CN112008684A - 一种多功能室外移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能室外移动机器人，包括移动底盘和用于控制所述移动底盘自行移动的控制器，所述移动底盘内设有用于驱动其移动的驱动装置，所述控制器设置在所述移动底盘的上方，并通过所述可折叠支架与所述移动底盘的顶面连接；所述控制器的外壳上设有第一插头，所述移动底盘上设有第二插头；所述第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向所述控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。本发明，控制器通过可折叠支架设置在移动底盘的外部，能够减少驱动装置中的电机电磁信号对GPS和控制信号的干扰，提高导航的灵敏度和精度。

Description

一种多功能室外移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种多功能室外移动机器人，该多功能室外移动机器人可通过配装不同的工具附件，实现多种室外作业。例如前面加装除草刀具，使之使用在农田或者种植园的场景下完成自动除草作业等。

背景技术

随着计算机技术的发展,地面移动机器人广泛地应用在军事、民用、科学研究等各个领域。地面移动机器人按其工作环境可分为室外和室内两类，相较于室内移动机器人，室外移动机器人的应用范围更为广泛，应用前景也更加广阔，相对应的，由于室外环境及场地更为复杂，因此对室外移动机器人的性能提出了更高的要求。主要包括：适应能力、底盘重量以及GPS定位信号干扰等问题。

中国发明专利CN111421519A公开了一种用于移动机器人的室外用移动底盘，包括底盘本体、四只移动轮、四只减速电机、前悬架机构和后悬架机构；前悬架机构和后悬架机构为相同的悬架机构；每只减速电机驱动一只移动轮；悬架机构包括一对结构相同的减震调节悬架机构、中间支架和连接架；所述减震调节悬架机构包括减震器、摆杆机构和调节杆机构；一对减震调节悬架机构形成两个独立悬架机构。移动运行时，一对减震器用于根据不同的路面颠簸程度调节流体阻尼，以适应不同的路面环境；每个移动轮对应的独立悬架机构实现缓冲来自路面对移动轮的冲击，提高了室外用机身的抗震性。该方案底盘设计有待进一步优化，以减轻重量。

中国发明专利CN108340981A公开了一种全地形多用途移动机器人，包括底盘模块、组合式车身减震系统模块、车身、传感与控制系统模块；控制系统模块设置在车身内，包括超声波传感器、RFID站点读卡器、磁导航传感器、电池、显示屏、激光雷达、视觉传感器、GPS天线、上位机控制器、伺服驱动器、底盘控制器。该方案与现有的设计一样，控制系统位于机身内，电机的电磁干扰会影响GPS信号接受效果。

由此可鉴，现有的室外移动机器人存在以下缺陷：

控制系统设置在机身内，导致底盘重量较大，电机的电磁干扰影响控制系统信号接受和发送的准确性。

有鉴于此，急需对现的室外移动机器人进行改进，以提高控制系统的信号接受和发送的准确性、提高工作效率、提高使用寿命、减轻底盘重量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的室外移动机器人的控制系统设置在机身内，导致底盘重量较大，电机的电磁干扰影响控制系统信号接受和发送的准确性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种多功能室外移动机器人，包括移动底盘和用于控制所述移动底盘自行移动的控制器，所述移动底盘内设有用于驱动其移动的驱动装置，还包括:

可折叠支架，所述控制器设置在所述移动底盘的上方，并通过所述可折叠支架与所述移动底盘的顶面连接；

电源装置，通过滑动平台可抽拉地设置在所述移动底盘内，用于向所述驱动装置供电；

所述控制器的外壳上设有第一插头，所述移动底盘上设有第二插头；所述第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向所述控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。

上述方案中，所述可折叠支架包括：

左底座和右底座，平行设置在所述移动底盘的顶面上，所述左底座和右底座均设有一个开口向下的U形部，所述U形部的两个侧边的底端分别向外侧水平延伸形成两个折边部；

活动支架，包括竖直设置的立板，所述立板的中部设有镂空部，顶部向后水平延伸形成用于安装所述控制器的支撑板，所述立板的左、右侧边的后表面上分别设有与所述U形部适配的第一滑轨，所述第一滑轨由两块间隔设置在竖板组合而成，所述竖板上设有竖直设置的第一滑槽；

