CN114313061A - 具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，该移动式监控机器人底盘主要包含四个轮毂电机、四个独立的底盘悬架和两个阿克曼转向机构。移动式监控机器人底盘结构具备的四个独立悬架，使得机器人在一些崎岖的路面也可以稳定的通过，保证车身的稳定性。除此以外，移动式监控机器人底盘安装的前后两个阿克曼转向结构，可以使机器人的转弯半径变得更小，并且实现全向运动。本发明具有前后双转向机构移动式监控机器人底盘机构结构紧凑，能够实现全向运动能力，具有较好的机动性能。

Description

具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构

技术领域

本发明涉及移动安防监控设备的技术领域，特别涉及一种具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构。

背景技术

随着视频安防监控行业的不断发展，视频监控在智慧城市监测中起到的作用越来越大。传统的视频安防系统首先选择合适监控点位，然后在监控点位上布局一定数量的前端监控摄像机，通过有线或无线的通讯手段将数据发送到数据中心。但传统的视频安防系统由于监控点位固定，也具有一定的监控局限性，随着机器人技术的发展，移动机器人逐渐被广泛应用于监控巡检系统中，通过移动机器人搭载视频监控系统以固定的路径在监控区域内巡航检测，这也称为当前视频安防监控技术的热点发展方向之一。

当前移动机器人底盘结构主要分为轮式机器人、腿式机器人、履带式机器人。其中轮式机器人在室内环境或者道路较为平坦的室外环境具有较好的运动效率，也是目前巡检监控机器人常用的机器人类型。轮式机器人可以分为两轮差分驱动机器人、四轮差分驱动机器人、四轮后驱机器人等，此类机器人均采用普通轮子。其中两轮差分驱动机器人的转弯半径较小，但负载能力一般没有四轮机器人大。四轮差分驱动机器人具有较好的负载能力，但转向主要移动左右轮组的差速控制，对轮胎的影响较大。四轮后驱机器人主要是依靠后轮的双电机驱动，但其转向结构主要是采用阿克曼结构，但四轮后驱机器人无法实现原地转弯。并且以上三种类的移动机器人仅能实现直线运动和转弯运动，其机动性能一般。为了使得移动机器人具有更好的机动性能，研究人员开发了麦克纳姆轮或万向轮等轮式结构，安装麦克纳姆轮或万向轮的移动机器人能够实现任意斜线运动等模式，但此类轮子会使移动机器人在运动过程中出现震动，震动可能导致移动机器人搭载设备的安装松动，甚至可能会损坏搭载的仪器设备。为解决该问题，亟待提出一种轮式移动机器人底盘，结构紧凑，能够实现全向运动能力，具有较好的机动性能。

发明内容

本发明提供了一种具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，克服现有技术存在的技术缺陷和不足，该移动机器人底盘机构结构紧凑，可以实现全向运动能力，具有较好的机动性能。

本发明的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构主要包含四个轮毂电机、四个独立的底盘悬架和两个阿克曼结构。整个前后双转向机构移动式监控机器人底盘结构的四个独立悬架，使得底盘在一些崎岖的路面也可以稳定的通过，保证车身的稳定性，并且整个底盘安装的前后两个阿克曼结构，可以使底盘的转弯半径变得更小，并且实现全向运动。

本发明的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构是一种前后完全对称的结构，因此以底盘的前半部分为例进行说明。前后双转向机构移动式监控机器人底盘前半部分结构主要包含底盘左右两侧两个轮毂电机、底盘前端防撞板、底盘前端T型铝板、底盘前端加强型材、底盘前端U型挡板、底盘前端支撑型材、底盘前端侧挡板支撑型材。固定在底盘前端U型挡板下面的底盘加强型材可以加强车身刚性的结构，使得底盘在运动时更加的稳固。固定在底盘前端U型挡板两侧上面的底盘支撑型材作为一个支撑结构，从而使得底盘具有可扩展性，可以在底盘上安装一些元器件实现不同的功能。底盘前端T型铝板被固定在底盘前端U型挡板下面，用于固定底盘前端防撞板的下端，底盘前端防撞板的上端与底盘支撑型材连接在一起固定住，底盘前端防撞板保护着底盘的悬架和阿克曼结构，使底盘在运行时车身结构具有良好的稳定性。

