CN111572629A - 一种四轮独立转向的机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四轮独立转向的机器人底盘，包括车架、驱动机构、悬挂机构、转向机构以及控制机构，所述驱动机构、悬挂机构、转向机构和控制机构均连接在车架上，所述转向机构和驱动机构均与悬挂机构连接；所述悬挂机构包括连接在车架上的下悬架和上悬架、转向节、若干个关节轴承、连接在下悬架上的下悬架轴和减震器轴、连接在上悬架上的上悬架轴以及减震器，所述减震器的下端与减震器轴连接。该四轮独立转向的机器人底盘，四轮实现独立驱动、独立转向和独立悬挂，使得机器人底盘能原地旋转，具有前轮转向后轮驱动、四轮转向四轮驱动等多种运行方式，机器人底盘结构紧凑，运动方式自由，移动速度快，运动平稳，避障能力强。

Description

一种四轮独立转向的机器人底盘

技术领域

本发明属于机器人底盘技术领域，具体涉及一种四轮独立转向的机器人底盘。

背景技术

机器人底盘用于支撑整车部件，并可以控制机器人的前进、后退、转向等行进方式，机器人底盘在室外工作时，要求机器人底盘具有很好的通过性和较强的越障能力，需要实现小范围的转弯半径，能原地旋转。

现有机器人底盘大多采用两轮驱动加上一个或者多个从动轮，转向通过差速转向，这种转向方式会摩擦轮子，导致轮子的使用寿命大大缩短，而且一般通过差速转向的机器人底盘的避障能力不足，一旦遇到一些障碍则很容易会导致整个底盘倾倒。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种四轮独立转向的机器人底盘。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种四轮独立转向的机器人底盘，包括车架、驱动机构、悬挂机构、转向机构以及控制机构，所述驱动机构、悬挂机构、转向机构和控制机构均连接在车架上，所述转向机构和驱动机构均与悬挂机构连接；

所述悬挂机构包括连接在车架上的下悬架和上悬架、转向节、若干个关节轴承、连接在下悬架上的下悬架轴和减震器轴、连接在上悬架上的上悬架轴以及减震器，所述减震器的下端与减震器轴连接；

所述转向机构包括连接在车架上的电机固定板、设于电机固定板上的电机、连接在电机输出轴上的转向摆臂、连接在转向摆臂上的上关节轴承、连接在上关节轴承上的转向拉杆以及连接在转向拉杆上的下关节轴承，所述下关节轴承与转向节连接；

所述驱动机构包括若干个轮毂电机以及连接在轮毂电机上的车轮，所述轮毂电机的输出轴连接在转向节的中部位置。

作为本发明的进一步优化方案，所述车架包括垫块、下悬架板、上悬架板、电池板、减震器板、长方管、竖方管、短方管、横方管和小方管，所述车架上连接有车架下板和车架上板。

作为本发明的进一步优化方案，所述控制机构包括后轮驱动器、控制器、电池和前轮驱动器，所述后轮驱动器、控制器以及前轮驱动器均连接在车架上板上，所述电池连接在电池板上。

作为本发明的进一步优化方案，所述上悬架轴与上悬架板铰接，所述下悬架轴与下悬架板铰接，所述减震器的上端与减震器板连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述转向节上设有若干个连接孔，所述关节轴承的杆端和下关节轴承的杆端分别位于相对应的连接孔内，所述上悬架和下悬架分别与相对应的关节轴承的孔端连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述下关节轴承的孔端与转向拉杆的一端连接，所述转向拉杆的另一端与上关节轴承的孔端连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述转向摆臂上设有两个孔，所述上关节轴承的杆端和电机的输出轴分别位于转向摆臂上相对应的孔内。

作为本发明的进一步优化方案，所述转向拉杆的中部为六角柱杆，转向拉杆的两端均设有外螺纹。

本发明的有益效果在于：

1)本发明中机器人底盘的四轮可以达到独立驱动、独立转向和独立悬挂的效果，使得机器人底盘能原地旋转，具有前轮转向后轮驱动、四轮转向四轮驱动等多种运行方式，机器人底盘结构紧凑，运动方式自由，移动速度快，运动平稳，避障能力强；

