CN113715928A - 移动平台以及移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种移动平台以及移动机器人，所公开的移动平台可在支撑面上移动，移动平台包括机架组件、行走轮组、驱动机构和弹性组件，所述驱动机构与所述行走轮组相连，以驱动所述行走轮组转动；所述弹性组件分别与所述机架组件和所述驱动机构相连，所述弹性组件推动所述驱动机构朝向所述地面移动、以带动所述行走轮组抵接于所述地面。上述方案能够解决目前的移动机器人在不平地形中行驶时存在的四轮难以同时着地的问题。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种移动平台以及移动机器人。
背景技术
随着科技的高速发展，移动机器人被广泛应用于勘察、运输等作业。目前，传统的移动机器人的轮组安装相对固定，而在野外山地等不平地形中行驶时会存在四轮难以同时着地的问题，进而会导致轮组中不同轮体差异化磨损以及移动机器人的倾斜、侧翻。
发明内容
本发明公开一种移动平台以及移动机器人，以解决目前的移动机器人在不平地形中行驶时存在的四轮难以同时着地的问题。
为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
一方面，本发明提供一种移动平台，移动平台可在支撑面上移动；移动平台包括机架组件、行走轮组、驱动机构和弹性组件，所述驱动机构与所述行走轮组相连，以驱动所述行走轮组转动；所述弹性组件分别与所述机架组件和所述驱动机构相连，所述弹性组件推动所述驱动机构朝向所述地面移动、以带动所述行走轮组抵接于所述地面。
另一方面，本发明提供一种移动机器人，其包括前述的移动平台。
本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
在本发明实施例公开的移动平台中，驱动机构通过弹性组件与机架组件相连，该移动平台在使用时弹性组件处于压缩储能状态，当行走轮组中存在行走轮未与支撑面接触时，弹性组件会切换至回弹释能状态，驱使驱动机构朝向支撑面移动，进而带动行走轮组全面抵接于支撑面，使得弹性组件受力平衡。
相较于现有技术，本发明实施例所公开的移动平台，能够使得行走轮组中的行走轮都同时着地，减轻了行走轮的差异化磨损问题，同时该移动平台具备更优秀的不平地形适应性，能够避免出现倾斜、侧翻。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例公开的移动平台的立体结构示意图；
图2为本发明实施例公开的移动平台的俯视结构示意图；
图3为本发明实施例公开的移动平台的局部结构示意图；
图4、图5和图7为本发明实施例公开的移动平台在不同视角下的局部结构分解示意图；
图6为本发明实施例公开的驱动机构与弹性件的配合结构示意图；
附图标记说明：
100-机架组件、110-第一支撑板、111-条形孔、112-支撑挡块、120-滑行导轨、130-限位部、
200-行走轮、210-轮边轴端挡圈、
300-驱动机构、310-驱动单元、320-衔接部、321-滑行单元、322-连接耳部、
400-弹性件、
500-防护组件、510-柔性外覆件、520-第一密封件、530-第二密封件、
600-控制模组。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
请参考图1和图2，本发明实施例公开一种移动平台，其可在支撑面上移动。
在本实施例中，支撑面的类型可以有多种，例如地面、电脑桌桌面等；在本实施例的后述内容中，以支撑面选用地面为例。同时，本实施例未限制移动平台的具体类型，举例来说其可以为移动机器人的底盘结构。
在本实施例中，所公开的移动平台包括机架组件100、行走轮组、驱动机构300和弹性组件。机架组件100为移动平台的基础构件，其不仅是移动平台的其他构件的安装支撑基础，也对部分直接安装于机架组件100上的构件起到保护作用。