本发明的移动式监控机器人底盘具有四个同样的底盘悬架，以其中一个为例说明，底盘悬架主要包含减震器、车轮悬挂前支架、车轮悬挂后支架、车轮悬挂上叉板、车轮转向上固定块、车轮悬挂上叉板连接件、车轮轴承座、车轮悬挂下叉板、车轮转向下固定块、车轮悬挂下叉板左侧连接件、车轮悬挂下叉板右侧连接件和车轮悬挂支架固定座。车轮悬挂前支架与车轮悬挂后支架通过车轮悬挂支架固定座固定在底盘底板上，车轮悬挂前支架与车轮悬挂后支架再通过车轮悬挂下叉板右侧连接件与车轮悬挂下叉板相连接，车轮悬挂下叉板通过车轮悬挂下叉板左侧连接件与车轮转向下固定块相连接，车轮转向下固定块和车轮转向上固定块共同连接到车轮轴承座上，车轮转向上固定块再与车轮悬挂上叉板相连接，车轮悬挂上叉板连接到车轮悬挂前支架与车轮悬挂后支架之间，最后减震器被固定在车轮悬挂前支架、车轮悬挂后支架与车轮悬挂下叉板上。

本发明的移动式监控机器人底盘前后转向机构都是同样的阿克曼结构，因此也以其中一个为例说明，转向机构主要包含被动转向杆左侧鱼眼接头、被动转向杆、被动转向杆右侧鱼眼接头、滑轨导轨架、滑轨固定架、舵机曲柄、舵机固定座、转向舵机、舵机转向杆左侧鱼眼接头、舵机转向杆、舵机转向杆右侧鱼眼接头、主动转向杆左侧鱼眼接头、主动转向杆、主动转向杆右侧鱼眼接头、右侧转向链接角板、左侧转向链接角板。滑轨导轨架被固定在车轮悬挂后支架上以供滑轨在上面滑动，滑轨固定架固定住滑轨并安装在滑轨导轨架上，转向舵机安装在舵机固定座上，舵机固定座再固定在底盘底板上，舵机曲柄与转向舵机相连接，再通过舵机转向杆左侧鱼眼接头与舵机转向杆连接，将转向舵机转动的方向传输到舵机转向杆上，舵机转向杆通过舵机转向杆右侧鱼眼接头与主动转向杆连接，将转向舵机转动的方向再传输到主动转向杆上，主动转向杆通过主动转向杆右侧鱼眼接头与右侧转向链接角板连接，将转向舵机转动的方向反映到转向链接角板上，从而带动车轮的转动，舵机转向杆右侧鱼眼接头又与主动转向杆左侧鱼眼接头共同连接到滑轨固定架上，可以将转向舵机转动的方向转换成滑轨左右滑动，被动转向杆通过被动转向杆右侧鱼眼接头与滑轨固定架连接，被动转向杆再通过被动转向杆左侧鱼眼接头与左侧转向链接角板连接，从而滑轨左右滑动时可以带动车轮转向，因此只要转向舵机旋转时，就可以带动两边车轮的转向，形成阿克曼转向。

本发明的移动式监控机器人可以形成不同的行驶模式：首先当转向舵机不旋转时，底盘的四个轮子的方向都不发生改变，底盘的四个轮子的旋转速度和方向相同时，底盘沿着直线向前或者向后运动，当左右两边车轮的速度不相同时底盘可以转弯，当左右两边车轮的速度相同、旋转方向不同就可以原地旋转，与四轮差速底盘相同；其次当底盘前端的转向舵机旋转时，底盘可以进行转弯运动，与阿克曼转向相同，相比于四轮差速可以减少轮胎因摩擦的损耗；最后当底盘前端与后端的转向舵机都可以旋转时，当底盘前后两边轮胎的转向不同，可以实现底盘的转弯运动，并减小转弯半径，也可以减少轮胎因摩擦的损耗，当底盘前后两边轮胎的转向相同时，底盘运动的方式类似于麦克纳姆轮底盘可以进行斜着移动，从而实现全向运动。

本发明具有以下有益效果：一、该移动机器人底盘机构具有悬架机构，能够在崎岖的环境运动结构紧凑；二、采用前后双转向机构，能够实现全向运动能力；三、四轮驱动方式，具备较大的负载能力。