左支撑杆和右支撑杆，下端分别铰接在所述U形部的中部，上端通过销轴连接，滑动设置在所述第一滑槽内。

上述方案中，所述立板下端的前侧面的左、右两端分别设有水平板。

上述方案中，所述驱动装置包括结构相同的左驱动装置和右驱动装置，所述左驱动装置和右驱动装置均包括：

驱动电机和减速器，所述减速器的驱动轴与前驱动轮连接，用以驱动所述前驱动轮转动，所述驱动轴上固定设有前同步带轮，后驱动轮的轮轴上固定设有后同步带轮，所述前同步带轮与所述后同步带轮上环套有同步带，通过同步带使得所述前驱动轮与后驱动轮同步转动。

上述方案中，所述前同步带轮与后同步带轮之间设有支撑轮，所述支撑轮抵靠在所述同步带的内表面上，用于使所述同步带涨紧，所述支撑轮的轮轴通过调整装置可上下移动设置在支撑轮支架上。

上述方案中，所述控制器包括壳体以及设置在所述壳体内部的控制系统，还包括：

GPS收发模块，设置在所述壳体的顶面上，用于收发GPS信号；

中控天线，设置在所述壳体的前端面，用于与所述控制系统通信，收发控制信号；

散热风扇，设置在所述壳体的两侧，用于对所述控制系统进行降温。

上述方案中，所述机身的前端设有安装架，所述安装架上设有防撞装置和声光报警装置。

上述方案中，所述移动底盘的后端设有可开启的后盖组件，所述后盖组件包括后盖板，所述后盖板的中部设有开口，所述开口处设有可转动开关的后门，所述后盖板的上部一角处设有向前水平延伸的角板，所述角板的顶面上设有急停开关。

上述方案中，所述后门的一侧设有拉手开关，包括可上下转动的拉手和转轴，所述拉手转动设置在所述转轴上，所述转轴的内端设有锁舌，所述锁舌与所述后盖板的边框卡合。

上述方案中，所述后盖板的边框上还设有微动开关，所述拉手开关将所述后门锁死，所述锁舌的外端压住与所述微动开关。

与现有技术相比，本发明控制器通过可折叠支架设置在移动底盘的上方，控制器的外壳上设有第一插头，移动底盘上设有第二插头；第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输，能够减少驱动装置中的电机电磁信号对GPS和控制信号的干扰，提高导航的灵敏度和精度。

