CN114901544A - 用于自主移动机器人的底盘 - Google Patents

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CN114901544A CN202080091148.4A CN202080091148A CN114901544A CN 114901544 A CN114901544 A CN 114901544A CN 202080091148 A CN202080091148 A CN 202080091148A CN 114901544 A CN114901544 A CN 114901544A
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奥利弗·哈加德
米克尔·比耶格斯科夫尼尔森
乔纳森·林德斯科夫瑙恩德鲁普-延森
尼尔斯·朱雅各布森
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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Abstract

一种用于自主移动机器人的底盘包括模制框架，该模制框架对于任何有效载荷或装载在该移动机器人顶部上的附加机器具有稳定支撑作用，同时确保该底盘的刚性，同时确保该传感器的支撑元件相对于彼此保持在稳定位置。该底盘具有用于EEE放置的几个分离隔室。这些EEE隔室可以通过移除可拆卸的盖部件从移动机器人的侧面和端部进入。可移除顶盖安装在模制框架的顶部，为中心内部隔室和外侧隔室提供顶部覆盖。侧盖和端盖为外部隔室设置并且是可拆卸的。

Description

用于自主移动机器人的底盘
技术领域
本发明涉及一种轮式移动机器人，其可被配置用于不同的应用，包括装载在移动机器人顶部的货物的运输、推车牵拉或在室内自动拖拉材料。更具体地，本发明涉及用于工业运输应用的自主移动机器人的底盘。
背景技术
结构内或多个结构之间制品的高效运输是一项目前所面临的挑战。如今，许多运输选择作为商业产品存在，例如传送带、气动管、万向推车、自动导引车。在随后的几年，自主移动机器人(例如，已经配备有计算机控制的驱动系统的车辆，该驱动系统允许两个位置之间进行自主导引)已成为可商购获得的运输解决方案。
用于负载运输的常见自主移动机器人(AMR)包括在其上构建整个机器人的底盘。通常，底盘包括支撑框架、一个或多个驱动轮以及附接到底盘的一个或多个支撑轮。移动机器人的电气和电子设备(EEE)部件通常附接到底盘，并且可以包括电池、充电器设备、通信设备、传感器、指示灯和用于导航和安全目的的控制设备。
在自主移动机器人的大多数情况下，外壳覆盖其大部分组件，包括EEE部件。用于携带有效载荷的装置和/或用于拖拉推车的装置和/或操纵物品的装置可以附接到AMR并且通常位于外壳外部并由底盘支撑。
对于AMR的工业应用，重要的是机器人是稳健的、安全的和可靠的。许多由机器人携带的EEE器件必须很好地保护，同时它们也必须是可维护的/可更换的。对于AMR，特别重要的是，用于导航和安全目的的传感器以及驱动轮放置在准确位置，并在数小时操作期间保持在该准确位置，以便分别向安全和导航系统提供可靠的反馈。AMR上的驱动系统通常配备有里程表系统，其向AMR的导航系统提供位移输入。为了确保里程表系统向导航系统提供可靠的输入，重要的是驱动轮相对于AMR的底盘保持在稳定的位置。
运输AMR必须是小型的，并且能够在硬质表面上进行的数小时操作期间承载相对重的负载和/或附加模块。此外，移动机器人必须适合于工业化大规模生产。
设计和制造专用于每种可能应用的AMR并不是经济有效的。希望制造一种基本移动机器人平台，其允许不同类型的特定于应用的顶部模块安装在该基本移动机器人的顶部。
另一个要求是，可以产生热量的EEE，例如电源板，以允许热量从个别EEE导出而无需使其它EEE部件过热的方式安装。
