CN111361653A - 一种四轮移动机器人底盘及四轮移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机器人技术领域，具体公开一种四轮移动机器人底盘以及四轮移动机器人。四轮移动机器人底盘包括前转向轮系、后驱动轮系、车架体以及减震器；车架体的一端设有第一铰接座，前转向轮系通过第一铰接座与车架体连接；车架体的另一端设有第二铰接座，后驱动轮系通过第二铰接座与车架体连接；减震器与车架体、前转向轮系以及后驱动轮系连接，前转向轮系在减震器的作用下绕第一铰接座上下摆动，后驱动轮系在减震器的作用下绕第二铰接座上下摆动。本发明的四轮移动机器人底盘采用非独立悬挂系统，悬挂系统与车架体之间增加铰接座，在弹簧减震器的作用下，可使底盘在通过坑洼复杂路况时，保证车轮均匀着地。

Description

一种四轮移动机器人底盘及四轮移动机器人

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，特别涉及一种四轮移动机器人底盘及四轮移动机器人。

背景技术

随着科学技术的不断进步，智能装备逐渐走进人们的生活中，代替人们做一些简单重复性较强的工作。比如户外移动机器人可代替人们进行园区巡检、室外物品运送等工作，因此需要设计一种适用于此类移动机器人的底盘结构。

现有方案大多数使用四轮驱动，四轮差速转向式移动底盘，此方案室内使用较为适宜。但户外路面较为复杂，四轮差速转向摩擦力较大，转弯时所需驱动电机功率过大，从而造成制造成本高，耗电量大，续航能力过短。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种新型结构的四轮移动机器人底盘。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种四轮移动机器人底盘，所述四轮移动机器人底盘包括前转向轮系、后驱动轮系、车架体以及减震器；所述车架体的一端设有第一铰接座，所述前转向轮系通过所述第一铰接座与所述车架体连接；所述车架体的另一端设有第二铰接座，所述后驱动轮系通过所述第二铰接座与所述车架体连接；所述减震器与所述车架体、所述前转向轮系以及后驱动轮系连接，所述前转向轮系在所述减震器的作用下绕所述第一铰接座上下摆动，所述后驱动轮系在所述减震器的作用下绕所述第二铰接座上下摆动。

一些实施例中，所述前转向轮系包括两个前车轮、第一连接座、转向车桥以及转轴，两个前车轮分别通过所述转轴与所述转向车桥连接，所述第一连接座固定在所述转向车桥上；所述转向车桥包括转向动力装置。

一些实施例中，所述后驱动轮系包括两个后车轮、编码器、第二连接座、差速器、行走驱动电机以及支撑梁；所述编码器固定在所述支撑梁上，通过齿轮副与后车轮相连；两个后车轮分别固定在所述差速器的输出轴轴端，所述行走驱动电机与所述差速器的输入轴轴端相连接，所述支撑梁固定在所述差速器上，所述第二连接座固定在所述支撑梁上。

一些实施例中，所述减震器为弹簧减震器。

一些实施例中，所述弹簧减震器包括一端与所述车架体连接的第一弹簧减震器、一端与所述车架体连接的第二弹簧减震器、一端与所述车架体连接的第三弹簧减震器以及一端与所述车架体连接的第四弹簧减震器；所述第一弹簧减震器的另一端以及所述第二弹簧减震器的另一端均与所述第一连接座连接，所述第三弹簧减震器的另一端以及所述第四弹簧减震器的另一端均与所述第二连接座连接。

一些实施例中，所述弹簧减震器包括一端通过第一销轴与所述车架体连接的第一弹簧减震器、一端通过第二销轴与所述车架体连接的第二弹簧减震器、一端通过第三销轴与所述车架体连接的第三弹簧减震器以及一端通过第四销轴与所述车架体连接的第四弹簧减震器；所述第一弹簧减震器的另一端以及所述第二弹簧减震器的另一端分别通过第五销轴和第六销轴与所述第一连接座连接，所述第三弹簧减震器的另一端以及所述第四弹簧减震器的另一端分别通过第七销轴和第八销轴与所述第二连接座连接。

