CN114408056A - 一种多功能服务机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能服务机器人底盘，涉及机器人底盘技术领域。包括底座，还包括转向减速机构、驱动机构、悬架机构，所述悬架机构包括模块安装座、若干个模块连接梁、上转向节、下转向节和两个减振器，若干个所述模块连接梁分别固定安装在底座的周围，每个所述模块连接梁与另一个模块连接梁的相交处均焊接有模块安装座，所述转向减速机构通过转向安装螺栓固定安装在模块安装座的上部。本发明中的悬架机构是独立的，每一个车轮的上下运动对其他车轮的运动状态没有直接影响，有利于提高整车的行驶平顺性，支持四轮或者更多轮的独立驱动和独立转向功能。

Description

一种多功能服务机器人底盘

技术领域

本发明涉及机器人底盘技术领域，尤其是涉及一种多功能服务机器人底盘。

背景技术

随着自动驾驶技术的高速发展和日渐成熟，用于自动驾驶车辆的线控底盘系统结构也越来越多。线控底盘一般包括驱动、转向、制动和减振等功能。常见的线控底盘结构通常都是直接借用传统汽车的底盘结构，或者在其基础上进行局部改进而成，也存在与传统汽车底盘同样的局限性：

1、结构复杂，零件数量多，结构上有很多杆系连接件，占用了大量的布置空间，且制约了车轮的转向角度不能过大，无法实现车轮总成转向角度≥360゜，从而使整车顺滑不间断的任意角度转向。而这对通常在室内、园区、人行道等相对狭小空间行驶的自动驾驶服务型机器人的尺寸小，行驶机动灵活有很大的意义。

2、而且由于杆系结构的存在，当整车尺寸需要变化时，整个底盘结构需要重新规划设计，与之相对应的用于支承底盘的车架车身结构通常采用冲压件，也需要重新开发成型模具，投资成本高昂，而对于目前以定制化生产为主自动驾驶服务型机器人来说，整车尺寸多变是重要特点之一，采用传统结构，需要重新设计底盘硬点，重新开发制造相关零部件产品，开发验证周期长，零部件通用化程度低。

因此基于传统汽车结构的线控底盘用于服务型机器人有很多缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能服务机器人底盘，以解决现有技术中的技术问题。

本发明提供一种多功能服务机器人底盘，包括底座，还包括转向减速机构、驱动机构、悬架机构，所述悬架机构包括模块安装座、若干个模块连接梁、上转向节、下转向节和两个减振器，若干个所述模块连接梁分别固定安装在底座的周围，每个所述模块连接梁与另一个模块连接梁的相交处均焊接有模块安装座，所述转向减速机构通过转向安装螺栓固定安装在模块安装座的上部，所述模块安装座的中部开设有第一中心孔，所述上转向节通过上转向节锁紧螺母和上转向节锁紧螺栓固定安装在模块安装座的下部，所述上转向节的中部开设有第二中心孔，两个所述减振器的上部分别通过减振器安装螺栓与上转向节固定连接，两个所述减振器的下部分别通过减振器锁紧螺母固定连接有下转向节，所述驱动机构固定安装在下转向节的一侧。

进一步，所述驱动机构包括轮毂电机和车轮总成，所述车轮总成通过车轮安装螺母与轮毂电机固定连接，所述轮毂电机通过轮毂电机锁紧螺母与下转向节的一侧固定连接。

进一步，所述转向减速机构包括转向电机、涡轮和蜗杆，所述转向电机通过转向电机安装螺栓固定安装在转向减速机构的一侧，所述涡轮设置在转向减速机构的内部中心处，所述蜗杆与转向电机的一端固定连接，所述涡轮与蜗杆传动配合，所述涡轮的中部固定连接有中心轴，所述中心轴贯穿模块安装座的中心孔，并与上转向节的第二中心孔固定连接。

进一步，所述减振器包括缓冲螺旋弹簧和阻尼减振机构，所述阻尼减振机构固定安装在减振器的底部，所述缓冲螺旋弹簧同轴套设在阻尼减振机构的外部，且所述缓冲螺旋弹簧的两端均与减振器的内壁固定连接。

进一步，所述模块连接梁的材料为长度可调整的铝型材。

进一步，所述减振器锁紧螺母与减振器之间设置有减振器垫圈。

进一步，所述轮毂电机锁紧螺母与下转向节之间设置有轮毂电机垫圈。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

