CN111891255A - 轮式机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮式机器人，属于机器人技术领域。它解决了现有的轮式机器人不利于运载货物、适用范围小的问题。本轮式机器人，包括底座以及设于底座上方的与底座相对固定的货盘，底座的左侧设有左车轮，其右侧设有与左车轮同轴设置的右车轮，底座上设有配重单元，货盘与底座之间设有用于驱动配重单元前后运动的驱动组件。本发明具有可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，货盘不会发生倾斜，有利于运载货物，而且具有结构设计合理、负载能力强、行驶稳定性好以及功能性强等优点。

Description

轮式机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种轮式机器人。

背景技术

当前，全自动运输机器人的应用越来越广泛，其优势是：可替代越来越高的人力成本，耐用度高、无疲倦感，可在污染环境与危险环境中执行任务，而且可代替人工执行对人体有伤害的任务。现有的运输机器人大都为四轮驱动，或者是万向轮辅助驱动轮进行驱动，底盘尺寸大、造价高，所需的行走空间大，不利于机器人的腾挪转移。

为此，中国专利公开了一种多自由度可变重心两轮机器人[授权公告号为CN102923204B]，该机器人在常见的两轮机器人的基础上进行改造，增加了两个自由度，用以改变重心，从而在运动中更好维持两轮车的平衡，其中一个自由度是两轮机器人上的承载滑块，通过调节机器人载物板上的滑块位置改变重心位置。

虽然上述的机器人可通过改变滑块的位置来调节重心，但滑块位于机器人的最上部，当滑块的位置改变时需改变机器人的倾斜状态来维持平衡，不利于货物的运载，适用范围小。而且需要额外增加配重(滑块)，导致质量较重。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种有利于对货物进行运载的轮式机器人。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

轮式机器人，包括底座以及设于底座上方的与底座相对固定的货盘，所述底座的左侧设有左车轮，其右侧设有与左车轮同轴设置的右车轮，所述的底座上设有配重单元，所述的货盘与底座之间设有用于驱动配重单元前后运动的驱动组件。

由于左车轮与右车轮同轴，两者的中轴线共线。当机器人处于平衡状态时，底座与货盘的上表面与水平面平齐。当放入货物后，可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，货盘不会发生倾斜，有利于运载货物。

当货盘上未放置货物时，由底座、货盘、配重单元和驱动组件构成的整体的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线上，机器人保持平衡状态。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线上时，机器人仍处于平衡状态，驱动组件无需驱动配重单元前后运动。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线的前方时，机器人失衡，具有向前倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元向后运动，使由底座、货盘、货物、配重单元和驱动组件构成的整体的重心在水平面的投影点回到左车轮的中轴线在水平面的投影线上。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线的后方时，机器人失衡，具有向后倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元向前运动，使由底座、货盘、货物、配重单元和驱动组件构成的整体的重心在水平面的投影点回到左车轮的中轴线在水平面的投影线上。

在上述的轮式机器人中，所述的底座上固定有沿前后方向延伸的直线导轨，所述的直线导轨上滑动设有滑块，所述的滑块上固定有滑动箱，所述的配重单元设于滑动箱内。

直线导轨为1-2条，每条直线导轨均至少具有一个滑块与之滑动配合。当直线导轨为1条时，由滑动箱与配重单元构成的整体的重心位于直线导轨的正上方；当直线导轨为2条时，两条直线导轨相互平行，且由滑动箱与配重单元构成的整体的重心在底座上的投影点位于两条直线导轨之间。驱动组件驱动滑动箱前后运动，滑动箱运动时滑块运动，直线导轨不动。

在上述的轮式机器人中，所述的底座上固定有滑块，所述的滑块上滑动设有沿前后方向延伸的直线导轨，所述的直线导轨上固定有滑动箱，所述的配重单元设于滑动箱内。

直线导轨在滑块的导向作用下只能沿前后方向运动，直线导轨为1-2条，每条直线导轨均至少具有一个滑块与之滑动配合。当直线导轨为1条时，由滑动箱与配重单元构成的整体的重心位于直线导轨的正上方；当直线导轨为2条时，两条直线导轨相互平行，且由滑动箱与配重单元构成的整体的重心在底座上的投影点位于两条直线导轨之间。驱动组件驱动滑动箱前后运动，滑动箱运动时直线导轨运动，滑块不动。