一些实施例中，所述第一铰接座包括第一下支座、第一上支座以及第一铰轴，所述第一下支座和所述第一上支座均可绕所述第一铰轴摆动。

一些实施例中，所述第二铰接座包括第二下支座、第二上支座以及第二铰轴，所述第二下支座和所述第二上支座均可绕所述第二铰轴摆动。

再另一方面，本发明提供一种四轮移动机器人，所述四轮移动机器人包括上述的四轮移动机器人底盘。

本发明的有益效果在于：本发明的四轮移动机器人底盘中，前转向轮系包括两个前车轮、第一连接座、转向车桥以及转轴，两前车轮分别通过转轴与转向车桥连接，转弯时，在转向车桥作用下，可使左前车轮和右前车轮绕转轴转动一定角度，以到达使整个底盘的四个车轮绕同一个圆心旋转的目的；通过采用这种车轮偏转的方式实现转弯功能，使车辆在转弯时车轮与地面之间为滚动摩擦，而非静摩擦，可降低车轮与地面之间的磨损程度；同时，后驱动轮系包括两个后车轮、编码器、第二连接座、差速器、行走驱动电机以及支撑梁，两后车轮通过键连接固定在差速器的两个输出轴端，行走驱动电机与差速器输入轴端相连接，支撑梁通过螺栓固定在差速器上，第二连接座通过螺栓固定在支撑梁上；后轮驱动系统采用差速器，可在转弯时为后面两个车轮提供不同的驱动转速，解决了非转向轮系在转弯时车轮的转速差问题，从而使整个底盘的行走动力可仅由一个电机提供，提高了电池的续航能力。整体而言，本发明的四轮移动机器人底盘采用非独立悬挂系统，悬挂系统与车架体之间增加铰接座，在弹簧减震器的作用下，可使底盘在通过坑洼复杂路况时，保证车轮均匀着地。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的四轮移动机器人底盘的正视结构示意图。

图2为根据本发明一个实施例的四轮移动机器人底盘的后视结构示意图。

图3为根据本发明一个实施例的后驱动轮系的结构示意图。

图4为根据本发明的一个实施例的前转向轮系的结构示意图。

图5为根据本发明的一个实施例的铰接座的结构示意图。

附图标记：

1、后驱动轮系，2、车架体，3、前转向轮系，4、弹簧减震器，5、第二铰接座，6、销轴，11、后车轮，12、编码器，13、第二连接座，14、差速器，15、行走驱动电机，16、支撑梁，21、转向车桥，22、转轴，31、前车轮，33、第一连接座，51、第二下支座，52、第二上支座，53、第二铰轴，61、第一销轴，62、第五销轴

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

首先参考图1和图2，示出根据本发明一个实施例的四轮移动机器人底盘。四轮移动机器人底盘包括前转向轮系3、后驱动轮系1、车架体2以及减震器4；车架体2的一端设有第一铰接座(图中未示出)，前转向轮系3通过第一铰接座与车架体2连接；车架体2的另一端设有第二铰接座5，后驱动轮系1通过第二铰接座5与车架体2连接；减震器与车架体2、前转向轮系3以及后驱动轮系1连接，前转向轮系3在减震器的作用下绕第一铰接座上下摆动，后驱动轮系1在减震器的作用下绕第二铰接座5上下摆动。

如图3所示，具体实施例中，后驱动轮系1包括两个后车轮11、编码器12、第二连接座13、差速器14、行走驱动电机15以及支撑梁16；两个后车轮11分别通过键连接固定在差速器14的输出轴轴端，行走驱动电机15与差速器14的输入轴轴端相连接，支撑梁16通过螺栓或其他方式固定在差速器14上，第二连接座13通过螺栓或其他方式固定在支撑梁16上；编码器12通过螺栓或其他方式固定在支撑梁16上，可通过齿轮副传动实时反馈两个后车轮11的转速。