附图说明

图1是本发明具有双转向机构移动式监控机器人的底盘结构示意图；

图2是本发明具有双转向机构移动式监控机器人底盘的前半部分下示意图；

图3是本发明具有双转向机构移动式监控机器人底盘的前半部分上视图；

图4是本发明具有双转向机构移动式监控机器人底盘前半部分的三维结构示意图；

图5是本发明具有双转向机构移动式监控机器人的底盘悬架机构示意图；

图6是本发明具有双转向机构移动式监控机器人的底盘转向机构示意图；

图7是本发明具有双转向机构移动式监控机器人底盘转向机构的上视图；

图8是本发明具有双转向机构移动式监控机器人不同行驶模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，该结构的主要零部件包含底盘左前侧轮毂电机101、底盘左后侧轮毂电机102、底盘右后侧轮毂电机103、底盘右前侧轮毂电机104、底盘左后侧悬架105、底盘右后侧悬架106、底盘右前侧悬架107、底盘左前侧悬架108、底盘后侧阿克曼结构109、底盘前侧阿克曼结构110和底盘底板111。底盘左前侧轮毂电机101连接到底盘左前侧悬架108上，底盘左后侧轮毂电机102连接到底盘左后侧悬架105上，底盘右后侧轮毂电机103连接到底盘右后侧悬架106上，底盘右前侧轮毂电机104连接到底盘右前侧悬架107上，底盘右前侧悬架107和底盘左前侧悬架108与底盘前侧阿克曼结构110相连接，底盘左后侧悬架105和底盘右后侧悬架106与底盘后侧阿克曼结构109相连接，底盘后侧阿克曼结构109和底盘前侧阿克曼结构110再分别固定在底盘底板111的前后两侧。整个前后双转向机构移动式监控机器人底盘结构具有4个独立悬架，使得底盘在一些崎岖的路面也可以稳定的通过，保证车身的稳定性，并且整个底盘安装有前后两个阿克曼结构，可以使底盘的转弯半径变得更小，并且实现全向运动，具有较好的机动性能。

参见图2、图3与图4所示，本发明的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构是一种前后完全对称的结构，因此以底盘的前半部分为例进行分析。前后双转向机构移动式监控机器人底盘前半部分结构主要包含底盘左前侧轮毂电机101、底盘右前侧轮毂电机104、底盘前端防撞板112、底盘前端T型铝板113、底盘前端横加强型材114、底盘前端U型挡板115、底盘前端左侧短加强型材116、底盘前端左侧长加强型材117、底盘前端右侧长加强型材118、底盘前端右侧短加强型材119、底盘前端右侧短支撑型材120、底盘前端右侧长支撑型材121、底盘前端左侧长支撑型材122、底盘前端左侧短支撑型材123、底盘前端横支撑型材124、底盘前端侧挡板支撑型材125。

底盘前端横加强型材114、底盘前端左侧短加强型材116、底盘前端左侧长加强型材117、底盘前端右侧长加强型材118和底盘前端右侧短加强型材119组成一个可以加强车身刚性的结构固定在底盘前端U型挡板115下面，使得底盘在运动时更加的稳固。底盘前端右侧短支撑型材120、底盘前端右侧长支撑型材121、底盘前端左侧长支撑型材122、底盘前端左侧短支撑型材123和底盘前端横支撑型材124组成一个支撑结构固定在底盘前端U型挡板115两侧上面，从而使得底盘具有可扩展性，可以在底盘上安装一些元器件实现不同的功能。底盘前端T型铝板113被固定在底盘前端U型挡板115下面，用于固定底盘前端防撞板112的下端，底盘前端防撞板112的上端与底盘前端右侧长支撑型材121和底盘前端左侧长支撑型材122连接在一起固定住，底盘前端防撞板112保护着底盘的悬架和阿克曼结构，使底盘在运行时车身结构具有良好的稳定性。

参见图5所示，本发明的移动式监控机器人底盘具有4个同样的独立悬架机构，以其中一个为例，悬架机构主要包含减震器126、车轮悬挂前支架127、车轮悬挂后支架128、车轮悬挂上叉板129、车轮转向上固定块130、车轮悬挂上叉板前侧连接件131、车轮悬挂上叉板后侧连接件132、车轮轴承座133、车轮悬挂下叉板134、车轮转向下固定块135、车轮悬挂下叉板左后侧连接件136、车轮悬挂下叉板左前侧连接件137、车轮悬挂下叉板右后侧连接件138、车轮悬挂下叉板右前侧连接件139和车轮悬挂支架固定座140、141、142。车轮悬挂前支架127与车轮悬挂后支架128通过车轮悬挂支架固定座140、141、142固定在底盘底板111上，车轮悬挂前支架127与车轮悬挂后支架128再通过车轮悬挂下叉板右后侧连接件138和车轮悬挂下叉板右前侧连接件139与车轮悬挂下叉板134相连接，车轮悬挂下叉板134通过车轮悬挂下叉板左后侧连接件136和车轮悬挂下叉板左前侧连接件137与车轮转向下固定块135相连接，车轮转向下固定块135和车轮转向上固定块130共同连接到车轮轴承座133上，车轮转向上固定块130再与车轮悬挂上叉板129相连接，车轮悬挂上叉板129连接到车轮悬挂前支架127与车轮悬挂后支架128之间，最后减震器126被固定在车轮悬挂前支架127、车轮悬挂后支架128与车轮悬挂下叉板上。