行走轮组与驱动机构300配合使用，驱动机构300与行走轮组相连，以驱动行走轮组转动。驱动机构300为移动平台的动力构件，其在移动平台进行移动时给行走轮组提供驱动力，驱使行走轮组在地面上滚动，进而实现移动平台的移动动作。
在本实施例中，弹性组件分别与机架组件100和驱动机构300相连。如此，当移动平台在不平地面移动时，行走轮组会产生起伏颠簸，并通过驱动结构300传递给弹性组件，弹性组件会出现伸缩变形，在此过程中，驱动机构300能够相对于机架组件100产生相对运动。
其中，弹性组件具有压缩储能状态和回弹释能状态。
具体而言，弹性组件通常是移动平台在地面上行驶时处于压缩储能状态，基于移动平台自身的重力以及地面传递的反作用力，使得弹性组件被压缩，进行储能。
当行走轮组局部或者全部未与地面相接触时，弹性组件处于回弹释能状态，此时由于弹性组件未受到地面的反作用力，基于弹性组件的复位特性，弹性组件会进行回弹，以进行释能。更为具体的，弹性组件推动驱动机构300朝向地面移动，由于驱动机构300与行走轮组相连，弹性组件就间接带动行走轮组朝向地面移动，直到行走轮组抵接于地面并向地面传递挤压作用，地面反作用于行走轮组而传递给弹性组件挤压作用，进而使得弹性组件被压缩而再进行储能，最终弹性组件的回弹力与地面的反作用力相匹配。如此，就使得行走轮组始终与地面保持完全接触。
由上述说明可知，在本发明实施例公开的移动平台中，驱动机构300通过弹性组件与机架组件100相连，该移动平台在使用时弹性组件处于压缩储能状态，当行走轮组中存在行走轮未与支撑面接触时，弹性组件会切换至回弹释能状态，驱使驱动机构300朝向支撑面移动，进而带动行走轮组全面抵接于支撑面，使得弹性组件受力平衡。
相较于现有技术，本发明实施例所公开的移动平台，能够使得行走轮组中的行走轮200都同时着地，减轻了行走轮200的差异化磨损问题，同时该移动平台具备更优秀的不平地形适应性，能够避免出现倾斜、侧翻。
应理解的是，移动平台通过行走轮组在地面上行驶时，如果地面不平整会导致移动平台整机颠簸、抖动，以及在移动平台的转向过程中，由于惯性原因也会出现抖动问题，如此会使得移动平台存在倾斜、侧翻的风险。在本实施例中，使得移动平台颠簸、抖动的作用力能够被弹性组件吸收，进而起到缓冲抖动、减震的作用，优化移动平台的运行稳定性。
本实施例未限制行走轮200的轮胎材质，在可选的方案中，行走轮200的轮胎材质可以为PU(聚氨酯)材料。PU轮胎的弹性好，具备较佳的防抖减震性能；同时PU轮胎还具备良好的耐磨性和耐老化性。
请参考图1～图7，通常情况下，行走轮组可以包括对称设置于机架组件100的相对两侧的第一子轮组和第二子轮组，第一子轮组和第二子轮组均可以包括两个行走轮200。在本实施例中，未限制第一子轮组和第二子轮组中行走轮200的具体数量，它们可以均包括至少两个行走轮200，例如第一子轮组和第二子轮组均包括三个或四个行走轮200。如此设置下，由于行走轮200数量的增多，增加了移动平台在地面上的着力点，进而提升了稳定性；同时，由于行走轮200数量的增多，也相应增加了机架组件100的支撑安装基础，进而可以增大机架组件100的尺寸，以提供了更多的安装空间。
在现有技术中，通常是第一子轮组和第二子轮组分别配备一个驱动装置，在第一子轮组和第二子轮组内，驱动装置驱动其中一个行走轮200，这个行走轮200就作为驱动轮，其余的行走轮200则作为从动轮，而由同步带或传动链条等传动结构来带动。在第一子轮组和第二子轮组均为两个行走轮200的情况下，即为四轮两驱方案。
上述的传统方案在实现转向动作时，在第一子轮组和第二子轮组内，由于行走轮200之间会相互受到传动影响，且通常移动平台的几何中心与质量中心不重合，则在转向时表现为绕着机架组件100中的某一点(非机架组件100的中心)旋转，转向直径增大，从而偏离中心，对导航算法提出了更高的要求。同时，如果驱动装置出现宕机或损坏，则第一子轮组和第二子轮组就会处于无法运转的状态。
