CN112208625A - 转向装置及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人精密设备技术领域，尤其涉及一种转向装置及具有其的机器人。其中，转向装置包括：固定座，固定座用于连接被安装体；动力输出组件，动力输出组件固定安装于固定座的一侧，动力输出组件具有动力输出端轴；转向支架组件，转向支架组件具有相互固定连接的支撑连接部和装配连接部，支撑连接部可转动地装配于固定座，动力输出端轴与支撑连接部连接，装配连接部位于固定座的背离动力输出组件的一侧；轮毂电机，轮毂电机包括定子部和转子部，定子部与转子部之间驱动连接，定子部固定连接于装配连接部。应用本技术方案解决了现有的底盘系统的转向结构存在地面附着力低、越障能力差、转向过程容易发生侧偏不利于长期使用的问题。

Description

转向装置及具有其的机器人

技术领域

本发明属于机器人精密设备技术领域，尤其涉及一种转向装置及具有其的机器人。

背景技术

机器人底盘系统是机器人移动的核心载体，关系到机器人的运动灵活性与功能的实现可行性，尤其在特定的场景下，需要机器人实现原地转向等功能。在现有的机器人底盘系统中，对于转向功能的常见解决方案是中置双轮毂电机差速驱动，前后轮毂则均采用万向轮支撑跟随，该类转向结构利用差速功能可实现原地转向功能。但是，前后轮毂采用万向轮的结构特点使得该类转向结构无法实现较大垂直高度的越障能力，越障极限高度一般不大于30mm因而限制了该类的底盘的使用场景，如户外的部分场景无法使用该底盘结构。另外，该类转向结构的悬架系统设计有限，常见的设计是在驱动轮加装悬挂压缩弹簧钢或者悬挂拉伸弹簧钢，提升其与地面的接触力，但是由于前后轮毂采用万向轮而一般不采用悬架设计，故底盘系统的地面附着力下降。最后，由于该类转向结构采用差速驱动，故在实现转弯过程中，轮毂电机会受到侧向摩擦，不利于长期使用。

因此，现有的底盘系统的转向结构存在地面附着力低、越障能力差、转向过程容易发生侧偏不利于长期使用的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转向装置及具有其的机器人，旨在解决现有的底盘系统的转向结构存在地面附着力低、越障能力差、转向过程容易发生侧偏不利于长期使用的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种转向装置，包括：固定座，固定座用于连接被安装体；动力输出组件，动力输出组件固定安装于固定座的一侧，动力输出组件具有动力输出端轴；转向支架组件，转向支架组件具有相互固定连接的支撑连接部和装配连接部，支撑连接部可转动地装配于固定座，动力输出端轴与支撑连接部连接，装配连接部位于固定座的背离动力输出组件的一侧；轮毂电机，轮毂电机包括定子部和转子部，定子部与转子部之间驱动连接，定子部固定连接于装配连接部。

进一步地，转向支架组件包括支架和轴承部，支架的第一端为支撑连接部，支架的第二端为装配连接部，固定座开有装配通孔，轴承部的外圈固定装配在装配通孔内，轴承部的内圈固定套在装配连接部上。

进一步地，轴承部包括偶数个圆锥滚子轴承，相邻两个圆锥滚子轴承的其中一个的圆柱滚子相对于支撑连接部中心轴线的倾斜方向与另一个的圆柱滚子相对于支撑连接部中心轴线的倾斜方向相反。

进一步地，轴承部还包括轴承限位套，相邻两个圆锥滚子轴承之间设有轴承限位套，轴承限位套的两端分别抵顶于两个圆锥滚子轴承的外圈。

进一步地，装配连接部包括第一连接板和第二连接板，第一连接板的第一端与第二连接板的端部连接，第一连接板与第二连接板相垂直，动力输出端轴垂直于第二连接板，定子部连接于第一连接板的第二端，且轮毂电机位于第二连接板的正下方。