(1)本发明中的悬架机构是独立的，每一个车轮的上下运动对其他车轮的运动状态没有直接影响，有利于提高整车的行驶平顺性，支持四轮或者更多轮的独立驱动和独立转向功能，在服务机器人正常行驶的过程中，遇到需要转向的路段时，可通过每个车轮上对应的转向减速机构调节每个车轮所需的转弯角度，使得服务机器人能够实现平稳的转向，保证了服务机器人的稳定性。

(2)本发明中转向时转向减速机构不直接与固定的车身连接，也没有其它杆系占用旋转空间，所以不会发生线路缠绕现象，保证了整车旋转角度不受结构限制，可以真正实现≥360゜的转角，使得在服务机器人行驶的过程中转向时，轮毂电机上的线路不会发生缠绕，不会让服务机器人因线路缠绕问题停止工作或发生故障。

(3)本发明具有良好的行驶方向稳定性，能解决整车行驶在颠簸路面或受到侧向冲击工况下，车轮受到侧向力干扰而使车轮总成发生偏转，从而使整车行驶方向不稳定的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的局部结构侧视图；

图3为本发明的局部结构正视图；

图4为本发明的局部结构爆炸图；

图5为转向减速机构的剖视图；

图6为减振器的剖视图。

附图标记：

1、转向安装螺栓；2、转向减速机构；3、模块连接梁；4、模块安装座；5、减振器安装螺栓；6、上转向节锁紧螺母；7、上转向节；8、减振器；9、下转向节；10、轮毂电机；11、车轮总成；12、车轮安装螺母；13、转向电机安装螺栓；14、转向电机；15、上转向节锁紧螺栓；16、轮毂电机锁紧螺母；17、轮毂电机垫圈；18、减振器垫圈；19、减振器锁紧螺母；20、底座；21、驱动机构；22、悬架机构；23、涡轮；24、蜗杆；25、中心轴；81、缓冲螺旋弹簧；82、阻尼减振机构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的机构可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1至图6所示，本发明实施例提供了一种多功能服务机器人底盘，包括底座20，还包括转向减速机构2、驱动机构21、悬架机构22，所述悬架机构22包括模块安装座4、若干个模块连接梁3、上转向节7、下转向节9和两个减振器8，若干个所述模块连接梁3分别固定安装在底座20的周围，每个所述模块连接梁3与另一个模块连接梁3的相交处均焊接有模块安装座4，所述转向减速机构2通过转向安装螺栓1固定安装在模块安装座4的上部，所述模块安装座4的中部开设有第一中心孔，所述上转向节7通过上转向节锁紧螺母6和上转向节锁紧螺栓15固定安装在模块安装座4的下部，所述上转向节7的中部开设有第二中心孔，两个所述减振器8的上部分别通过减振器安装螺栓5与上转向节7固定连接，两个所述减振器8的下部分别通过减振器锁紧螺母19固定连接有下转向节9，所述驱动机构21固定安装在下转向节9的一侧。悬架机构22主要由模块安装座4、模块连接梁3、上转向节7、下转向节9、减振器8组成，下转向节9与轮毂电机10组装好后，通过减振器锁紧螺母19和减振器垫圈18与两个减振器8装配，减振器8上端装入上转向节7外端的安装孔中，通过减振器安装螺栓5紧固；模块安装座4为铸造件，模块连接梁3为型材，二者焊接在一起成为底座20的主要支承件；转向电机14和转向减速机构2组装成总成后，通过转向安装螺栓1装配到模块安装座4上，其中中心轴25穿过模块安装座4的中心孔，与上转向节7的第二中心孔固定连接，上转向节7的第二中心孔的旁侧开有通槽，通过上转向节锁紧螺栓15和上转向节锁紧螺母6锁紧。

具体地，所述驱动机构21包括轮毂电机10和车轮总成11，所述车轮总成11通过车轮安装螺母12与轮毂电机10固定连接，所述轮毂电机10通过轮毂电机锁紧螺母16与下转向节9的一侧固定连接。驱动机构21采用轮毂电机10，并且驱动机构21与悬架机构22直接连接，轮毂电机10可根据整车动力性及行驶精度要求，选择不同功率扭矩和类型的电机，本例展示的为伺服电机，内部集成减速增扭结构，轮毂电机10同时具备制动功能，主要采用电磁制动方式，并进行能量回收，从而提升续航里程，在要求制动距离小的紧急制动情况下，集成的机械制动结构在控制器的控制下进行机械制动，从而实现短距离制动。