2)本发明在进行转向时，通过前轮驱动器或后轮驱动器来控制相对应的电机工作，电机带动转向摆臂转动，转向摆臂带动上关节轴承移动，上关节轴承移动后带动转向拉杆移动并通过转向拉杆拉动或推动下关节轴承，因下关节轴承与转向节连接，因此下关节轴承移动后可以驱使转向节进行一定角度的偏转，并带动轮毂电机和车轮进行相同角度的偏转，来达到四轮独立驱动、独立转向和独立悬挂的效果；

3)本发明结构简单，稳定性高，设计合理，便于实现。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明车架的结构示意图；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明原地旋转的运动示意图；

图5是本发明后轮驱动的运动示意图；

图6是本发明四轮驱动的运动示意图。

图中：1、轮毂电机；2、下悬架；3、转向节；4、上悬架；5、关节轴承；6、下悬架轴；7、减震器轴；8、上悬架轴；9、减震器；10、后轮驱动器；11、控制器；12、电池；13、前轮驱动器；14、车架；15、下关节轴承；16、转向拉杆；17、上关节轴承；18、转向摆臂；19、电机；20、电机固定板；21、车架下板；22、车架上板；14-1、垫块；14-2、下悬架板；14-3、上悬架板；14-4、电池板；14-5、减震器板；14-6、长方管；14-7、竖方管；14-8、短方管；14-9、横方管；14-10、小方管。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如上述背景技术中所提及的，目前常见的机器人底盘大多采用两轮驱动加上一个或者多个从动轮，转向通过差速转向，这种转向方式会摩擦轮子，导致轮子的使用寿命大大缩短，而且一般通过差速转向的机器人底盘的避障能力不足，一旦遇到一些障碍则很容易会导致整个底盘倾倒，因此提出一种四轮独立驱动、独立转向和独立悬挂的机器人底盘。

实施例1

如图1-3所示，一种四轮独立转向的机器人底盘，包括车架14、驱动机构、悬挂机构、转向机构以及控制机构，驱动机构、悬挂机构、转向机构和控制机构均连接在车架14上，转向机构和驱动机构均与悬挂机构连接；

车架14包括垫块14-1、下悬架板14-2、上悬架板14-3、电池板14-4、减震器板14-5、长方管14-6、竖方管14-7、短方管14-8、横方管14-9和小方管14-10，车架14上连接有车架下板21和车架上板22，其中垫块14-1、下悬架板14-2、上悬架板14-3、电池板14-4、减震器板14-5、长方管14-6、竖方管14-7、短方管14-8、横方管14-9和小方管14-10之间均采用焊接的方式进行连接，具体连接结构图如图2所示；

整个底盘上设有四个驱动机构，驱动机构包括若干个轮毂电机1以及连接在轮毂电机1上的车轮，轮毂电机1的输出轴连接在转向节3的中部位置，轮毂电机1的输出轴穿过转向节3的中部，并通过螺母等固定件将轮毂电机1的输出轴固定在转向节3的中部位置，当转向节3进行一定角度的偏转时可以带动相应的轮毂电机1进行相同角度的偏转；

悬挂机构和驱动机构相对应设置，一个驱动机构上采用一个单独的悬挂机构进行对应搭设，悬挂机构包括连接在车架14上的下悬架2和上悬架4、转向节3、若干个关节轴承5、连接在下悬架2上的下悬架轴6和减震器轴7、连接在上悬架4上的上悬架轴8以及减震器9，减震器9的下端与减震器轴7连接，减震器9可以起到一定的减震效果；

转向机构包括连接在车架14上的电机固定板20、设于电机固定板20上的电机19、连接在电机19输出轴上的转向摆臂18、连接在转向摆臂18上的上关节轴承17、连接在上关节轴承17上的转向拉杆16以及连接在转向拉杆16上的下关节轴承15，下关节轴承15与转向节3连接；

上悬架轴8与上悬架板14-3铰接，下悬架轴6与下悬架板14-2铰接，减震器9的上端与减震器板14-5连接；转向节3上设有若干个连接孔，关节轴承5的杆端和下关节轴承15的杆端分别位于相对应的连接孔内，上悬架4和下悬架2分别与相对应的关节轴承5的孔端连接；下关节轴承15的孔端与转向拉杆16的一端连接，转向拉杆16的另一端与上关节轴承17的孔端连接；转向摆臂18上设有两个孔，上关节轴承17的杆端和电机19的输出轴分别位于转向摆臂18上相对应的孔内；转向拉杆16的中部为六角柱杆，转向拉杆16的两端均设有外螺纹，转向拉杆16用于连接上关节轴承17和下关节轴承16；