在上述的轮式机器人中，所述的驱动组件包括设于货盘下部的驱动电机、由驱动电机驱动的主动轮以及通过同步带与主动轮传动连接的从动轮，所述的滑动箱与同步带固连，所述同步带被拉直的部分与直线导轨平行。驱动电机工作时，带动主动轮转动，主动轮通过同步带带动从动轮转动，同步带被拉直的部分作直线运动，从而带动滑动箱直线运动。

驱动组件还可以是由电机驱动的滚珠丝杆，滚珠丝杆设于底座上且沿前后方向延伸，滑动箱套设在滚珠丝杆上且与滚珠丝杆螺纹配合，当电机带动滚珠丝杆转动时滑动箱沿滚珠丝杆的长度方向直线运动。

驱动组件还可以是固定在滑动箱上的沿前后方向延伸的齿条以及与齿条啮合的由电机驱动的齿轮，当电机工作时带动齿轮转动，齿轮带动齿条直线运动，从而使滑动箱直线运动。

驱动组件还可以是设于货盘下部的电机、由电机驱动的主动链轮以及通过链条与主动链轮传动连接的从动链轮，滑动箱与链条固连，链条被拉直的部分与直线导轨平行。电机工作时，带动主动链轮转动，主动链轮通过链条带动从动链轮转动，链条被拉直的部分作直线运动，从而带动滑动箱直线运动。

在上述的轮式机器人中，所述的滑动箱上设有连接架，所述连接件的顶端通过连接块与同步带被拉直的部分固连。连接架呈拱形，且跨设在滑动箱的两相对侧上。

在上述的轮式机器人中，所述货盘的下部固定有第一支座和第二支座，所述的第一支座上设有沿左右方向水平延伸的第一支撑轴，所述的主动轮可转动的连接在第一支撑轴上，所述的第二支座上设有与第一支撑轴平行的第二支撑轴，所述的从动轮可转动的连接在第二支撑轴上。

驱动电机固定在货盘的下部，且通过联轴器与主动轮同轴固连，当直线导轨为1条时，同步带位于直线导轨的正上方；当直线导轨为2条时，同步带在底座上的投影位于两直线导轨之间。

在上述的轮式机器人中，所述底座的左侧固定有左侧板，所述的左车轮设于左侧板上，所述底座的右侧固定有与左侧板相对设置的右侧板，所述的右车轮设于右侧板上，上述货盘的左端固定在左侧板上，其右端固定在右侧板上。

左车轮位于左侧板的左侧且由设于其内部的轮毂电机驱动，右车轮位于右侧板的右侧且由设于其内部的轮毂电机驱动。轮毂电机包括内定子和套设在内定子上的外转子，左车轮和右车轮同轴固定在与之对应设置的轮毂电机的外转子上，工作时外转子绕着内定子的中轴线转动。驱动左车轮的轮毂电机的定子固定在左侧板上，驱动右车轮的轮毂电机的定子固定在右侧板上。两个轮毂电机的转速相同时机器人直行。两者转速不同时，可实现机器人的转向：左车轮速度大于右车轮速度时，机器人右转向，右车轮速度大于左车轮速度时，机器人左转向。

在上述的轮式机器人中，所述的左侧板上固定有向上延伸的第一延伸架，所述的右侧板上固定有与第一延伸架相对设置的第二延伸架，所述第一延伸架与第二延伸架的顶端固定有横杆。在横杆上可设置摄像机/传感器/照明光源/牵引接口/操作平板，可实现摄像、气体检测、线缆牵引等操作。当未设置第一延伸架、第二延伸架、横杆等结构时，机器人单独作为运载机器人使用。

在上述的轮式机器人中，所述的配重单元包括电池和电气箱。电池为两个轮毂电机和驱动电机提供电能，在电气箱内设置控制器，控制器控制轮毂电机的动作及驱动电机的动作，在货盘内设置陀螺仪传感器，陀螺仪传感器与控制器的信号输入端电连接。

在上述的轮式机器人中，所述的配重单元包括配重块。

与现有技术相比，本轮式机器人具有以下优点：

当放入货物后，可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，货盘不会发生倾斜，有利于运载货物；而且其结构设计合理，负载能力强，行驶稳定性好，功能性强；将电池和电气箱等作为配重单元，即将机器人必不可少的组件作为配重单元使用，降低了机器人的重量。

附图说明

图1是本发明提供的实施例一的结构示意图。

图2是本发明提供的实施例一的又一结构示意图。

图3是本发明提供的实施例一的后视图。

图4是本发明提供的实施例一的前后方向的剖视图。

图5是本发明提供的实施例一的部分结构示意图。

图中，1、底座；2、货盘；3、左车轮；4、右车轮；5、直线导轨；6、滑块；7、滑动箱；8、配重单元；9、驱动电机；10、主动轮；11、同步带；12、从动轮；13、连接架；14、连接块；15、第一支座；16、第二支座；17、左侧板；18、右侧板；19、第一延伸架；20、第二延伸架；21、横杆；22、操作平板。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

