CN113276984B - 越障底盘结构及移动机器人 - Google Patents

Abstract

一种越障底盘结构，包括底盘、第一安装块、第二安装块、第一从动轮、第二从动轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆和驱动轮，第一安装块、第二安装块可转动地连接于所述底盘，第一从动轮连接于底盘，第一连杆的一端铰接于底盘，第一连杆的另一端与第二从动轮连接，第二连杆的一端与第二从动轮或第一连杆连接，第二连杆的另一端与第三连杆铰接，第三连杆的远离第二连杆的端部与驱动轮连接，第二连杆与第一安装块可滑动地连接，第三连杆与第二安装块可滑动地连接。本发明的越障底盘结构具备超过同尺寸底盘更高的垂直越障性能，能避免由弹性元件引起的结构振荡问题。本发明还涉及一种移动机器人。

Description

越障底盘结构及移动机器人

技术领域

本发明涉及机器人底盘技术领域，特别涉及一种越障底盘结构及移动机器人。

背景技术

移动底盘是移动机器人的重要组成构件，其移动性能对移动机器人的整体性能具有重要的决定性作用，是评价一款机器人性能的关键技术指标。受制于工作场景的限制，客户和市场对机器人底盘小型化提出了更高的技术需求。如何在相关尺寸受到限制的情况下，仍保持底盘具备较高的越障（垂直障碍、沟、上下坡等）移动性能，成为提高移动机器人性能的一项重要工作。目前的移动底盘均安装有弹性储能元件，例如弹簧/橡胶等结构，而弹性储能元件在吸收释放冲击势能时会引起结构振荡问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种越障底盘结构，具备超过同尺寸底盘更高的垂直越障性能，能避免由弹性元件引起的结构振荡问题。

一种越障底盘结构，包括底盘、第一安装块、第二安装块、第一从动轮、第二从动轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆和驱动轮，第一安装块、第二安装块可转动地连接于所述底盘，第一从动轮连接于底盘，第一连杆的一端铰接于底盘，第一连杆的另一端与第二从动轮连接，第二连杆的一端与第二从动轮或第一连杆连接，第二连杆的另一端与第三连杆铰接，第三连杆的远离第二连杆的端部与驱动轮连接，第二连杆与第一安装块可滑动地连接，第三连杆与第二安装块可滑动地连接。

在本发明的实施例中，上述第一安装块通过第一转轴连接于所述底盘，所述第一安装块可绕着所述第一转轴的轴线转动；所述第二安装块通过第二转轴连接于所述底盘，所述第二安装块可绕着所述第二转轴的轴线转动。

在本发明的实施例中，上述第一从动轮与所述第二从动轮相对设置，所述驱动轮位于所述第一从动轮与所述第二从动轮之间。

在本发明的实施例中，上述第一安装块和所述第二安装块位于所述第二从动轮与所述驱动轮之间，所述第一安装块靠近所述第二从动轮设置，所述第二安装块靠近所述驱动轮设置。

在本发明的实施例中，上述底盘上设有避让口，所述第二连杆、所述第三连杆以及所述驱动轮对应所述避让口设置。

在本发明的实施例中，上述第二连杆上设有第一挡块和第二挡块，所述第一挡块与所述第二挡块相互间隔地固定于所述第二连杆，所述第一安装块位于所述第一挡块与所述第二挡块之间，所述第二连杆在所述第一安装块上滑动时，所述第一安装块可抵靠于所述第一挡块或所述第二挡块。

在本发明的实施例中，上述第二连杆与所述第三连杆之间的夹角大于90°。

在本发明的实施例中，上述第一安装块与所述第二安装块之间的间距为80mm～100mm。

在本发明的实施例中，上述底盘上设有安装件，所述第一从动轮可转动地连接于所述安装件。

本发明还涉及一种移动机器人，包括上述的越障底盘结构。

本发明的越障底盘结构通过连杆和安装块配合使用，在保证底盘较小尺寸约束的条件下，具备超过同尺寸底盘更高的垂直越障性能（垂直障碍、沟、上下坡等）。而且越障底盘结构未设置弹性元件，最大限度的保证了底盘的结构稳定性，在越障等工况后不会发生由弹性元件引起的结构振荡问题。本发明的越障底盘结构经多体动力学仿真，其多工况性能均超越目前同类产品20%以上，是一种具备高越障性能的底盘构型设计。