基于此，在可选的方案中，驱动机构300可以包括与行走轮200的数量相等的驱动单元310，每个驱动单元310与一个行走轮200驱动相连。以第一子轮组和第二子轮组均为两个行走轮200举例来说，即为四轮四驱方案。应理解的是，如此驱动单元310与行走轮200形成一对一的驱动关系，行走轮200之间不会相互干扰。即使移动平台的几何中心与质量中心不重合，通过分别调整不同的行走轮200的速度和方向，可以使得移动平台的转动中心尽量处于机架组件100的几何中心上，如此就能够避免转向直径过大，而对导航算法的要求降低，并且使得移动平台的转向更为灵活。同时，即使其中一个驱动单元310出现宕机或损坏，第一子轮组或第二子轮组均还存在至少一个驱动单元310能够正常使用，第一子轮组或第二子轮组在能够正常使用的驱动单元310的带动而实现行走，确保移动平台能够正常运行；在实际应用中，可避免了移动平台在原地等待救援，其仍然可以行驶回收而进行维护。
在本实施例中，未限制驱动单元310的具体类型，其可以为液压动力装置、气压动力装置或者电动动力装置等。通常情况下，驱动单元310为驱动电机。
与此同时，弹性组件可以包括多个弹性件400，弹性件400分别与机架组件100和驱动单元310相连，弹性件400推动驱动单元310朝向地面移动、以带动行走轮200抵接于地面。如此，当弹性件400出现伸缩变形时，驱动单元310能够相对于机架组件100产生相对运动。
同样地，弹性件400具有压缩储能状态和回弹释能状态。具体而言，当行走轮200在地面上行驶时，弹性件400被压缩而进行储能，当行走轮200脱离地面时，弹性件400复位回弹而进行释能，驱使行走轮200抵接在地面上。如此，就可以避免在行走轮组中个别行走轮200不着地的问题。
本实施例未限制弹性件400的具体类型，举例来说弹性件400可以为弹簧、橡胶结构等；在本实施例中，弹性件400可选为模具弹簧。同时为了方便弹性件400的安装固定，在机架组件100上还设置有支撑挡块112，弹性件400连接于支撑挡块112上，支撑挡块112即作为弹性件400的安装基础；同时，由于弹性件400还与驱动单元310相连，在驱动单元310一侧也可设置支撑挡块112，该支撑挡块112用于对驱动单元310起到约束限位作用，以避免驱动单元310相对于机架组件100运动时跑出预设范围。
由于弹性件400自身的弹性特征，其在伸缩变形时容易出现歪斜等情况，会导致推动驱动单元310移动时偏离预设的轨迹。基于此，在可选的方案中，每个驱动单元310可以通过多个弹性件400与机架组件100相连，且多个弹性件400均匀作用于驱动单元310。
应理解的是，多个弹性件400能够均匀分担受到机架组件100和驱动单元300传递来的作用力，而单个弹性件400受到的作用力减小之后，能够改善其歪斜等情况的严重程度，进而能够优化驱动单元310的移动轨迹。在一种具体的实施方式中，每个驱动单元310可以对应两个弹性件400，且弹性件400对称设置于驱动单元300两侧，以对称作用于驱动单元310。
基于移动平台的内部结构设计，以便于驱动单元310与弹性件400相连，在可选的方案中，驱动机构300还可以包括衔接部320，驱动单元310通过衔接部320与弹性件400相连。如此，驱动单元310能够通过衔接部320与间隔布设的弹性件400相连，顺利实现连接关系。
由于机架组件100需要对驱动机构300进行保护，驱动机构300通常设置于机架组件100之内，而为了实现驱动单元310与行走轮200的连接，机架组件100上通常开设有条形孔111，驱动单元310的输出轴穿过条形孔111与行走轮200驱动相连。基于条形孔111的形状，驱动单元310的输出轴能够在条形孔中移动，进而带动行走轮200移动。