如图4所示，具体实施例中，前转向轮系3包括两个前车轮31、第一连接座33、转轴22以及转向车桥21，两个前车轮31分别通过转轴22与转向车桥21连接，第一连接座33通过螺栓或其他方式固定在转向车桥21上。转向车桥21自带转向动力装置，使得整个四轮移动机器人底盘无需再额外加装转向动力装置。转弯时，在转向车桥21作用下，使得两个前车轮31绕转轴22转动一定角度，从而实现转弯功能。

在一些实施例中，减震器为弹簧减震器4。弹簧减震器4有四个，具体包括一端与车架体2连接的第一弹簧减震器、一端与车架体2连接的第二弹簧减震器、一端与车架体2连接的第三弹簧减震器以及一端与车架体2连接的第四弹簧减震器；其中，第一弹簧减震器的另一端以及第二弹簧减震器的另一端均与第一连接座连接33，第三弹簧减震器的另一端以及第四弹簧减震器的另一端均与第二连接座13连接。

具体实施例中，弹簧减震器4与车架体2以及第一连接座33和第二连接座13之间的连接可以采用各种连接方式，优选可采用销轴连接。四个弹簧减震器4的一端分别与车架体2上的四个铰点通过四个销轴连接，第一弹簧减震器的另一端和第二弹簧减震器的另一端，分别通过两个销轴连接在前转向轮系3的第一连接座33上；第三弹簧减震器的另一端以及第四弹簧减震器的另一端，分别通过另外两个销轴连接在后驱动轮系1的第二连接座13上。具体的，四个弹簧减震器4分别为：一端通过第一销轴61与车架体2连接的第一弹簧减震器、一端通过第二销轴与车架体2连接的第二弹簧减震器、一端通过第三销轴与车架体2连接的第三弹簧减震器以及一端通过第四销轴与车架体2连接的第四弹簧减震器；第一弹簧减震器的另一端以及第二弹簧减震器的另一端分别通过第五销轴62和第六销轴与第一连接座33连接，第三弹簧减震器的另一端以及第四弹簧减震器的另一端分别通过第七销轴和第八销轴与第二连接座13连接。

具体实施例中，后驱动轮系1可在第三弹簧减震器和第四弹簧减震器的作用下，绕第二铰接座5摆动；前转向轮系1可在第一弹簧减震器和第二弹簧减震器的作用下，绕第一铰接座摆动。

如图5所示，具体实施例中，第二铰接座5包括第二下支座51、第二上支座52以及第二铰轴53，第二下支座51和第二上支座52均可绕第二铰轴53摆动。同样的，第一铰接座也包括第一下支座、第一上支座以及第一铰轴，第一下支座和第一上支座均可绕第一铰轴摆动。

在一些实施例中，弹簧减震器4还可以为其他数量，例如，可通过增加弹簧减震器4的数量来提高底盘承载能力，具体的，在前转向轮系的3两端各增加一个第一连接座33，在后驱动轮系1的两端各增加一个第二连接座13，同样，在车架体2上再增加四个弹簧减震器铰接点，即同时安装八个弹簧减震器4，从而大幅度提高整个四轮移动机器人底盘的负载能力。

在一些实施例中，四轮移动机器人底盘中的减震器还可采用油压减震器。油压减震器带阻尼特性，通过采用油压减震器，使得本发明的四轮移动机器人底盘在经过不平路面时，能够更好的减少车轮受较大冲击时的振动。另外，还可以根据经济性和适用性选择其他类型的减震器。

如图1所示，本发明的四轮移动机器人底盘在运动时，其行走动力来源于后驱动轮系1，具体的，行走驱动电机15通过差速器14将动力传递至两后车轮11上，后车轮11与地面的摩擦力可使底盘做前进或后退直线运动；当车辆转弯时，由转向车桥21提供转向动力，在转向车桥21作用下，可使两前车轮31绕转轴22转动一定角度，以到达使整个底盘的四个车轮绕同一个圆心旋转的目的，整个底盘的行走动力仅由一个电机提供，节省能耗，最终实现整个车辆底盘的转弯功能。