进一步地，动力输出组件包括舵机和转接机构，舵机连接于固定座，动力输出端轴为舵机的输出转轴，动力输出端轴与支撑连接部通过转接机构传动连接。

进一步地，转接机构包括第一法兰盘和联轴器，动力输出端轴上设有第二法兰盘，第一法兰盘与第二法兰盘固定连接，第一法兰盘设有连接轴头，连接轴头与支撑连接部通过联轴器连接，且动力输出端轴、连接轴头和支撑连接部三者同轴设置。

进一步地，联轴器为U型开口件，U型开口件包括顺序连接的第一直壁、弧形壁和第二直壁，第一直壁开有第一通孔和第二通孔，第一通孔与第二通孔沿弧形壁的中心轴线方向间隔设置，第二直壁开有第三通孔和第四通孔，第三通孔与第一通孔相对应，第四通孔与第二通孔相对应，连接轴头开第五通孔，支撑连接部开有第六通孔，转接机构还包括连接螺钉，一根连接螺钉依次穿过第一通孔、第五通孔和第三通孔后由螺母锁紧，另一根连接螺钉依次穿过第二通孔、第六通孔和第四通孔后由螺母锁紧。

进一步地，动力输出组件还包括舵机支撑架，舵机支撑架固定连接于固定座，舵机连接于舵机支撑架。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，其包括底盘和多个转向装置，转向装置为前述的转向装置，各个转向装置的固定座连接于底盘，且多个转向装置呈周向间隔布置。

本发明至少具有以下有益效果：

应用多个本发明提供的转向装置装配在机器人底盘系统中实现转向功能，通过固定座将整体结构固定住而形成运动支撑，然后通过动力输出组件向转向支架组件输出动力，从而以固定座为支撑点独立地实现原地转向功能，并且轮毂电机独立地输出行走运动所需动力，如此，原地转向功能与行走功能相互配合，从而实现了机器人底盘系统的原地转向功能、行走转向功能等运动过程。由于机器人底盘系统所使用的各个转向装置的固定座均与底盘固定而形成稳定统一的支撑，转向过程中相互抵消了各个方向产生的侧向摩擦，从而消除了转向运动过程中容易发生侧偏的问题，抵消了侧向摩擦使得前进方向的摩擦增强，提升了地面附着力，整体运动更稳定，越障能力更强，在长期使用过程中也能保持优异运动性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的转向装置的第一视角的立体结构示意图；

图2为图1所示视角的分解图；

图3为本发明实施例的转向装置的第二视角的立体结构示意图；

图4为图3所示视角的分解图；

图5为本发明实施例的转向装置的主视图；

图6为图5的俯视图；

图7为图6中A-A方向的剖视图；

图8为图7中B处的放大图；

图9为本发明实施例转向装置的联轴器的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10、固定座；11、装配通孔；20、动力输出组件；21、舵机；211、动力输出端轴；2110、第二法兰盘；212、传动齿轮组；213、舵机电机；22、转接机构；221、第一法兰盘；2210、连接轴头；2211、第五通孔；222、联轴器；2221、第一直壁；2222、弧形壁；2223、第二直壁；2224、第一通孔；2225、第二通孔；2226、第三通孔；2227、第四通孔；23、舵机支撑架；30、转向支架组件；31、支架；311、支撑连接部；3111、第六通孔；312、装配连接部；3121、第一连接板；3122、第二连接板；32、轴承部；321、圆锥滚子轴承；322、轴承限位套；40、轮毂电机；41、定子部；42、转子部；51、装配螺钉；52、连接螺钉。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种转向装置，将该转向装置应用在机器人的底盘系统中实现运动转向功能。具体地，该转向装置包括固定座10、动力输出组件20、转向支架组件30和轮毂电机40，动力输出组件20具有动力输出端轴211，转向支架组件30具有相互固定连接的支撑连接部311和装配连接部312，轮毂电机40包括定子部41和转子部42。在具体装配过程中，动力输出组件20固定安装于固定座10的一侧，支撑连接部311可转动地装配于固定座10，动力输出端轴211与支撑连接部311连接，装配连接部312位于固定座10的背离动力输出组件20的一侧(当该转向装置作为机器人的底盘系统的一部分进行工作时，此时动力输出组件20位于固定座10的上方，装配连接部312位于固定座10的下方)，定子部41与转子部42之间驱动连接，定子部41固定连接于装配连接部312，固定座10用于连接被安装体，被安装体则是机器人底盘系统的底盘(未图示)。