本实施例未限制条形孔111的具体类型，举例来说其可以为腰型孔、椭圆孔等。机架组件100通常包括第一支撑板110，条形孔111开设于第一支撑板110上。需要说明的是，在本实施例中，对应于第一子轮组或第二子轮组的多个驱动单元310均安装固定于一个第一支撑板110上，能极大程度保证同侧驱动单元310的平行度，降低移动平台的直线行走偏差值。
与此同时，衔接部320滑动配合于机架组件100，也即是衔接部320能够与机架组件100实现相对滑动，进而提升驱动单元310移动的流畅性，间接提升行走轮200移动的灵敏度；而且，衔接部320的滑动方向与条形孔111的长轴方向相平行，如此，当衔接部320在机架组件100上滑动时，衔接部320不会与驱动单元310的输出轴在条形孔111中的移动产生干涉。
在本实施例中，衔接部320与机架组件100的滑动配合关系有多种，在一种具体的实施方式中，机架组件100上可以设置有滑行导轨120，衔接部320通过滑行单元321滑动配合于滑行导轨120。具体而言，通过滑行单元321在滑行导轨120上的滑动，实现了衔接部320在机架组件100上的滑动配合关系。机架组件100和衔接部320上的滑动配合结构可以互换，例如滑行导轨120设置于衔接部320上，而滑行单元321设置于机架组件100上。
应理解的是，滑行导轨120具有一定的导向作用，能够进一步地确保驱动单元310是在预设轨迹上移动。
由于驱动单元310具备一定的重量和尺寸，为了提供较稳定的支撑作用，衔接部320可为第二支撑板。滑行单元321通常滑块结构，当然，本实施例对滑行单元321的具体形状未作限制，同时，滑行单元3211可一体成型于衔接部320。
同时，如图6所示，为了便于衔接部320与弹性件400实现连接，衔接部320上可构造有凸出的连接耳部322，连接耳部322延伸至弹性件400而与弹性件400相连。
为了进一步地确保弹性件400不发生偏斜等问题，衔接部320通常可以具有导向杆，弹性件400螺旋套设于导向杆周围(在上述衔接部320具有连接耳部322的实施方式中，导向杆可设置于连接耳部322上)。如此设置下，导向杆位于弹性件400的内部，当弹性件400出现偏斜时，会被导向杆所约束，进而确保弹性件400在预设的方向上伸缩。
由于行走轮200受到较大冲击时，会带动驱动单元310抬升较大的距离，此时滑动单元311可能会从滑行导轨120上滑出，而驱动单元310从机架组件100上脱落。基于此，在可选的方案中，机架组件100上可以设置有限位部130，限位部130位于滑行单元321的移动路径上，以阻挡滑行单元321滑出滑行导轨120。
如此设置下，当驱动单元310在滑行导轨120滑出较大距离时，滑动单元321可被限位部130所阻挡，以避免滑动单元321滑出滑行导轨120。通常情况下，限位部130可以为螺纹紧固件(例如螺栓、螺钉等)，进而方便装拆限位部130。
请再次参考图7，在实际的工作过程中，驱动单元310的输出轴安装于条形孔111中，无疑会存在缝隙，外部的灰尘、水渍等杂物容易从缝隙中进入到机架组件100之内，会对移动平台内部造成破坏。基于此，在可选的方案中，移动平台还可以包括防护组件500，以提升移动平台的防尘防水性能。通常情况下，驱动单元310的输出轴的外部具有输出轴外壳，输出轴外壳起到安装支撑驱动单元310的输出轴的作用，驱动单元310的输出轴通常通过轴承与输出轴外壳相连。
在本实施例中，防护组件500包括与输出轴外壳的形状相匹配的柔性外覆件510，柔性外覆件510与条形孔111的孔缘相连，且包覆于输出轴外壳，驱动单元310的输出轴穿过柔性外覆件510与行走轮200驱动相连。具体而言，如此设置下，柔性外覆件510就完全覆盖了驱动单元310的输出轴与条形孔111之间缝隙，无疑能够有效避免杂物从缝隙进入到机架组件100之内，进而提升了移动平台的自身防护性能。进一步的，此种设置方式还能够提升移动平台户外运行的可靠性和安全性，直观表现为涉水深度的增加。
需要说明的是，由于柔性外覆件510具备一定的变形能力，当驱动单元310的输出轴在条形孔111中移动时，柔性外覆件510能够通过变形而随着驱动单元310的输出轴而运动，以避免对驱动单元310的输出轴的动作产生干涉。