附图说明

图1是本发明的越障底盘结构的结构示意图。

图2是本发明的移动机器人的结构示意图。

图3a至图3g是本发明的越障底盘结构模拟越障过程的示意图。

图4a至图4f是本发明的越障底盘结构模拟跨沟过程的示意图。

图5a至图5d是本发明的越障底盘结构模拟爬坡过程的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种越障底盘结构。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为了便于本领域技术人员的理解，本发明通过以下实施例对本发明提供的技术方案的具体实现过程进行说明。

图1是本发明的越障底盘结构的结构示意图，如图1所示，越障底盘结构10包括底盘11、第一安装块12、第二安装块13、第一从动轮14、第二从动轮15、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18和驱动轮19，第一安装块12、第二安装块13可转动地连接于底盘11，第一从动轮14连接于底盘11，第一连杆16的一端铰接于底盘11，第一连杆16的另一端与第二从动轮15连接，第二连杆17的一端与第二从动轮15或第一连杆16连接，第二连杆17的另一端与第三连杆18铰接，第三连杆18的远离第二连杆17的端部与驱动轮19连接，第二连杆17与第一安装块12可滑动地连接，第三连杆18与第二安装块13可滑动地连接。定义第一连杆16与底盘11的铰接点为第一铰接点101，第一连杆16可绕着第一铰接点101转动；定义第一安装块12、第二安装块13与底盘11的连接点为第二铰接点102，第一安装块12、第二安装块13可绕着自身的第二铰接点102转动。

本发明的越障底盘结构10通过连杆和安装块配合使用，在保证底盘11较小尺寸约束的条件下，具备超过同尺寸底盘11更高的垂直越障性能（垂直障碍、沟、上下坡等）。而且越障底盘结构10未设置弹性元件，最大限度的保证了底盘11的结构稳定性，在越障等工况后不会发生由弹性元件引起的结构振荡问题。本发明的越障底盘结构10经多体动力学仿真，其多工况性能均超越目前同类产品20%以上，是一种具备高越障性能的底盘11构型设计。

进一步地，第一安装块12通过第一转轴连接于底盘11，第一安装块12可绕着第一转轴的轴线转动；第二安装块13通过第二转轴连接于底盘11，第二安装块13可绕着第二转轴的轴线转动。当越障底盘结构10移动越过障碍物的过程中，第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18、第一安装块12以及第二安装块13可绕着连接处转动，同时第二连杆17在第一安装块12上滑动、第三连杆18在第二安装块13上滑动。

在一较佳的实施例中，第一转轴固定连接于底盘11，第一安装块12上设有第一轴孔，第一转轴安装于第一轴孔中，第一安装块12可在第一转轴上转动；第二转轴固定连接于底盘11，第二安装块13上设有第二轴孔，第二转轴安装于第二轴孔中，第二安装块13可在第二转轴上转动。

在另一较佳的实施例中，第一转轴固定连接于第一安装块12，底盘11上设有第三轴孔，第一转轴安装于第一轴孔中，第一转轴可在第三轴孔中转动；第二转轴固定连接于第二安装块13，底盘11上设有第四轴孔，第二转轴安装于第四轴孔中，第二转轴可在第四轴孔中转动。

进一步地，第一从动轮14与第二从动轮15相对设置，驱动轮19位于第一从动轮14与第二从动轮15之间。在本实施例中，第一从动轮14可作为底盘11的前轮，第二从动轮15可作为底盘11的后轮，或者第二从动轮15可作为底盘11的前轮，第一从动轮14可作为底盘11的后轮。

进一步地，第一安装块12和第二安装块13位于第二从动轮15与驱动轮19之间，第一安装块12靠近第二从动轮15设置，第二安装块13靠近驱动轮19设置。

进一步地，底盘11上设有避让口，第二连杆17、第三连杆18以及驱动轮19对应避让口设置。当越障底盘结构10移动越过障碍物的过程中，驱动轮19在避让口中上下浮动，第二连杆17和第三连杆18在避让口中滑动。