应用多个本发明提供的转向装置装配在机器人底盘系统中实现转向功能，通过固定座10将整体结构固定住而形成运动支撑，然后通过动力输出组件20向转向支架组件30输出动力，从而以固定座10为支撑点独立地实现原地转向功能，并且轮毂电机40独立地输出行走运动所需动力，如此，原地转向功能与行走功能相互配合，从而实现了机器人底盘系统的原地转向功能、行走转向功能等运动过程。由于机器人底盘系统所使用的各个转向装置的固定座10均与底盘固定而形成稳定统一的支撑，并且偶数个转向装置分别装配在底盘的左右两侧(以前进方向的底盘中轴线为基准)，且底盘左右两侧的转向装置相对于底盘中轴线对称安装，因此，转向过程中对称设置的两个转向装置能够相互抵消了各个方向产生的侧向摩擦，从而消除了转向运动过程中容易发生侧偏的问题，抵消了侧向摩擦使得前进方向的摩擦增强，提升了地面附着力，整体运动更稳定，越障能力更强，在长期使用过程中也能保持优异运动性能。

在本实施例中，转向支架组件30包括支架31和轴承部32。支架31的第一端为支撑连接部311，支架31的第二端为装配连接部312。固定座10开有装配通孔11，轴承部32的外圈固定装配在装配通孔11内，轴承部32的内圈固定套在装配连接部312上。通过将轴承部32安装在支撑连接部311与装配通孔11的孔壁之间，如此，在实施转向过程中，支撑连接部311在轴承部32的支撑下转动，从而降低转动过程中的摩擦力，使得转动过程更加平顺。对进一步地，如图2、图4和图5所示，装配连接部312包括第一连接板3121和第二连接板3122，第一连接板3121的第一端与第二连接板3122的端部连接，第一连接板3121与第二连接板3122相垂直，也就是，第一连接板3121与第二连接板3122形成了L型的装配支架形式，使得整体装配结构简化，结构也更加紧凑，整体总量也更轻，易于实现小型化设计，动力输出端轴211垂直于第二连接板3122，定子部41通过装配螺钉51连接于第一连接板3121的第二端，在装配完成并且机器人放置在地面上，则轮毂电机40位于第二连接板3122的正下方，轮毂电机40则是机器人前进时的动力轮子。

如图2、图4、图7和图8所示，轴承部32包括偶数个圆锥滚子轴承321，相邻两个圆锥滚子轴承321的其中一个的圆柱滚子相对于支撑连接部311中心轴线的倾斜方向与另一个的圆柱滚子相对于支撑连接部311中心轴线的倾斜方向相反。采用圆锥滚子轴承321进行装配，在机器人行走过程中，不仅能够承受住径向，也能承受住轴向力，从而保证机器人行走状态始终稳定。优选地，本实施例的转向装置中采用了两个圆锥滚子轴承321进行装配。具体地，轴承部32还包括轴承限位套322，相邻两个圆锥滚子轴承321之间设置轴承限位套322，轴承限位套322的两端分别抵顶于两个圆锥滚子轴承321的外圈。通过轴承限位套322将两个圆锥滚子轴承321分隔开，使得两个圆锥滚子轴承321装配准确，并且在运动过程中两个圆锥滚子轴承321之间不会发生运动干涉，保证轴承正常工作。