由于用于工业应用的AMR本身很重，并且移除指定的装载/卸载区域外的附加的有效载荷可能是具有挑战性的，因此EEE的隔室必须易于进行EEE器件的维护和/或更换，优选地不在移动机器人的顶部上移除设备和/或有效载荷，并且优选地不必提升AMR或将其倒置。
为了确保导航和安全传感器的精确且稳定的位置以及可靠性能，重要的是底盘以精确的尺寸制造，并且底盘即使在重负载下并且同时在不平坦的表面上移动也是稳定且刚性的。
美国专利申请号10/433,434(公开号US20040093650)公开了移动机器人的示例。本申请公开一种用于执行多个单独操作的移动机器人系统，该移动机器人系统包括具有至少一个轮驱动电机的至少一个自主轮式移动机器人、一个车载计算机；在有移动障碍物的环境中导航、定向和机动的装置；传感器系统；和用于接收和发送信号的无线通信系统。移动机器人系统可用于使用联接挂钩钩杆作为推车附接机构在各种推车或货车上拖拉材料。
中国专利申请号201710476078.4(公开号CN107235092)公开了用于AMR的底盘的示例。底盘的框架由界定和覆盖EEE组件的空间的板元件装配。
中国专利申请号201821097916.3(公开号CN208515719)公开了用于AMR的底盘的另一示例。
US 2012/023887描述了一种机器人割草机外壳，其包括具有内壁和外壁的一体式模制底部底盘。顶盖可移除地附接到底部底盘并覆盖该底部底盘。外密封件设置在底部底盘的外壁与顶盖之间，并且内密封件设置在底部底盘的内壁与顶盖之间。
虽然现有技术示例满足了对AMR的基本要求，但是它们不提供满足以下要求的刚性底盘构造：该刚性底盘构造能够承载重负载，同时在数小时的工业操作期间确保安全和导航传感器的精确位置，并且其中底盘同时向AMR的EEE部件提供保护性和易于维护的调节。
本发明的目的是克服先前AMR构造的至少上述缺点，并带来如本发明的具体实施方式中所描述的附加优点。
发明内容
本发明通过提供用于AMR的改进的底盘克服了现有技术的缺点，其中底盘包括模制框架，该模制框架包括由底部部分和至少两个竖直侧壁限定的中心隔室。模制框架的底部部分适于由驱动轮和支撑轮支撑。模制框架还包括在侧壁的顶部下方的水平处从侧壁的外部突出的水平搁架。此外，模制框架包括从中心隔室的角部的外部突出的支撑元件。底盘还包括附接到模制框架侧壁的顶部的水平顶盖。
顶盖正在改进底盘的刚性，并且在框架的中心隔室内以及搁架上方的空间覆盖EEE。
利用这种模制框架和改进的刚性，确保了导航和安全传感器以及驱动轮的更精确且稳定的定位，并且由此确保了AMR的更安全且可靠的性能。这种基本底盘构造的附加重要益处在于，其提供了用于EEE的几个分离的隔室和搁架。
这些EEE隔室可以通过移除可拆卸的盖部件从移动机器人的侧面和端部进入。因此，EEE组件被很好地保护免受物理冲击，并且易于检查和更换维护。
在本发明的一个优选实施方案中，用于包括框架的自主移动机器人的底盘是模制框架1，并且包括：由两个侧壁4.1、4.2和底部部分6.1、6.2、3.1、3.2限定的中心隔室2；在中心隔室2的底部与顶部之间的水平处从两个侧壁4.1、4.2的外侧延伸的外侧搁架7.1、7.2；安装在模制框架1顶部上的可拆卸的顶盖10，使得该顶盖10的边缘基本上限定该底盘的外周边。
在一些具体实施中，模制框架1还包括内角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4，该内角部支撑件由侧壁4.1、4.2的增强或较厚部分组成。
在一些具体实施中，模制框架1还包括端壁5。
在一些具体实施中，模制框架1还包括内端搁架7.3和外端搁架7.4。
在一些具体实施中，模制框架1还包括用于驱动电机M'、M”的两个弧形隔室3.1、3.2，该弧形隔室电弧放电到中心隔室2中并且通过壁13刚性互连。
在一些具体实施中，外侧搁架7.1、7.2处于弧形隔室3.1、3.2的顶部部分上方的水平位置。