进一步地，第二连杆17上设有第一挡块171和第二挡块172，第一挡块171与第二挡块172相互间隔地固定于第二连杆17，第一安装块12位于第一挡块171与第二挡块172之间，第二连杆17在第一安装块12上滑动时，第一安装块12可抵靠于第一挡块171或第二挡块172。在本实施例中，第一挡块171与第二挡块172用于限制第二连杆17的滑动距离，在保证第二连杆17有足够滑动区间的同时，还能实现越障底盘结构10正常越障，且不产生运动干涉。

进一步地，第二连杆17与第三连杆18之间的夹角大于90°。

进一步地，第一安装块12与第二安装块13之间的间距为80mm～100mm，例如为85mm、90mm、95mm，但并不以此为限。

进一步地，底盘11上设有安装件112，第一从动轮14可转动地连接于安装件112。在本实施例中，安装件112沿着竖直方向设置，安装件112的一端固定于底盘11，安装件112的另一端连接于第一从动轮14，安装件112与第一从动轮14的连接处为旋转中心。

进一步地，第一连杆16与第二从动轮15的连接处位于第二从动轮15的旋转中心，第二连杆17与第二从动轮15的连接处位于第二从动轮15的旋转中心。在本实施例中，第一连杆16与第二连杆17相互铰接。

进一步地，驱动轮19采用轮毂电机实现驱动，但并不以此为限。

进一步地，第二连杆17和第三连杆18采用减摩降摩材料，例如减摩塑料、固体润滑作表面处理，用以降低摩擦力，保证第二连杆17和第三连杆18能够顺利滑动。

进一步地，第一连杆16、第二连杆17和第三连杆18均采用高强度高刚度材料制作，例如高碳钢，但并不以此为限。

进一步地，第一连杆16、第二连杆17和第三连杆18组成连杆组件，越障底盘结构10可包括多套连杆组件以及多个第一安装块12、第二安装块13、第一从动轮14、第二从动轮15和驱动轮19，例如越障底盘结构10包括两套连杆组件以及两个第一安装块12、两个第二安装块13、两个第一从动轮14、两个第二从动轮15以及两个驱动轮19，但并不以此为限。

图2是本发明的移动机器人的结构示意图，如图2所示，移动机器人包括上述的越障底盘结构10和躯干20，躯干20连接在底盘11上。在本实施例中，躯干20的重心位于第一安装块12与第一从动轮14之间的区域，能够避免机器人因重心不稳发生倾覆。

图3a至图3g是本发明的越障底盘结构模拟越障过程的示意图，如图3a至图3g所示，越障底盘结构的底盘11上固定有立柱，立柱的中部固定有一定重量的球体，用以模拟机器人的躯干20,球体的重量例如为30Kg至100Kg，根据实际需要可自由选择，并不以此为限。

具体地，越障底盘结构越障前，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均处于初始位置，如图3a所示；

当第一从动轮14滚压障碍时，第一连杆16绕着第一铰接点101旋转，第二连杆17、第三连杆18分别在第一安装块12、第二安装块13内滑动，同时第一安装块12、第二安装块13绕着自身第二铰接点102旋转，如图3b和图3c所示；

当第一从动轮14越过障碍时，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均恢复至初始位置；

当驱动轮19滚压障碍时，驱动轮19依靠自身半径较大特点，自主完成越障动作，如图3d和图3e所示；

当第二从动轮15滚压障碍时，第一连杆16绕着第一铰接点101旋转，第二连杆17、第三连杆18分别在第一安装块12、第二安装块13内滑动，同时第一安装块12、第二安装块13绕着自身第二铰接点102旋转，如图3f所示；

当第二从动轮15越过障碍时，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均恢复至初始位置，如图3g所示。

图4a至图4f是本发明的越障底盘结构模拟跨沟过程的示意图，如图4a至图4f所示，越障底盘结构的底盘11上固定有立柱，立柱的中部固定有一定重量的球体，用以模拟机器人的躯干20,球体的重量例如为30Kg至100Kg，根据实际需要可自由选择，并不以此为限。

具体地，越障底盘结构越沟道前，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均处于初始位置，如图4a所示；

当第一从动轮14滚压沟道时，第一连杆16绕着第一铰接点101旋转，第二连杆17、第三连杆18分别在第一安装块12、第二安装块13内滑动，同时第一安装块12、第二安装块13绕着自身第二铰接点102旋转，如图4b所示；