附图说明

图1为本发明中多功能室外移动机器人的立体图；

图2为本发明中多功能室外移动机器人机身的结构示意图；

图3为本发明中多功能室外移动机器人的拆分示意图；

图4为本发明中多功能室外移动机器人的机身内部的示意图；

图5为本发明中多功能室外移动机器人的移动底盘的框架的示意图；

图6为本发明中多功能室外移动机器人的电源装置的示意图；

图7为本发明中多功能室外移动机器人中内部驱动装置的示意图；

图8为本发明中多功能室外移动机器人的后盖组件的前视图；

图9为本发明中多功能室外移动机器人的后盖组件的后视图；

图10为本发明中多功能室外移动机器人的可折叠支架的示意图；

图11为本发明中多功能室外移动机器人的可折叠支架的拆分示意图；

图12为本发明中多功能室外移动机器人的控制器的结构图；

图13为本发明中多功能室外移动机器人的控制器的前视图；

图14为本发明中多功能室外移动机器人的调整装置的结构示意图；

图15为本发明中多功能室外移动机器人的可折叠支架折叠后的立体图。

其中，图1至图15中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100机身，200可折叠支架，300控制器，110移动底盘，120顶盖，130后盖组件，131后盖板，132后门，133急停开关，134运行开关，135第二插头，136第一指示灯，137第二指示灯，138第三指示灯，139拉手开关，140防撞装置，150安装架，151左前驱动轮，152左后驱动轮，153右前驱动轮，154右后驱动轮，160左驱动装置，170右驱动装置，180电源装置，161驱动电机，162减速器，163前同步带轮，164后同步带轮，165同步带，166支撑轮，167调整装置，168支撑轮支架，181滑动平台，182平台滑轨，183第一凹槽，184第二凹槽，185抽拉把手,186滑道，190安装架，191钢丝绳减震器，192声光报警装置，201第一橡胶件，202第二橡胶件，210左底座，220右底座，230活动支架，240左撑杆，250右撑杆，231立板，232支撑板，233竖板，234第一滑槽，235水平板，236销轴，310壳体，311GPS收发模块，312天线，313散热风扇，314第一插头，1101第一纵管，1102第二纵管，1103第三纵管，1104第四纵管，1105第一立管，1106第二立管，1107第一横管，1108第二横管，1109前连接板，1110中连接板，1111底部封板，1112前部封板，1113侧封板，1114第一连接板，1115第二连接板，1116第三连接板，1117前轴支撑板，1118轴套，1119减速器支座，1391拉手，1392锁轴，1393锁舌，1394微动开关，1671滑块，1672定距管，1675卡簧，1678调整螺栓，1677调整垫片。

具体实施方式

本发明提供了一种多功能室外移动机器人，能够减少驱动装置中的电机电磁信号对GPS和控制信号的干扰，提高导航的灵敏度和精度。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本发明提供的多功能室外移动机器人，包括机身100和通过可折叠支架200设置在机身100顶面上方的控制器300。

如图2、图3和图4所示，机身100由移动底盘110、顶盖120和后盖组件130组合成箱式结构，移动底盘110的前端设有防撞装置140，移动底盘110的左右两侧设有左前驱动轮151、左后驱动轮152、右前驱动轮153、右后驱动轮154，四个驱动轮由设置在移动底盘110内部的左驱动装置160、右驱动装置170驱动，左驱动装置160、右驱动装置170结构相同，包括驱动电机和减速器，由设置在移动底盘110内部的电源装置180供电，电源装置180可抽拉地设置在移动底盘110的后端。

如图3、图4和图5所示，移动底盘110采用框架式结构，移动底盘110包括布置在底部左、右两侧的第一纵管1101和第二纵管1102，第一纵管1101的上方设有第三纵管1103，第二纵管1102的上方设有第四纵管1104，第一纵管1101、第三纵管1103和第二纵管1102、第四纵管1104的后端分别通过第一立管1105连接固定，前端则分别通过第二立管1106连接固定，左右两根第一立管1105的下端通过第一横管1107连接固定，第一纵管1101和第二纵管1102的中后部通过第二横管1108连接固定，第一纵管1101和第二纵管1102的前端通过前连接板1109连接固定，前连接板1109由钢板弯折成开口向下的槽钢形状。第一纵管1101和第二纵管1102的中前部还通过中连接板1110连接固定。

第一纵管1101、第二纵管1102、第一横管1107和前连接板1109构成底部框架，底面上固定有底部封板1111，两根第二立管1106的高度大于第三纵管1103和第四纵管1104的高度，构成前框架，其前侧面上固定有前部封板1112。

前框架的前端面上设有用于固定防撞装置140的安装架190，两个钢丝绳减震器191设置在安装架150的左、右两侧的横杆上，防撞装置140固定在钢丝绳减震器191上。利用钢丝绳减震器可以缓解移动机器人在不平地面上移动时产生的震动，防止防撞装置140的固定螺栓因震动而松脱。

安装架150的中部还设有中横杆，中横杆上设有声光报警装置192，声光报警装置192用于透过当前地点的经纬度自动运算日出及日落时间进行报警灯启动与停止，无需设置开启时间，时间自动与地球经纬度一致，天黑时自动开启，提高工作效率。