如图2所示，动力输出组件20包括舵机21和转接机构22。具体地，如图7所示，舵机21包括安装壳、输出转轴、传动齿轮组212和舵机电机213，输出转轴、传动齿轮组212和舵机电机213均装配在安装壳内，舵机电机213的电机轴与输出转轴之间通过传动齿轮组212进行传动，输出转轴穿出安装壳以向外输出动力。舵机21的安装壳固定连接于固定座10，动力输出端轴211为舵机21的输出转轴，动力输出端轴211与支撑连接部311通过转接机构22传动连接。结合参见图8所示，转接机构22包括第一法兰盘221和联轴器222，动力输出端轴211上设有第二法兰盘2110，第一法兰盘221与第二法兰盘2110固定连接，通过第一法兰盘221与第二法兰盘2110能够快速、方便地实现装配工作，并且，第一法兰盘221设有连接轴头2210，连接轴头2210与支撑连接部311通过联轴器222连接，其中，该联轴器222是为了适应连接轴头2210与支撑连接部311之间的配合而定制成型，且通过第一法兰盘221与第二法兰盘2110连接以及连接轴头2210与支撑连接部311通过联轴器222连接，则动力输出端轴211、连接轴头2210和支撑连接部311三者同轴设置。

为了方便地将舵机21固定连接在固定座10上，因此，动力输出组件20还包括舵机支撑架23，舵机支撑架23固定连接于固定座10，舵机21连接于舵机支撑架23。

如图9所示，联轴器222为U型开口件，U型开口件包括顺序连接的第一直壁2221、弧形壁2222和第二直壁2223，第一直壁2221开有第一通孔2224和第二通孔2225，第一通孔2224与第二通孔2225沿弧形壁2222的中心轴线方向间隔设置，第二直壁2223开有第三通孔2226和第四通孔2227，第三通孔2226与第一通孔2224相对应，第四通孔2227与第二通孔2225相对应，连接轴头2210开第五通孔2211，支撑连接部311开有第六通孔3111，转接机构22还包括连接螺钉52，一根连接螺钉52依次穿过第一通孔2224、第五通孔2211和第三通孔2226后由螺母锁紧，另一根连接螺钉52依次穿过第二通孔2225、第六通孔3111和第四通孔2227后由螺母锁紧。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，该机器人是通过底盘系统的车轮在地面上行走运动的。具体地，该机器人包括底盘(未图示)和多个转向装置，转向装置为前述的转向装置，各个转向装置的固定座10采用螺栓连接方式可拆卸地连接于底盘(当然，也可以对固定座10与底盘进行焊接固定)，且多个转向装置呈周向间隔布置。

通过动力输出组件20向转向支架组件30输出动力，从而以固定座10为支撑点独立地实现原地转向功能，并且轮毂电机40独立地输出行走运动所需动力，如此，原地转向功能与行走功能相互配合，从而实现了机器人底盘系统的原地转向功能、行走转向功能等运动过程，并使得机器人在行走过程中始终保持稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种转向装置，其特征在于，包括：

固定座(10)，所述固定座(10)用于连接被安装体；

动力输出组件(20)，所述动力输出组件(20)固定安装于所述固定座(10)的一侧，所述动力输出组件(20)具有动力输出端轴(211)；

转向支架组件(30)，所述转向支架组件(30)具有相互固定连接的支撑连接部(311)和装配连接部(312)，所述支撑连接部(311)可转动地装配于所述固定座(10)，所述动力输出端轴(211)与所述支撑连接部(311)连接，所述装配连接部(312)位于所述固定座(10)的背离所述动力输出组件(20)的一侧；

轮毂电机(40)，所述轮毂电机(40)包括定子部(41)和转子部(42)，所述定子部(41)与所述转子部(42)之间驱动连接，所述定子部(41)固定连接于所述装配连接部(312)。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，