当第一从动轮14越过沟道时，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均恢复至初始位置，如图4c所示；

当驱动轮19滚压沟道时，驱动轮19依靠自身半径较大特点，自主完成越沟动作，如图4d所示；

当第二从动轮15滚压沟道时，第一连杆16绕着第一铰接点101旋转，第二连杆17、第三连杆18分别在第一安装块12、第二安装块13内滑动，同时第一安装块12、第二安装块13绕着自身第二铰接点102旋转，如图4e所示；

当第二从动轮15越过沟道时，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均恢复至初始位置，如图4f所示。

图5a至图5d是本发明的越障底盘结构模拟爬坡过程的示意图，如图5a至图5d所示，越障底盘结构的底盘11上固定有立柱，立柱的中部固定有一定重量的球体，用以模拟机器人的躯干20,球体的重量例如为30Kg至100Kg，根据实际需要可自由选择，并不以此为限。

具体地，越障底盘结构爬坡前，第一安装块12、第二安装块13、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18均处于初始位置，如图5a所示；

当第一从动轮14滚压坡面时，第一连杆16绕着第一铰接点101旋转，第二连杆17、第三连杆18分别在第一安装块12、第二安装块13内滑动，同时第一安装块12、第二安装块13绕着自身第二铰接点102旋转，如图5b所示；

当驱动轮19滚压坡面后，越障底盘结构继续移动，直至第二从动轮15滚压坡面，如图5c所示；

当第二从动轮15滚压坡面时，第一连杆16绕着第一铰接点101旋转，第二连杆17、第三连杆18分别在第一安装块12、第二安装块13内滑动，同时第一安装块12、第二安装块13绕着自身第二铰接点102旋转，如图5d所示。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种越障底盘结构，其特征在于，包括底盘、第一安装块、第二安装块、第一从动轮、第二从动轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆和驱动轮，所述第一安装块、所述第二安装块可转动地连接于所述底盘，所述第一从动轮连接于所述底盘，所述第一连杆的一端铰接于所述底盘，所述第一连杆的另一端与所述第二从动轮连接，所述第二连杆的一端与所述第二从动轮或所述第一连杆连接，所述第二连杆的另一端与所述第三连杆铰接，所述第三连杆的远离所述第二连杆的端部与所述驱动轮连接，所述第二连杆与所述第一安装块可滑动地连接，所述第三连杆与所述第二安装块可滑动地连接。

2.如权利要求1所述的越障底盘结构，其特征在于，所述第一安装块通过第一转轴连接于所述底盘，所述第一安装块可绕着所述第一转轴的轴线转动；所述第二安装块通过第二转轴连接于所述底盘，所述第二安装块可绕着所述第二转轴的轴线转动。

3.如权利要求1或2所述的越障底盘结构，其特征在于，所述第一从动轮与所述第二从动轮相对设置，所述驱动轮位于所述第一从动轮与所述第二从动轮之间。

4.如权利要求3所述的越障底盘结构，其特征在于，所述第一安装块和所述第二安装块位于所述第二从动轮与所述驱动轮之间，所述第一安装块靠近所述第二从动轮设置，所述第二安装块靠近所述驱动轮设置。

5.如权利要求4所述的越障底盘结构，其特征在于，所述底盘上设有避让口，所述第二连杆、所述第三连杆以及所述驱动轮对应所述避让口设置。

6.如权利要求1所述的越障底盘结构，其特征在于，所述第二连杆上设有第一挡块和第二挡块，所述第一挡块与所述第二挡块相互间隔地固定于所述第二连杆，所述第一安装块位于所述第一挡块与所述第二挡块之间，所述第二连杆在所述第一安装块上滑动时，所述第一安装块可抵靠于所述第一挡块或所述第二挡块。

7.如权利要求1所述的越障底盘结构，其特征在于，所述第二连杆与所述第三连杆之间的夹角大于90°。

8.如权利要求1所述的越障底盘结构，其特征在于，所述第一安装块与所述第二安装块之间的间距为80mm～100mm。

9.如权利要求1所述的越障底盘结构，其特征在于，所述底盘上设有安装件，所述第一从动轮可转动地连接于所述安装件。

10.一种移动机器人，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的越障底盘结构。

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