本发明的四轮移动机器人底盘中，前轮为转向车轮，后轮为驱动车轮，可实现在行进过程中小半径转弯；前轮转向系统通过车轮偏转的方式实现转弯功能，转弯时车轮与地面之间为滚动摩擦，而非静摩擦；后轮驱动系统采用差速器，解决了非转向轮系在转弯时车轮的转速差问题，而且整个底盘的行走动力可设计成只由一个电动机提供，提高了电池的续航能力。本发明的四轮移动机器人底盘采用非独立悬挂系统，结构简单，安装方便，可在多种用途的户外轮式移动机器人上使用；悬挂系统与车架体之间采用铰接座进行连接，在弹簧减震器的作用下，可使底盘在通过坑洼复杂路况时，保证车轮均匀着地，前后车轮均能与地面接触。

再另一方面，本发明具体实施例还提供一种四轮移动机器人，四轮移动机器人包括上述的四轮移动机器人底盘，同样的，四轮移动机器人按照底盘的行走和转弯方式实现行走和转弯，整体成本更低，耗电量更小。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述四轮移动机器人底盘包括前转向轮系、后驱动轮系、车架体以及减震器；所述车架体的一端设有第一铰接座，所述前转向轮系通过所述第一铰接座与所述车架体连接；所述车架体的另一端设有第二铰接座，所述后驱动轮系通过所述第二铰接座与所述车架体连接；所述减震器与所述车架体、所述前转向轮系以及后驱动轮系连接，所述前转向轮系在所述减震器的作用下绕所述第一铰接座上下摆动，所述后驱动轮系在所述减震器的作用下绕所述第二铰接座上下摆动。

2.如权利要求1所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述前转向轮系包括两个前车轮、第一连接座、转向车桥以及转轴，两个前车轮分别通过所述转轴与所述转向车桥连接，所述第一连接座固定在所述转向车桥上；所述转向车桥包括转向动力装置。

3.如权利要求1所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述后驱动轮系包括两个后车轮、编码器、第二连接座、差速器、行走驱动电机以及支撑梁；所述编码器固定在所述支撑梁上，通过齿轮副与后车轮相连；两个后车轮分别固定在所述差速器的输出轴轴端，所述行走驱动电机与所述差速器的输入轴轴端相连接，所述支撑梁固定在所述差速器上，所述第二连接座固定在所述支撑梁上。

4.如权利要求1所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述减震器为弹簧减震器。

5.如权利要求4所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述弹簧减震器包括一端与所述车架体连接的第一弹簧减震器、一端与所述车架体连接的第二弹簧减震器、一端与所述车架体连接的第三弹簧减震器以及一端与所述车架体连接的第四弹簧减震器；所述第一弹簧减震器的另一端以及所述第二弹簧减震器的另一端均与所述第一连接座连接，所述第三弹簧减震器的另一端以及所述第四弹簧减震器的另一端均与所述第二连接座连接。

6.如权利要求5所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述弹簧减震器包括一端通过第一销轴与所述车架体连接的第一弹簧减震器、一端通过第二销轴与所述车架体连接的第二弹簧减震器、一端通过第三销轴与所述车架体连接的第三弹簧减震器以及一端通过第四销轴与所述车架体连接的第四弹簧减震器；所述第一弹簧减震器的另一端以及所述第二弹簧减震器的另一端分别通过第五销轴和第六销轴与所述第一连接座连接，所述第三弹簧减震器的另一端以及所述第四弹簧减震器的另一端分别通过第七销轴和第八销轴与所述第二连接座连接。

7.如权利要求1所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述第一铰接座包括第一下支座、第一上支座以及第一铰轴，所述第一下支座和所述第一上支座均可绕所述第一铰轴摆动。

8.如权利要求1所述的四轮移动机器人底盘，其特征在于，所述第二铰接座包括第二下支座、第二上支座以及第二铰轴，所述第二下支座和所述第二上支座均可绕所述第二铰轴摆动。

9.一种四轮移动机器人，其特征在于，所述四轮移动机器人包括权利要求1-8中任意一项所述的四轮移动机器人底盘。

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