所述转向支架组件(30)包括支架(31)和轴承部(32)，所述支架(31)的第一端为所述支撑连接部(311)，所述支架(31)的第二端为所述装配连接部(312)，所述固定座(10)开有装配通孔(11)，所述轴承部(32)的外圈固定装配在所述装配通孔(11)内，所述轴承部(32)的内圈固定套在所述装配连接部(312)上。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，

所述轴承部(32)包括偶数个圆锥滚子轴承(321)，相邻两个所述圆锥滚子轴承(321)的其中一个的圆柱滚子相对于所述支撑连接部(311)中心轴线的倾斜方向与另一个的圆柱滚子相对于所述支撑连接部(311)中心轴线的倾斜方向相反。

4.根据权利要求3所述的转向装置，其特征在于，

所述轴承部(32)还包括轴承限位套(322)，相邻两个所述圆锥滚子轴承(321)之间设有轴承限位套(322)，所述轴承限位套(322)的两端分别抵顶于两个所述圆锥滚子轴承(321)的外圈。

5.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，

所述装配连接部(312)包括第一连接板(3121)和第二连接板(3122)，所述第一连接板(3121)的第一端与所述第二连接板(3122)的端部连接，所述第一连接板(3121)与所述第二连接板(3122)相垂直，所述动力输出端轴(211)垂直于所述第二连接板(3122)，所述定子部(41)连接于所述第一连接板(3121)的第二端，且所述轮毂电机(40)位于所述第二连接板(3122)的正下方。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的转向装置，其特征在于，

动力输出组件(20)包括舵机(21)和转接机构(22)，所述舵机(21)连接于所述固定座(10)，所述动力输出端轴(211)为所述舵机(21)的输出转轴，所述动力输出端轴(211)与所述支撑连接部(311)通过所述转接机构(22)传动连接。

7.根据权利要求6所述的转向装置，其特征在于，

所述转接机构(22)包括第一法兰盘(221)和联轴器(222)，所述动力输出端轴(211)上设有第二法兰盘(2110)，所述第一法兰盘(221)与所述第二法兰盘(2110)固定连接，所述第一法兰盘(221)设有连接轴头(2210)，所述连接轴头(2210)与所述支撑连接部(311)通过所述联轴器(222)连接，且所述动力输出端轴(211)、所述连接轴头(2210)和所述支撑连接部(311)三者同轴设置。

8.根据权利要求7所述的转向装置，其特征在于，

所述联轴器(222)为U型开口件，所述U型开口件包括顺序连接的第一直壁(2221)、弧形壁(2222)和第二直壁(2223)，所述第一直壁(2221)开有第一通孔(2224)和第二通孔(2225)，所述第一通孔(2224)与所述第二通孔(2225)沿所述弧形壁(2222)的中心轴线方向间隔设置，所述第二直壁(2223)开有第三通孔(2226)和第四通孔(2227)，所述第三通孔(2226)与所述第一通孔(2224)相对应，所述第四通孔(2227)与所述第二通孔(2225)相对应，所述连接轴头(2210)开第五通孔(2211)，所述支撑连接部(311)开有第六通孔(3111)，所述转接机构(22)还包括连接螺钉(52)，一根所述连接螺钉(52)依次穿过所述第一通孔(2224)、所述第五通孔(2211)和所述第三通孔(2226)后由螺母锁紧，另一根所述连接螺钉(52)依次穿过所述第二通孔(2225)、所述第六通孔(3111)和第四通孔(2227)后由螺母锁紧。

9.根据权利要求6所述的转向装置，其特征在于，所述动力输出组件(20)还包括舵机支撑架(23)，所述舵机支撑架(23)固定连接于所述固定座(10)，所述舵机(21)连接于所述舵机支撑架(23)。

10.一种机器人，包括底盘和多个转向装置，其特征在于，所述转向装置为权利要求1至9中任一项所述的转向装置，各个所述转向装置的固定座(10)连接于所述底盘，且多个所述转向装置呈周向间隔布置。

Images