如图1-3所示的轮式机器人，包括底座1以及设于底座1上方的与底座1相对固定的货盘2，底座1的左侧固定有左侧板17，左侧板17上设有由轮毂电机驱动的左车轮3，底座1的右侧固定有右侧板18，右侧板18上设有由轮毂电机驱动的右车轮4，左车轮3与右车轮4同轴。轮毂电机包括内定子和套设在内定子上的外转子，左车轮3和右车轮4同轴固定在与之对应设置的轮毂电机的外转子上，工作时外转子绕着内定子的中轴线转动。驱动左车轮3的轮毂电机的定子固定在左侧板17上，驱动右车轮4的轮毂电机的定子固定在右侧板18上。两个轮毂电机的转速相同时机器人直行。两者转速不同时，可实现机器人的转向：左车轮3速度大于右车轮4速度时，机器人右转向，右车轮4速度大于左车轮3速度时，机器人左转向。

如图1-4所示，底座1上固定有沿前后方向延伸的直线导轨5，直线导轨5上滑动设有滑块6，滑块6上固定有滑动箱7，在滑动箱7内设置有配重单元8，在货盘2的下部设有用于驱动配重单元8前后运动的驱动组件。本实施例中的配重单元8包括电池和电气箱，电池为两个轮毂电机和驱动电机9提供电能，在电气箱内设置控制器，控制器控制轮毂电机的动作及驱动电机9的动作，在货盘2内设置陀螺仪传感器，陀螺仪传感器与控制器的信号输入端电连接。

直线导轨5为1-2条，每条直线导轨5均至少具有一个滑块6与之滑动配合。当直线导轨5为1条时，由滑动箱7与配重单元8构成的整体的重心位于直线导轨5的正上方；当直线导轨5为2条时，两条直线导轨5相互平行，且由滑动箱7与配重单元8构成的整体的重心在底座1上的投影点位于两条直线导轨5之间。驱动组件驱动滑动箱7前后运动，滑动箱7运动时滑块6运动，直线导轨5不动。

如图4和图5所示，货盘2的下部固定有第一支座15和第二支座16，第一支座15上设有沿左右方向水平延伸的第一支撑轴，第二支座16上设有与第一支撑轴平行的第二支撑轴。驱动组件包括设于货盘2下部的驱动电机9、由驱动电机9驱动的主动轮10以及通过同步带11与主动轮10传动连接的从动轮12，滑动箱7与同步带11固连，同步带11被拉直的部分与直线导轨5平行。驱动电机9通过联轴器与主动轮10同轴固连，主动轮10可转动的连接在第一支撑轴上，从动轮12可转动的连接在第二支撑轴上。驱动电机9工作时，带动主动轮10转动，主动轮10通过同步带11带动从动轮12转动，同步带11被拉直的部分作直线运动，从而带动滑动箱7直线运动。当直线导轨5为1条时，同步带11位于直线导轨5的正上方；当直线导轨5为2条时，同步带11在底座1上的投影位于两直线导轨5之间。

具体的，如图5所示，滑动箱7上设有连接架13，连接件的顶端通过连接块14与同步带11被拉直的部分固连，连接架13呈拱形，且跨设在滑动箱7的两相对侧上。

当机器人处于平衡状态时，底座1与货盘2的上表面与水平面平齐。当放入货物后，可通过改变配重单元8的位置来使机器人保持平衡状态，货盘2不会发生倾斜，有利于运载货物。

当货盘2上未放置货物时，由底座1、货盘2、配重单元8和驱动组件构成的整体的重心在水平面的投影点位于左车轮3的中轴线在水平面的投影线上，机器人保持平衡状态。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮3的中轴线在水平面的投影线上时，机器人仍处于平衡状态，驱动组件无需驱动配重单元8前后运动。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮3的中轴线在水平面的投影线的前方时，机器人失衡，具有向前倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元8向后运动，使由底座1、货盘2、货物、配重单元8和驱动组件构成的整体的重心在水平面的投影点回到左车轮3的中轴线在水平面的投影线上。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮3的中轴线在水平面的投影线的后方时，机器人失衡，具有向后倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元8向前运动，使由底座1、货盘2、货物、配重单元8和驱动组件构成的整体的重心在水平面的投影点回到左车轮3的中轴线在水平面的投影线上。