参见图6与图7所示，本发明的移动式监控机器人底盘前后转向机构都是同样的阿克曼结构，因此也以其中一个为例，转向机构主要包含被动转向杆左侧鱼眼接头143、被动转向杆144、被动转向杆右侧鱼眼接头145、滑轨导轨架146、滑轨固定架147、舵机曲柄148、舵机固定座149、转向舵机150、舵机转向杆左侧鱼眼接头151、舵机转向杆152、舵机转向杆右侧鱼眼接头153、主动转向杆左侧鱼眼接头154、主动转向杆155、主动转向杆右侧鱼眼接头156、右侧转向链接角板157、左侧转向链接角板158。滑轨导轨架146被固定在车轮悬挂后支架128上以供滑轨在上面滑动，滑轨固定架147固定住滑轨并安装在滑轨导轨架146上，转向舵机150安装在舵机固定座149上，舵机固定座149再固定在底盘底板111上，舵机曲柄148与转向舵机150相连接，再通过舵机转向杆左侧鱼眼接头151与舵机转向杆152连接，将转向舵机150转动的方向传输到舵机转向杆152上，舵机转向杆152通过舵机转向杆右侧鱼眼接头153与主动转向杆155连接，将转向舵机150转动的方向再传输到主动转向杆155上，主动转向杆155通过主动转向杆右侧鱼眼接头156与右侧转向链接角板157连接，将转向舵机150转动的方向反映到转向链接角板157上，从而带动车轮的转动，舵机转向杆右侧鱼眼接头153又与主动转向杆左侧鱼眼接头154共同连接到滑轨固定架147上，可以将转向舵机150转动的方向转换成滑轨左右滑动，被动转向杆144通过被动转向杆右侧鱼眼接头145与滑轨固定架147连接，被动转向杆144再通过被动转向杆左侧鱼眼接头143与左侧转向链接角板158连接，从而滑轨左右滑动时可以带动车轮转向，因此只要转向舵机150旋转时，就可以带动两边车轮的转向，形成阿克曼转向。

参见图8所示，本发明的移动式监控机器人可以形成不同的行驶模式：首先当转向舵机150不旋转时，底盘的四个轮子的方向都不发生改变，底盘的4个轮子的旋转速度和方向相同时，底盘沿着直线向前或者向后运动，当左右两边车轮的速度不相同时底盘可以转弯，当左右两边车轮的速度相同、旋转方向不同就可以原地旋转，与四轮差速底盘相同；其次当底盘前端的转向舵机150旋转时，底盘可以进行转弯运动，与阿克曼转向相同，相比于四轮差速可以减少轮胎因摩擦的损耗；最后当底盘前端与后端的转向舵机150都可以旋转时，当底盘前后两边轮胎的转向不同时，可以实现底盘的转弯运动，并减小转弯半径，也可以减少轮胎因摩擦的损耗，当底盘前后两边轮胎的转向相同时，底盘运动的方式类似于麦克纳姆轮底盘可以进行斜着移动，从而实现全向运动。本发明移动机器人底盘机构具有悬架机构，能够在崎岖的环境运动，采用了前后双转向机构，能够实现全向运动能力，并且装配有四个轮毂电机，具备较大的负载能力。

Claims (4)

1.一种具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，其特征在于包括底盘底板（111），沿底盘底板（111）长度方向的四个角分别设置侧悬架，每个侧悬架的端部连接轮毂电机；沿底盘底板（111）长度方向的两端分别设置阿克曼结构；位于同一宽度方向的侧悬架与其中一个阿克曼结构连接。

2.根据权利要求1所述的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，其特征在于前后双转向机构移动式监控机器人底盘前半部分结构包含底盘左前侧轮毂电机（101）、底盘右前侧轮毂电机（104）、底盘前端防撞板（112）、底盘前端T型铝板（113）、底盘前端横加强型材（114）、底盘前端U型挡板（115）、底盘前端左侧短加强型材（116）、底盘前端左侧长加强型材（117）、底盘前端右侧长加强型材（118）、底盘前端右侧短加强型材（119）、底盘前端右侧短支撑型材（120）、底盘前端右侧长支撑型材（121）、底盘前端左侧长支撑型材（122）、底盘前端左侧短支撑型材（123）、底盘前端横支撑型材（124）、底盘前端侧挡板支撑型材（125），