在本实施例中，柔性外覆件510的具体类型可以有多种，例如柔性外覆件510可以为泡棉结构件。在一种具体的实施方式中，柔性外覆件510可以为硅胶布。应理解的是，硅胶布柔韧性好，弹性上佳，同时能够耐化学腐蚀，野外使用耐候性优良，因此在能够适配驱动单元310的输出轴的运动的基础上，还能够使得移动平台具备优良的防尘防水性能，更能够适应野外作业。
为了进一步地提升移动平台的防尘防水性能，在可选的方案中，防护组件500还可以包括第一密封件520和第二密封件530，第一密封件520将柔性外覆件510的一端压紧固定于机架组件100，第二密封件530将柔性外覆件510的另一端压紧固定于输出轴外壳。通过第一密封件520和第二密封件530的压紧固定作用，可以提升柔性外覆件510的安装可靠性，避免柔性外覆件510的脱离，同时可以优化柔性外覆件510的边缘的安装密封性。
本实施例未限制第一密封件520和第二密封件530的具体类型，举例来说它们可选为密封胶环。进一步的，第一密封件520和第二密封件530均可以通过螺纹紧固件(例如螺栓、螺钉等)分别与机架组件100和输出轴外壳固定相连。应理解的是，通过调整螺纹紧固件的安装深度，可以调节第一密封件520和第二密封件530分别与机架组件100和输出轴外壳的安装松紧度，进而可以间接调整对柔性外覆件510的压紧程度。
当然，本实施例未限制第一密封件520和第二密封件530的具体安装方式，例如第一密封件520和第二密封件530还可以通过粘接、卡接等方式实现安装。
请再次参考图4，在本实施例中，行走轮200包括轮边轴端挡圈210，轮边轴端挡圈210通过一个螺纹紧固件压紧固定于行走轮200上，且该螺纹紧固件穿过轮边轴端挡圈210与驱动单元310的输出轴相连。如此设置下，仅用一个螺纹紧固件就实现对行走轮200的安装固定，在保证结构强度的情况下，还具备装拆简单、易换易修的优势。
移动平台还包括多个控制模组600，控制模组600与驱动单元310一一对应相连。如此，移动平台就能够实现对能够驱动单元310的精准控制，有利于提升行走轮组的操控性。驱动机构300还可以包括变速模组，变速模组与驱动单元310配合使用，进而改变驱动单元310的输出力矩和转速；在本实施例中，变速模组可选为行星齿轮减速器。
如前所述，驱动单元310与行走轮200数量相等，且一个驱动单元310与一个行走轮200对应驱动相连。以第一子轮组和第二子轮组均包括两个行走轮200的实施方式为例，对移动平台进行原地转向和变半径转向的过程进行说明。
在移动平台进行原地转向时，移动平台会围绕自身的几何中心旋转，具体而言，用户可通过控制模组600对驱动单元310进行控制，首先分别对第一子轮组和第二子轮组的行走轮施加大小相等、方向相反的驱动力，当然在同一子轮组内，两个行走轮200受到的驱动力大小相等且方向相同；在这种情况下，由于受到摩擦阻力的抵消，驱动移动平台转动的作用力实际上是位于移动平台轨迹上的转向力，且四个行走轮200上的转向力大小相等，且四个转向力形成的转矩同向。
在移动平台进行变半径转向时，可通过控制模组600对第一子轮组和第二子轮组进行差速控制而实现，在子轮组内部，同组的行走轮200的速度相同，也即是同组的行走轮200受到的驱动单元310的驱动力相同。第一子轮组的速度可设为V1，第二子轮组的速度可设为V2，第一子轮组的转弯半径可设为R1，第二子轮组的转弯半径可设为R2，移动平台的宽度为W，则W＝|R1-R2|，移动平台整车的转向半径为(R1+R2)/2。
应理解的是，在实现变半径转向的过程中，移动平台满足V2/V1＝R2/R1。具体而言，当移动平台需要朝向第一子轮组一侧转向时，可控制满足V2/V1＞1，此时R2/R1＞1；当移动平台需要朝向第二子轮组一侧转向时，可控制满足V2/V1＜1，此时R2/R1小于1；在V2/V1＝R2/R1＝1的情况下，移动平台即进行直线移动。