具体地，所述转向减速机构2包括转向电机14、涡轮23和蜗杆24，所述转向电机14通过转向电机安装螺栓13固定安装在转向减速机构2的一侧，所述涡轮23设置在转向减速机构2的内部中心处，所述蜗杆24与转向电机14的一端固定连接，所述涡轮23与蜗杆24传动配合，所述涡轮23的中部固定连接有中心轴25，所述中心轴25贯穿模块安装座4的中心孔，并与上转向节7的第二中心孔固定连接。转向电机14与转向减速机构2连接，并通过涡轮23和蜗杆24实现减速增扭后带动悬架机构22和驱动机构21整体旋转，该设置有两个作用：一是降低转向电机转速，增大转向扭矩，从而起到减小转向电机的功率要求的作用；二是防止车轮总成11受到的由不平路面产生的干扰力使转向角度发生改变：通过控制蜗轮蜗杆24及其润滑脂的摩擦系数，合理设计蜗轮蜗杆24螺旋角，从而保证蜗轮蜗杆24具备自锁功能，产生的转向力能正向传递，从而车轮总成11顺畅转向；反之，车轮总成11受到不平路面干扰，力不会反向传递，从而保证车轮转角不受干扰，整车转向角度稳定受控，转向电机14与转向减速机构2通过转向电机安装螺栓13紧固，转向电机14可以根据整车平台应用扭矩及转向精度要求，选择伺服电机、步进电机、无刷电机或有刷电机，本例中，转向电机14采用高精度伺服电机。

具体地，所述减振器8包括缓冲螺旋弹簧81和阻尼减振机构82，所述阻尼减振机构82固定安装在减振器8的底部，所述缓冲螺旋弹簧81同轴套设在阻尼减振机构82的外部，且所述缓冲螺旋弹簧81的两端均与减振器8的内壁固定连接。依据不同的整车载荷，适配不同刚度及长度的缓冲螺旋弹簧81，保证整车的减振能力以及合适的车身高度。悬架机构22下部采用两个带缓冲螺旋弹簧81的减振器8承受整车载荷和地面冲击，除此之外没有连杆与其它非转动部件连接。

具体地，所述模块连接梁3的材料为长度可调整的铝型材。根据整车承载的载荷，可以选定不同断面形状和尺寸的模块连接梁3，数量也可以调整，其两端分别与各个相同的模块安装座4焊接，因此整车的长度和宽度由模块连接梁3的长度决定。由于模块连接梁3是型材结构，整车尺寸的改变可以轻易通过调整模块连接梁3的长度实现，不需要修改成型模具，因此相对于传统的冲压结构，可以大幅度减少投资成本。

具体地，所述减振器锁紧螺母19与减振器8之间设置有减振器垫圈18。减振器8起到的是缓冲的作用，而当减振器8用久之后，往往因减振器锁紧螺母19与减振器8之间磨损严重而反应不灵敏，很容易引发事故，减振器垫圈18安装在减振器8上，可以有效解决减振器锁紧螺母19与减振器8之间金属疲劳的问题，提高减震器性能。