在一些具体实施中，模制框架1还包括用于支撑电池搁架7.5的底部支撑高度14.1、14.2。
在一些具体实施中，模制框架1还包括用于第一两个支撑轮的两个第一端弧形隔室8.1、8.2和用于模制框架的底部角部处的第二两个支撑轮的两个第二端弧形隔室8.3、8.4。
在一些具体实施中，外侧搁架7.1、7.2包括延伸到搁架7.1、7.2中的支撑件17.1、17.2、17.3。
在一些具体实施中，侧搁架7.1、7.2、端部搁架7.3、7.4和电池搁架7.5覆盖有可拆卸的盖20.1、20.2、20.3、20.4、10。
在一些具体实施中，底盘还包括用于将驱动装置12.1、12.2附接到底盘框架1的底部的装置11.1、11.2。
在一些具体实施中，模制框架1由铝制成。
在一些具体实施中，模制框架1由塑料制成。
在一些具体实施中，模制框架1被配置成用于将EEE组件直接附接到模制框架1。
在一些具体实施中，模制框架1包括从中心隔室2的角部的外部突出的支撑件9.1、9.2以用于支撑导航和/或安全传感器。
在一些具体实施中，模制框架1包括突出到自主移动机器人的端部的对接元件23.1、23.2，其中对接元件适于与固定对接站互连，以便确保精确对接。
在本发明的具体实施方式中描述了本发明的附加有益效果。
附图说明
被认为是新型且具有创造性的本发明的特征在所附权利要求书中具体阐述。然而，本发明本身可以通过参考本发明的以下具体实施方式获得最佳理解，该具体实施方式描述了结合附图在本发明的非限制性示例中给出的示例性实施方案，其中：
图1-图3示出了根据本发明的一个实施方案的模制框架的不同视图。
图4示出了根据本发明的一个实施方案的安装有顶盖的底盘的等轴视图。
图5示出了根据本发明的一个实施方案的安装有侧缓冲器和电池搁架的底盘的等轴视图。
图6示出了根据本发明的一个实施方案的安装有侧盖和端盖的底盘的等轴视图。
图7示出了根据本发明的一个实施方案的安装有侧盖、端盖和顶盖的底盘的等轴视图。
图8示出了根据本发明的一个实施方案的下侧安装有驱动装置的底盘的等轴视图。
下文将参考附图描述本发明的优选的实施方案。每个图包含相同或等效元件的相同编号。
具体实施方式
应理解，展示了许多具体细节以提供对本发明实施方案的完整和全面描述。然而，本领域技术人员将理解，实施方案示例不限制可以在没有这些特定指令的情况下实施的本发明的应用。尚未针对实施方案详细描述众所周知的方法、程序和组件，以避免误导性。此外，本具体实施方式不应被认为将本发明约束为给定实施方案示例，而是仅作为本发明的可能具体实施之一。
参考图1至图4，自主移动机器人底盘的一个实施方案包括：模制框架1，该模制框架包括端壁5和由底部构件6.1、6.2、3.1、3.2、两个侧壁4.1、4.2限定的中心隔室2；在侧壁4.1、4.2的顶部边缘4.11、4.12下方的水平处在两个侧壁4.1、4.2的外侧与底盘的周边之间延伸的外侧搁架7.1、7.2；端部搁架7.3、7.4；电池搁架7.5；在底盘框架1的第一最外相对角部处的用于接近扫描仪以及缓冲器板18.1、18.2的支撑件9.1、9.2；在模制框架1的第二最外相对角部处的用于支撑缓冲器板18.3、18.4的支撑件9.3、9.4；.侧壁4.1、4.2包括在中心部门的角部的增强/较厚部分，由此提供用于支撑顶盖10的角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4，该顶盖可拆卸地安装在模制框架1的顶部上。
参考图4，顶盖10可以使用螺栓或其它合适的扣紧装置经由角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4固定到模制框架1。
参考图1、图5和图6，模制框架包括凸出到AMR的端部的对接元件23.1、23.2。对接元件23.1、23.2被设计成与(未示出)固定对接站的(未示出)对应部分配合，以确保AMR的精确对接。当每个示例装载或卸载AMR或当附接到AMR的操纵器执行精确操作时，对接元件23.1、23.2和/或其(未示出)固定的对应部分可以配备有锁紧元件，以便确保在对接期间AMR的精确且可靠位置。
