1通过凹陷面结构避让障碍物，以使盘体完成转弯动作。这样设置能够保证底盘结构能够顺利通过直角弯的情况下，底盘机构具有较大的投影面积，增加了底盘结构的稳定性，同时使底盘结构的移动空间不会受限，使底盘结构能够灵活地在直角弯处进行转弯，同时避免了底盘结构的盘体1与障碍物发生碰撞，损坏盘体。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (15)

1.一种底盘结构，其特征在于，包括：

盘体；

行走组件，所述行走组件设置在所述盘体的下方，所述行走组件相对于预定水平面的正投影在所述盘体相对于所述预定水平面的正投影的范围内；

其中，所述盘体的外周面具有朝向所述盘体的中部凹入的凹陷面结构，以使所述盘体通过所述凹陷面结构避让障碍物，以使所述盘体完成转弯动作。

2.根据权利要求1所述的底盘结构，其特征在于，所述盘体为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，所述凹陷面结构包括第一凹陷面和第二凹陷面，所述第一凹陷面和所述第二凹陷面相对于所述第一对称面对称设置。

3.根据权利要求1所述的底盘结构，其特征在于，所述盘体为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，所述凹陷面结构包括第一凹陷面和第二凹陷面，所述第一凹陷面为相对于所述第二对称面对称设置的面对称空间图形，所述第二凹陷面为相对于所述第二对称面对称设置的面对称空间图形。

4.根据权利要求1所述的底盘结构，其特征在于，所述盘体为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，且所述盘体为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，所述第一对称面和所述第二对称面垂直设置。

5.根据权利要求4所述的底盘结构，其特征在于，以所述第一对称面在所述盘体的一个盘面上的投影为X向轴线，以所述第二对称面在所述盘面上的投影为Y向轴线；以所述X向轴线和所述Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；所述凹陷面结构包括相对于X向轴线对称的第一凹陷面和第二凹陷面，所述第二凹陷面在盘面上的正投影所在的曲线的表达式为：

α₁＝-3Z+16；

α₂＝27Z²-240Z+592；

α₃＝12Z²-54Z+56；

α₄＝-9Z+28；

其中，α₁、α₂、α₃、α₄和Z均为常数，R(X，Y)＝0。

6.根据权利要求1所述的底盘结构，其特征在于，所述盘体为相对于第一对称面对称设置的面对称空间图形，所述盘体包括相对于所述第一对称面对称设置的第一部分和第二部分，所述凹陷面结构设置在所述第一部分和/或所述第二部分上。

7.根据权利要求6所述的底盘结构，其特征在于，所述盘体为相对于第二对称面对称设置的面对称空间图形，所述第一对称面和所述第二对称面垂直设置，所述第一部分包括：

第一轮廓面；

第二轮廓面，所述第一轮廓面和所述第二轮廓面相对于所述第二对称面对称设置，所述第一轮廓面和所述第二轮廓面之间通过所述凹陷面结构连接。

8.根据权利要求7所述的底盘结构，其特征在于，所述第一轮廓面包括依次连接的第一轮廓段、第二轮廓段和第三轮廓段，所述凹陷面结构与所述第一轮廓段连接。

9.根据权利要求8所述的底盘结构，其特征在于，所述第二轮廓段包括圆弧面且所述圆弧面的轴心线位于所述圆弧面靠近所述第一对称面的一侧；其中，所述圆弧面的直径小于所述圆弧面的轴心线与所述第二对称面之间的垂直距离。

10.根据权利要求9所述的底盘结构，其特征在于，所述第二轮廓段的圆弧面在所述盘体的盘面上的正投影为圆弧线，所述圆弧线的圆心角为：

2×β，其中

11.根据权利要求8所述的底盘结构，其特征在于，以所述第一对称面在所述盘体的一个盘面上的投影为X向轴线，以所述第二对称面在所述盘面上的投影为Y向轴线；以所述X向轴线和所述Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；所述第一轮廓段在盘面上的正投影所在的曲线的表达式为：

γ₁＝-3Z+14；

γ₂＝-Z+4；

γ₃＝-27Z²+156Z-190；

γ₄＝8Z2-26^Z+8；

γ₅＝9Z-20；

其中，γ₁、γ₂、γ₃、γ₄、γ₅和Z均为常数，Q(X，Y)＝0。

12.根据权利要求8所述的底盘结构，其特征在于，以所述第一对称面在所述盘体的一个盘面上的投影为X向轴线，以所述第二对称面在所述盘面上的投影为Y向轴线；以所述X向轴线和所述Y向轴线的交点为坐标原点O，建立直角坐标系X-Y；所述第三轮廓段在所述盘体上的正投影所在的曲线的表达式为：

P(X，Y)＝(X²+Y²-8)³-216(Y-X)²，其中，P(X，Y)＝0。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的底盘结构，其特征在于，所述行走组件包括：

舵轮，所述舵轮安装在所述盘体的底面上，以带动所述盘体行走；

万向轮，所述万向轮安装在所述盘体的底面上，所述万向轮位于所述盘体的中部。

14.根据权利要求1至12中任一项所述的底盘结构，其特征在于，所述底盘结构还包括：

导向轮，所述导向轮设置在所述盘体的表面，所述导向轮具有与障碍物接触的导向面；其中，所述导向轮为至少一个，所述导向轮设置在所述盘体的轮廓边缘；

防撞条，所述防撞条安装在所述盘体的侧面上并环绕所述盘体设置，以优先于所述盘体与障碍物接触。

15.一种机器人，包括底盘结构，其特征在于，所述底盘结构为权利要求1至14中任一项所述的底盘结构。

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