具体地，所述轮毂电机锁紧螺母16与下转向节9之间设置有轮毂电机垫圈17，解决轮毂电机锁紧螺母16与下转向节9之间金属疲劳的问题，增加机构之间的稳定性。

工作原理：先将车轮总成11通过车轮安装螺母12与轮毂电机10固定连接，然后再组装下转向节9与轮毂电机10，下转向节9与轮毂电机10组装好后，通过减振器锁紧螺母19和减振器垫圈18与两个减振器8装配，减振器8上端装入上转向节7外端的安装孔中，通过减振器安装螺栓5紧固，模块安装座4为铸造件，模块连接梁3为型材，二者焊接在一起成为模块间的主要支承件，然后再安装转向电机14与转向减速机构2，转向电机14与转向减速机构2连接减速增扭后带动悬架机构22和驱动机构21整体旋转，转向电机14和转向减速机构2组装成总成后，通过转向安装螺栓1装配到模块安装座4上，其中中心轴25穿过模块安装座4的中心孔，插入上转向节7的中心孔，上转向节7的中心孔的旁侧开有通槽，通过上转向节锁紧螺栓15和上转向节锁紧螺母6锁紧，当整车需要转向时，上述的机构总装完成后，在机器人正常行驶的过程中，转向电机14及轮毂电机10通过线束与电机控制器进行连接，由设置在机器人上的电机控制器对转向电机14及轮毂电机10进行驱动并精确控制。其中，电机控制器作为电力驱动装置中的关键部件，能够根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中，此为现有技术不过多赘述，在本实施例中，电机控制器可以单独分别控制转向电机14或轮毂电机10，也可以同时控制两种电机。整车各个转向电机14或轮毂电机10的旋转方向、转速、输出扭矩及转角都由控制器进行闭环控制，从而使机器人的行驶状态、位置精度高度可控。而设置在机器人上的整车控制器(VCU)作为机器人运动控制中枢，能根据机器人行驶的状态，合理控制电机的工作状态及功率输出，满足驾驶工况要求，此为现有技术不过多赘述，在本实施例中，整车控制器(VCU)负责根据目标位置及机器人的运行状态，实时选择控制策略并进行指令解算，向电机控制器发出控制指令，从而实现整车横向和纵向、多轮独立驱动、电子差速、驱动防滑等运动功能。并承担整个机器人的启动控制、诊断管理、电源管理、附件管理控制等功能。遇到需要转向的路段时，由转向电机14工作，经过转向减速机构2减速增扭，通过转向减速机构2的中心轴25带动上转向节7、减振器8、下转向节9、轮毂电机10及车轮总成11进行转动，从而实现整车受控转向，特别是，由于模块中转向时转向减速机构2不直接与固定的车身连接，也没有其它杆系占用旋转空间，因此整车旋转角度不受结构限制，可以实现≥360゜的转角，而传统的用于服务型机器人的线控底盘由于各机构之间连接时使用了较多的支撑杆结构，会使得线控时的线路在整车旋转时发生对支撑杆缠绕的现象，从而阻碍车轮正常旋转，本发明中转向时转向减速机构2不直接与固定的车身连接，也没有其它杆系占用旋转空间，所以不会发生线路缠绕现象，保证了整车旋转角度不受结构限制，可以真正实现≥360゜的转角。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种多功能服务机器人底盘，包括底座(20)，其特征在于，还包括转向减速机构(2)、驱动机构(21)、悬架机构(22)，所述悬架机构(22)包括模块安装座(4)、若干个模块连接梁(3)、上转向节(7)、下转向节(9)和两个减振器(8)，若干个所述模块连接梁(3)分别固定安装在底座(20)的周围，每个所述模块连接梁(3)与另一个模块连接梁(3)的相交处均焊接有模块安装座(4)，所述转向减速机构(2)通过转向安装螺栓(1)固定安装在模块安装座(4)的上部，所述模块安装座(4)的中部开设有第一中心孔，所述上转向节(7)通过上转向节锁紧螺母(6)和上转向节锁紧螺栓(15)固定安装在模块安装座(4)的下部，所述上转向节(7)的中部开设有第二中心孔，两个所述减振器(8)的上部分别通过减振器安装螺栓(5)与上转向节(7)固定连接，两个所述减振器(8)的下部分别通过减振器锁紧螺母(19)固定连接有下转向节(9)，所述驱动机构(21)固定安装在下转向节(9)的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人底盘，其特征在于，所述驱动机构(21)包括轮毂电机(10)和车轮总成(11)，所述车轮总成(11)通过车轮安装螺母(12)与轮毂电机(10)固定连接，所述轮毂电机(10)通过轮毂电机锁紧螺母(16)与下转向节(9)的一侧固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人底盘，其特征在于，所述转向减速机构(2)包括转向电机(14)、涡轮(23)和蜗杆(24)，所述转向电机(14)通过转向电机安装螺栓(13)固定安装在转向减速机构(2)的一侧，所述涡轮(23)设置在转向减速机构(2)的内部中心处，所述蜗杆(24)与转向电机(14)的一端固定连接，所述涡轮(23)与蜗杆(24)传动配合，所述涡轮(23)的中部固定连接有中心轴(25)，所述中心轴(25)贯穿模块安装座(4)的中心孔，并与上转向节(7)的第二中心孔固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人底盘，其特征在于，所述减振器(8)包括缓冲螺旋弹簧(81)和阻尼减振机构(82)，所述阻尼减振机构(82)固定安装在减振器(8)的底部，所述缓冲螺旋弹簧(81)同轴套设在阻尼减振机构(82)的外部，且所述缓冲螺旋弹簧(81)的两端均与减振器(8)的内壁固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人底盘，其特征在于，所述模块连接梁(3)的材料为长度可调整的铝型材。

6.根据权利要求1所述的一种多功能服务机器人底盘，其特征在于，所述减振器锁紧螺母(19)与减振器(8)之间设置有减振器垫圈(18)。

7.根据权利要求2所述的一种多功能服务机器人底盘，其特征在于，所述轮毂电机锁紧螺母(16)与下转向节(9)之间设置有轮毂电机垫圈(17)。

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