本实施例中的机器人单独作为运载机器人使用。

实施例二

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，在左侧板17上固定有向上延伸的第一延伸架19，在右侧板18上固定有与第一延伸架19相对设置的第二延伸架20，第一延伸架19与第二延伸架20的顶端固定有横杆21，在横杆21上设置操作平板22。

实施例三

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，底座1上固定有滑块6，滑块6上滑动设有沿前后方向延伸的直线导轨5，直线导轨5上固定有滑动箱7，配重单元8设于滑动箱7内。直线导轨5在滑块6的导向作用下只能沿前后方向运动，直线导轨5为1-2条，每条直线导轨5均至少具有一个滑块6与之滑动配合。当直线导轨5为1条时，由滑动箱7与配重单元8构成的整体的重心位于直线导轨5的正上方；当直线导轨5为2条时，两条直线导轨5相互平行，且由滑动箱7与配重单元8构成的整体的重心在底座1上的投影点位于两条直线导轨5之间。驱动组件驱动滑动箱7前后运动，滑动箱7运动时直线导轨5运动，滑块6不动。

实施例四

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，配重单元8包括配重块，本实施例中将电池、电气箱设置在底座1的两侧处，不会阻碍滑动箱7的运动。

实施例五

本实施例的结构原理同实施例一的结构原理基本相同，不同的地方在于，配重单元8包括电池、电气箱和配重块。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种轮式机器人，包括底座(1)以及设于底座(1)上方的与底座(1)相对固定的货盘(2)，所述底座(1)的左侧设有左车轮(3)，其右侧设有与左车轮(3)同轴设置的右车轮(4)，其特征在于，所述的底座(1)上设有配重单元(8)，所述的货盘(2)与底座(1)之间设有用于驱动配重单元(8)前后运动的驱动组件。

2.根据权利要求1所述的轮式机器人，其特征在于，所述的底座(1)上固定有沿前后方向延伸的直线导轨(5)，所述的直线导轨(5)上滑动设有滑块(6)，所述的滑块(6)上固定有滑动箱(7)，所述的配重单元(8)设于滑动箱(7)内。

3.根据权利要求1所述的轮式机器人，其特征在于，所述的底座(1)上固定有滑块(6)，所述的滑块(6)上滑动设有沿前后方向延伸的直线导轨(5)，所述的直线导轨(5)上固定有滑动箱(7)，所述的配重单元(8)设于滑动箱(7)内。

4.根据权利要求2或3所述的轮式机器人，其特征在于，所述的驱动组件包括设于货盘(2)下部的驱动电机(9)、由驱动电机(9)驱动的主动轮(10)以及通过同步带(11)与主动轮(10)传动连接的从动轮(12)，所述的滑动箱(7)与同步带(11)固连，所述同步带(11)被拉直的部分与直线导轨(5)平行。

5.根据权利要求4所述的轮式机器人，其特征在于，所述的滑动箱(7)上设有连接架(13)，所述连接件的顶端通过连接块(14)与同步带(11)被拉直的部分固连。

6.根据权利要求4所述的轮式机器人，其特征在于，所述货盘(2)的下部固定有第一支座(15)和第二支座(16)，所述的第一支座(15)上设有沿左右方向水平延伸的第一支撑轴，所述的主动轮(10)可转动的连接在第一支撑轴上，所述的第二支座(16)上设有与第一支撑轴平行的第二支撑轴，所述的从动轮(12)可转动的连接在第二支撑轴上。

7.根据权利要求1所述的轮式机器人，其特征在于，所述底座(1)的左侧固定有左侧板(17)，所述的左车轮(3)设于左侧板(17)上，所述底座(1)的右侧固定有与左侧板(17)相对设置的右侧板(18)，所述的右车轮(4)设于右侧板(18)上，上述货盘(2)的左端固定在左侧板(17)上，其右端固定在右侧板(18)上。

8.根据权利要求7所述的轮式机器人，其特征在于，所述的左侧板(17)上固定有向上延伸的第一延伸架(19)，所述的右侧板(18)上固定有与第一延伸架(19)相对设置的第二延伸架(20)，所述第一延伸架(19)与第二延伸架(20)的顶端固定有横杆(21)。

9.根据权利要求1所述的轮式机器人，其特征在于，所述的配重单元(8)包括电池和电气箱。

10.根据权利要求1或9所述的轮式机器人，其特征在于，所述的配重单元(8)包括配重块。

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