底盘前端横加强型材（114）、底盘前端左侧短加强型材（116）、底盘前端左侧长加强型材（117）、底盘前端右侧长加强型材（118）和底盘前端右侧短加强型材（119）组成一个用于加强车身刚性的结构并固定在底盘前端U型挡板（115）下面；底盘前端右侧短支撑型材（120）、底盘前端右侧长支撑型材（121）、底盘前端左侧长支撑型材（122）、底盘前端左侧短支撑型材（123）和底盘前端横支撑型材（124）组成一个支撑结构并固定在底盘前端U型挡板（115）两侧上面；底盘前端T型铝板（113）被固定在底盘前端U型挡板（115）下面，用于固定底盘前端防撞板（112）的下端；底盘前端防撞板（112）的上端与底盘前端右侧长支撑型材（121）和底盘前端左侧长支撑型材（122）连接在一起固定住。

3.根据权利要求1所述的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，其特征在于每个侧悬架包含减震器（126）、车轮悬挂前支架（127）、车轮悬挂后支架（128）、车轮悬挂上叉板（129）、车轮转向上固定块（130）、车轮悬挂上叉板前侧连接件（131）、车轮悬挂上叉板后侧连接件（132）、车轮轴承座（133）、车轮悬挂下叉板（134）、车轮转向下固定块（135）、车轮悬挂下叉板左后侧连接件（136）、车轮悬挂下叉板左前侧连接件（137）、车轮悬挂下叉板右后侧连接件（138）、车轮悬挂下叉板右前侧连接件（139）和车轮悬挂支架固定座，车轮悬挂前支架（127）与车轮悬挂后支架（128）通过车轮悬挂支架固定座固定在底盘底板（111）上，车轮悬挂前支架（127）与车轮悬挂后支架（128）再通过车轮悬挂下叉板右后侧连接件（138）和车轮悬挂下叉板右前侧连接件（139）与车轮悬挂下叉板（134）相连接，车轮悬挂下叉板（134）通过车轮悬挂下叉板左后侧连接件（136）和车轮悬挂下叉板左前侧连接件（137）与车轮转向下固定块（135）相连接，车轮转向下固定块（135）和车轮转向上固定块（130）共同连接到车轮轴承座（133）上，车轮转向上固定块（130）再与车轮悬挂上叉板（129）相连接，车轮悬挂上叉板（129）连接到车轮悬挂前支架（127）与车轮悬挂后支架（128）之间，最后减震器（126）被固定在车轮悬挂前支架（127）、车轮悬挂后支架（128）与车轮悬挂下叉板上。

4.根据权利要求1所述的具有双转向机构移动式监控机器人底盘结构，其特征在于每个阿克曼结构包含被动转向杆左侧鱼眼接头（143）、被动转向杆（144）、被动转向杆右侧鱼眼接头（145）、滑轨导轨架（146）、滑轨固定架（147）、舵机曲柄（148）、舵机固定座（149）、转向舵机（150）、舵机转向杆左侧鱼眼接头（151）、舵机转向杆（152）、舵机转向杆右侧鱼眼接头（153）、主动转向杆左侧鱼眼接头（154）、主动转向杆（155）、主动转向杆右侧鱼眼接头（156）、右侧转向链接角板（157）、左侧转向链接角板（158），滑轨导轨架（146）被固定在车轮悬挂后支架（128）上以供滑轨在上面滑动，滑轨固定架（147）固定住滑轨并安装在滑轨导轨架（146）上，转向舵机（150）安装在舵机固定座（149）上，舵机固定座（149）固定在底盘底板（111）上；舵机曲柄（148）的一端与转向舵机（150）相连接，另一端通过舵机转向杆左侧鱼眼接头（151）与舵机转向杆（152）连接，将转向舵机（150）的转动方向传输到舵机转向杆（152）上，舵机转向杆（152）通过舵机转向杆右侧鱼眼接头（153）与主动转向杆（155）连接，将转向舵机（150）转动的方向再传输到主动转向杆（155）上，主动转向杆（155）通过主动转向杆右侧鱼眼接头（156）与右侧转向链接角板（157）连接，将转向舵机（150）转动的方向反映到转向链接角板（157）上，从而带动车轮的转动，舵机转向杆右侧鱼眼接头（153）又与主动转向杆左侧鱼眼接头（154）共同连接到滑轨固定架（147）上，将转向舵机（150）转动的方向转换成滑轨左右滑动，被动转向杆（144）通过被动转向杆右侧鱼眼接头（145）与滑轨固定架（147）连接，被动转向杆（144）再通过被动转向杆左侧鱼眼接头（143）与左侧转向链接角板（158）连接，从而滑轨左右滑动时带动车轮转向。

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