基于前述的移动平台，本发明实施例还公开一种移动机器人，其包括前述的移动平台。
本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种移动平台，可在支撑面上移动，其特征在于，包括机架组件(100)、行走轮组、驱动机构(300)和弹性组件，所述驱动机构(300)与所述行走轮组相连，以驱动所述行走轮组转动；所述弹性组件分别与所述机架组件(100)和所述驱动机构(300)相连，所述弹性组件推动所述驱动机构(300)朝向所述地面移动、以带动所述行走轮组抵接于所述地面。
2.根据权利要求1所述的移动平台，其特征在于，所述行走轮组包括对称设置于所述机架组件(100)的相对两侧的第一子轮组和第二子轮组，所述第一子轮组和所述第二子轮组均包括至少两个行走轮(200)；所述驱动机构(300)包括与所述行走轮(200)的数量相等的驱动单元(310)，每个所述驱动单元(310)与一个所述行走轮(200)驱动相连；
所述弹性组件包括多个弹性件(400)，所述弹性件(400)分别与所述机架组件(100)和所述驱动单元(310)相连，所述弹性件(400)推动所述驱动单元(310)朝向所述地面移动、以带动所述行走轮(200)抵接于所述地面。
3.根据权利要求2所述的移动平台，其特征在于，每个所述驱动单元(310)通过多个所述弹性件(400)与所述机架组件(100)相连，且多个所述弹性件(400)均匀作用于所述驱动单元(310)。
4.根据权利要求2所述的移动平台，其特征在于，所述驱动机构(300)还包括衔接部(320)，所述驱动单元(310)通过所述衔接部(320)与所述弹性件(400)相连。
5.根据权利要求4所述的移动平台，其特征在于，所述机架组件(100)上开设有条形孔(111)，所述驱动单元(310)的输出轴穿过所述条形孔(111)与所述行走轮(200)驱动相连；所述衔接部(320)滑动配合于所述机架组件(100)，且所述衔接部(320)的滑动方向与所述条形孔(111)的长轴方向相平行。
6.根据权利要求4或5所述的移动平台，其特征在于，所述机架组件(100)上设置有滑行导轨(120)，所述衔接部(320)通过滑行单元(321)滑动配合于所述滑行导轨(120)。
7.根据权利要求6所述的移动平台，其特征在于，所述机架组件(100)上设置有限位部(130)，所述限位部(130)位于所述滑行单元(321)的移动路径上，以阻挡所述滑行单元(321)滑出所述滑行导轨(120)。
8.根据权利要求5所述的移动平台，其特征在于，所述移动平台还包括防护组件(500)，所述驱动单元(310)的输出轴的外部具有输出轴外壳，所述防护组件(500)包括与所述输出轴外壳的形状相匹配的柔性外覆件(510)，所述柔性外覆件(510)与所述条形孔(111)的孔缘相连，且包覆于所述输出轴外壳，所述驱动单元(310)的输出轴穿过所述柔性外覆件(510)与所述行走轮(200)驱动相连。
9.根据权利要求8所述的移动平台，其特征在于，所述防护组件(500)还包括第一密封件(520)和第二密封件(530)，所述第一密封件(520)将所述柔性外覆件(510)的一端压紧固定于所述机架组件(100)，所述第二密封件(530)将所述柔性外覆件(510)的另一端压紧固定于所述输出轴外壳。
10.一种移动机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项的移动平台。
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- 2020-05-26 CN CN202010457412.3A patent/CN113715928A/zh active Pending
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