第一纵管1101、第三纵管1103和第二纵管1102、第四纵管1104通过第一立管1105、第二立管1106连接构成通过移动底盘110的左、右两侧的左框架、右框架，左框架、右框架上分别设有侧封板1113，其侧封板的前部和后部分别设有前轴支撑板1117，前轴支撑板1117的外侧面上凸出设有轴套1118，用于防止杂草卷入到前轮的轴承内。

底部封板1111、前部封板1112和侧封板1113均采用铝合金封板，铝合金封板既能满足移动底座较小强度上的要求，也能降低底盘整体的重量，降低生产成本。

前连接板1109与中连接板1110之间的左、右部分别设有第一连接板1114，中连接板1110与第二横管1108之间左、右部分别设有第二连接板1115，左、右两根第二横管1108之间设有第三连接板1116。

由于左驱动装置160、右驱动装置170结构相同，下面以左驱动装置160为例加以说明。

如图7所示，左驱动装置160包括驱动电机161、减速器162，减速器162的驱动轴与左前轮151连接，用以驱动左前轮151转动，驱动轴上固定设有前同步带轮163，左后轮152的轮轴上固定设有后同步带轮164，前同步带轮163与后同步带轮164上环套有同步带165，通过同步带165使得左后轮152与左前轮151同步转动。

前同步带轮163与后同步带轮164之间设有支撑轮166，支撑轮166抵靠在同步带165的内表面上，用于使同步带165保持涨紧。支撑轮166的轮轴通过调整装置167转动设置在左框架上的支撑轮支架168上，并可上下、左右移动，以调整支撑轮166的位置。

前连接板1109、第一连接板1114、中连接板1110和第一纵管1101、第二纵管1102的前部构成用于放置减速器162的支撑平台，其上固定有减速器支座1119。前轴支撑板1117和减速器支座1119上分别设有同轴设置的轴孔，用于安装前轮轮轴和减速器162的输出轴。

减速器162固定在减速器支座1119的内侧面上，驱动电机161固定在减速器162的后端，驱动电机161的后端固定在第三连接板1116上。

本发明最大限度地减轻了整机重量。

(1)采用双驱动，与四轮驱动相比，即实现了自由移动的功能，又减轻了整机重量，节约了成本。

(2)移动底盘采用框架式结构，骨架采用方管，各连接板采用U形板，并在驱动装置、电源等的安装位上设置加强板结构，由此，提高对应部位强度的同时，也减轻了整机重量。

如图14所示，调整装置167包括滑块1671、定距管1672、调整螺栓1678和调整垫片1677，其中调整垫片1677可以有多个，套设在调整螺栓1678上，可以通过增加或减少调整垫片的数量调整支撑轮166的左右位置。

支撑轮支架168上开设有上下第二滑槽，滑块1671与第二滑槽相适配，且外端设有凸台，凸台抵靠在第二滑槽的外侧面上，滑块1671可沿第二滑槽上下移动，以调整支撑轮166的上下位置。

支撑轮166通过卡簧1675在调整螺栓1678上轴向限位。

如图10、图11所示，可折叠支架200包括左底座210、右底座220、活动支架230和左撑杆240、右撑杆250。

左底座210、右底座220结构相同，平行设置。左撑杆240和右撑杆250结构相同。

由于左底座210、右底座220的结构相同，下面以左底座210为例加以说明。

左底座210具有一个开口向下的U形部，U形部的两个侧边的底端分别向外侧水平延伸形成两个折边部。

活动支架230包括竖直设置的立板231，立板231的中部设有镂空部，立板231的顶部向后水平延伸形成支撑板232，用于安装控制器300，立板231的左、右侧边的后表面上分别设有与U形部适配的第一滑轨，第一滑轨由两块间隔设置在竖板233组合而成，竖板233上设有竖直设置的第一滑槽234。立板231下端前侧面的左、右两端分别设有水平板235，用于在活动支架230位于竖直状态时，起到支撑的作用。