关节轴承5、下关节轴承15、上关节轴承17以及转动摆臂18处均可以实现转动；

控制机构包括后轮驱动器10、控制器11、电池12和前轮驱动器13，后轮驱动器10、控制器11以及前轮驱动器13均连接在车架上板22上，电池12连接在电池板14-4上，后轮驱动器10、控制器11、电池12和前轮驱动器13均为现有技术，具体型号可根据实际底盘大小进行适配性选择；

在进行转向时，通过前轮驱动器13或后轮驱动器10来控制相对应的电机19工作，电机19带动转向摆臂18转动，转向摆臂18带动上关节轴承17移动，上关节轴承17移动后带动转向拉杆16移动并通过转向拉杆16拉动或推动下关节轴承15，因下关节轴承15与转向节3连接，因此下关节轴承15移动后可以驱使转向节3进行一定角度的偏转，并带动轮毂电机1和车轮进行相同角度的偏转，达到四轮独立驱动、独立转向和独立悬挂的效果。

如图4-6所示，本发明中的机器人底盘可以进行原地旋转、前轮转向后轮驱动、四轮转向四轮驱动等多种运行方式，机器人底盘结构紧凑，运动方式自由，移动速度快，运动平稳，避障能力强。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种四轮独立转向的机器人底盘，包括车架(14)、驱动机构、悬挂机构、转向机构以及控制机构，所述驱动机构、悬挂机构、转向机构和控制机构均连接在车架(14)上，其特征在于：所述转向机构和驱动机构均与悬挂机构连接；

所述悬挂机构包括连接在车架(14)上的下悬架(2)和上悬架(4)、转向节(3)、若干个关节轴承(5)、连接在下悬架(2)上的下悬架轴(6)和减震器轴(7)、连接在上悬架(4)上的上悬架轴(8)以及减震器(9)，所述减震器(9)的下端与减震器轴(7)连接；

所述转向机构包括连接在车架(14)上的电机固定板(20)、设于电机固定板(20)上的电机(19)、连接在电机(19)输出轴上的转向摆臂(18)、连接在转向摆臂(18)上的上关节轴承(17)、连接在上关节轴承(17)上的转向拉杆(16)以及连接在转向拉杆(16)上的下关节轴承(15)，所述下关节轴承(15)与转向节(3)连接；

所述驱动机构包括若干个轮毂电机(1)以及连接在轮毂电机(1)上的车轮，所述轮毂电机(1)的输出轴连接在转向节(3)的中部位置。

2.根据权利要求1所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述车架(14)包括垫块(14-1)、下悬架板(14-2)、上悬架板(14-3)、电池板(14-4)、减震器板(14-5)、长方管(14-6)、竖方管(14-7)、短方管(14-8)、横方管(14-9)和小方管(14-10)，所述车架(14)上连接有车架下板(21)和车架上板(22)。

3.根据权利要求2所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述控制机构包括后轮驱动器(10)、控制器(11)、电池(12)和前轮驱动器(13)，所述后轮驱动器(10)、控制器(11)以及前轮驱动器(13)均连接在车架上板(22)上，所述电池(12)连接在电池板(14-4)上。

4.根据权利要求2所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述上悬架轴(8)与上悬架板(14-3)铰接，所述下悬架轴(6)与下悬架板(14-2)铰接，所述减震器(9)的上端与减震器板(14-5)连接。

5.根据权利要求1所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述转向节(3)上设有若干个连接孔，所述关节轴承(5)的杆端和下关节轴承(15)的杆端分别位于相对应的连接孔内，所述上悬架(4)和下悬架(2)分别与相对应的关节轴承(5)的孔端连接。

6.根据权利要求5所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述下关节轴承(15)的孔端与转向拉杆(16)的一端连接，所述转向拉杆(16)的另一端与上关节轴承(17)的孔端连接。

7.根据权利要求6所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述转向摆臂(18)上设有两个孔，所述上关节轴承(17)的杆端和电机(19)的输出轴分别位于转向摆臂(18)上相对应的孔内。

8.根据权利要求6所述的一种四轮独立转向的机器人底盘，其特征在于：所述转向拉杆(16)的中部为六角柱杆，转向拉杆(16)的两端均设有外螺纹。

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