左撑杆240和右撑杆的下端分别铰接的U形部的中部，上端通过销轴236连接滑动设置在第一滑槽234内。

当活动支架230位于竖直状态时，销轴236滑动至第一滑槽234的最下端。当活动支架230位于水平状态时，销轴236滑动至第一滑槽234的最上端，同时左撑杆240、右撑杆250绕其下端的铰接点向下转动至水平状态，并位于U形部的左右两侧。

如图12、13所示，控制器300包括壳体310以及设置在所述壳体内部的控制系统。壳体310的顶面上设有GPS收发模块311，用于收发GPS信号，壳体310的前侧面设有中控天线312，用于与控制系统通信，实现控制功能；壳体的左右侧面上分别设有散热风扇313，用于对控制系统进行降温。

本发明中，用于导航的GPS收发模块以及控制系统均设置在控制器内，因此，GPS信号无须较长的传输路径即可由控制系统处理，加快了处理速度；并且，在传输过程中受到驱动装置中电机电磁影响较小，大大提高了导航的灵敏度。

传统的移动机器人，控制系统都是设置在移动底盘的内部的，因此，移动底盘通常是封闭的，无法安装散热风扇，以避免工作时环境中的灰尘、草屑等杂物进入。由此，传统的设计散热性能较差，造成工作稳定性差。本发明，由于控制系统设置在移动底盘的外部(上方)，这样就远离了工作时带起的灰尘、草屑等杂物，可能安装散热风扇，提高了散热性能，进而提高了工作稳定性。

如图8、图9所示，后盖组件130包括后盖板131，后盖板131的中部设有开口，开口处设有可转动开关的后门132，后盖板131的上部一角处设有向前水平延伸的角板，角板的顶面上设有急停开关133，用于在发生意外时，按下急停开关133使移动底盘110停止移动。

电源装置180可抽拉地设置在移动底盘110的后端，第一纵管1101、第二纵管1102、第一横管1107、第二横管1108和底部封板1111的后端，构成用于放置电源装置180的平台，电源装置180通过滑动平台181设置在平台上，平台两侧设有滑道186，滑动平台181的底部的两侧分别设有与所述滑道186适配的平台滑轨182，第一横管1107和第二横管1108的两端分别设有第一凹槽183和第二凹槽184，滑道186的两端分别放置在第一凹槽183和第二凹槽184内，滑动平台181的四周突出设有挡板，电源装置180放置在滑动平台181上，防止电源装置180在拉出过程中滑落，平台滑轨182滑动设置在滑道186内，实现电源装置180的抽拉式更换，电源装置180的前端设有抽拉把手185，方便将电源装置拉出。

电源装置180的限位方式采用橡胶件对电源装置180的前、后两个面进行抵接，驱动电机161的后端设有与电源装置180后端面抵接的第一橡胶件201，后门132的背面上设有与电源装置前端面抵接的第二橡胶件202，通过摩擦力进行限位固定，只要将后门132关上，后门132上的第二橡胶件202抵住电源装置180的前端，操作方便，无需其他安装，便于拆卸，为了避免更换电池后出现后门关闭不严，导致电源装置甩出的情况，后门132上设有传感器。

后盖板131的一侧边上，自上而下依次设有运行开关134、第二插头135和第一指示灯136、第二指示灯137、第三指示灯138，三种指示灯分别进行报警提示，能够实时了解机身的状态，后门132的一侧设有拉手开关139。

第二插头135和第一插头314均采用航空插头，通过线缆连接，用于将机身内的电源供给控制系统，并将控制器内的控制信号传递给机身内的执行元件。

拉手开关139包括可上下转动的拉手1391，拉手1391转动设置在锁轴1392上，锁轴1392的内端设有锁舌1393，后门132上设有与拉手1391对应的凹坑，这样，在正常情况下，拉手1391位于凹坑内，防止磕碰。需要开锁时，向向下转动拉手1391，然后左右转动，锁轴1392带动锁舌1393转动，锁舌1393的外端卡在后盖板131的边框上，将后门锁住。

后盖板131的边框上还设有微动开关1394，当转动拉手139将后门锁死后，锁舌1393的外端向下压住微动开关1394，从而给控制系统提供后门锁好信号；反之，如果后门没有关好，则锁舌1393的外端不会触碰到微动开关1394，控制系统会发出后门未关好的提示，同时不能启动机器人。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能室外移动机器人，包括移动底盘和用于控制所述移动底盘自行移动的控制器，所述移动底盘内设有用于驱动其移动的驱动装置，其特征在于，还包括:

可折叠支架，所述控制器设置在所述移动底盘的上方，并通过所述可折叠支架与所述移动底盘的顶面连接；

电源装置，通过滑动平台可抽拉地设置在所述移动底盘内，用于向所述驱动装置供电；

所述控制器的外壳上设有第一插头，所述移动底盘上设有第二插头；所述第一插头和第二插头通过电缆连接，用于向所述控制器供电以及实现移动底盘和控制器之间的信号传输。

2.根据权利要求1所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述可折叠支架包括：

左底座和右底座，平行设置在所述移动底盘的顶面上，所述左底座和右底座均设有一个开口向下的U形部，所述U形部的两个侧边的底端分别向外侧水平延伸形成两个折边部；

活动支架，包括竖直设置的立板，所述立板的中部设有镂空部，顶部向后水平延伸形成用于安装所述控制器的支撑板，所述立板的左、右侧边的后表面上分别设有与所述U形部适配的第一滑轨，所述第一滑轨由两块间隔设置在竖板组合而成，所述竖板上设有竖直设置的第一滑槽；

左支撑杆和右支撑杆，下端分别铰接在所述U形部的中部，上端通过销轴连接，滑动设置在所述第一滑槽内。

3.根据权利要求2所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述立板下端的前侧面的左、右两端分别设有水平板。

4.根据权利要求1所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述驱动装置包括结构相同的左驱动装置和右驱动装置，所述左驱动装置和右驱动装置均包括：

驱动电机和减速器，所述减速器的驱动轴与前驱动轮连接，用以驱动所述前驱动轮转动，所述驱动轴上固定设有前同步带轮，后驱动轮的轮轴上固定设有后同步带轮，所述前同步带轮与所述后同步带轮上环套有同步带，通过所述同步带使得所述前驱动轮与后驱动轮同步转动。

5.根据权利要求4所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述前同步带轮与后同步带轮之间设有支撑轮，所述支撑轮抵靠在所述同步带的内表面上，用于使所述同步带涨紧，所述支撑轮的轮轴通过调整装置可上下移动设置在支撑轮支架上。

6.根据权利要求1所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述控制器包括壳体以及设置在所述壳体内部的控制系统，还包括：

GPS收发模块，设置在所述壳体的顶面上，用于收发GPS信号；

中控天线，设置在所述壳体的前端面，用于与所述控制系统通信，收发控制信号；

散热风扇，设置在所述壳体的两侧，用于对所述控制系统进行降温。

7.根据权利要求1所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述移动底盘的前端设有安装架，所述安装架上设有防撞装置和声光报警装置。

8.根据权利要求1所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述移动底盘的后端设有可开启的后盖组件，所述后盖组件包括后盖板，所述后盖板的中部设有开口，所述开口处设有可转动开关的后门，所述后盖板的上部一角处设有向前水平延伸的角板，所述角板的顶面上设有急停开关。

9.根据权利要求8所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述后门的一侧设有拉手开关，包括可上下转动的拉手和转轴，所述拉手转动设置在所述转轴上，所述转轴的内端设有锁舌，所述锁舌与所述后盖板的边框卡合。

10.根据权利要求9所述的多功能室外移动机器人，其特征在于，所述后盖板的边框上还设有微动开关，所述拉手开关将所述后门锁死，所述锁舌的外端压住与所述微动开关。

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