参考图5，一组缓冲器板18.1、18.2、18.3、18.4设置有用于吸收撞击能量的缓冲器元件19.1、19.2、19.3、19.4。在例示的示例中，EEE部件22.1、22.2和22.3分别安装在侧搁架7.1和侧搁架7.2上。
顶盖10可以例如是可拆卸地附接的板、罩或模块。呈板形式的顶盖10优选地由钢或具有类似机械性能的其它材料制成。顶板10被设计成承受沿其整个表面的高变形力。在模制框架1和安装在AMR的底盘的顶部上的模块之间还可以有连接元件。顶部模块可以是但不限于用于将移动机器人联接到推车或轮式库存保持器的附接机构；操纵器，诸如机器人臂；升降机构，例如货盘升降器；用于装载和/或卸载物品的输送机。
参考图8，示例性实施方案的模制框架1包括用于容纳第一端支撑轮SV'、SV”的第一端弧形隔室8.1、8.2和用于容纳第二端支撑轮SV”'、SV””的第二端弧形隔室8.3、8.4。
参考图1和图8，根据示例性实施方案的模制框架1包括用于将驱动装置12.1、12.2附接到底盘框架1的底部的装置11.1、11.2。
模制框架的示例性实施方案中的底部部分包括用于电机M'、M”的两个弧形隔室3.1、3.2，该弧形隔室电弧放电到中心隔室2中，其中底部部分6.1、6.2分别从弧形隔室3.1、3.2延伸到中心隔室2的第一端和第二端。
例示的实施方案中的外侧搁架7.1、7.2在两个侧壁4.1、4.2的外侧和底盘的周边之间延伸，并且在弧形隔室3.1、3.2的顶部部分上方的水平处延伸。在其它实施方案中，该侧搁架可以是较短的凸起，其有助于增加模制框架1的刚性，并且仍然为EEE提供支撑。
用于附接驱动装置的装置在例示的示例性实施方案开口11.1、11.2中，该开口用于容纳每个侧驱动器12.1、12.2的旋转轴。在此示例中，旋转轴是两侧驱动器12.1、12.2共用的，并且在端壁5与用于电机M'、M”的两个弧形隔室3.1、3.2之间，通过模制框架1的中心隔室2从一个侧壁开口11.1延伸到另一个侧壁开口11.2。
在例示的实施方案中，侧驱动器包括安装在公共支撑主体SB上的支撑轮S和驱动轮DV，以及用于使旋转轴穿过其的旋转轴支撑室。它还包括电动机M和齿轮箱。所有部件都安装在公共支撑主体SB上。
在示例性实施方案中，侧搁架7.1、7.2和端部搁架7.3、7.4可以通过移除可拆卸的盖部分20.1、20.2、20.3、20.4分别从侧面和端部进入。位于中心隔室2中的电池搁架7.5搁置在搁架支撑件14.1、14.2、14.3、14.4的至少部分上，并且可以从中心隔室2的一端进入。电池搁置在电池搁架7.5的中心水平部分上，并且配合在电池搁架7.5的边缘的竖直部分之间。因此，EEE组件被很好地保护免受物理冲击，并且易于检查和更换维护。
模制框架1优选地由铝或类似材料制成，每个示例性塑料都能确保框架的轻质、耐久性和刚性。材料优选地是铸造材料。
任选地，各种EEE组件(未示出)以引导任何获取的热量远离EEE的方式直接附接到模制框架1。任选地，按照示例性电源板和/或电机控制器(未示出)的各种EEE组件通过中间连接元件按照示例性热引导面团以引导任何获取的热量远离EEE的方式附接到模制框架1。
参考图1至图3，示例性实施方案的框架1包括角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4，该角部支撑件从用于容纳第一端支撑轮SV'、SV”的第一端弧形隔室8.1、8.2，和用于容纳第二端支撑轮SV”'、SV””的第二端弧形隔室8.3、8.4向上延伸到侧壁4.1、4.2的顶部边缘4.11、4.12和端壁5的顶部边缘5.1。角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4增加框架1对向下变形力的阻力，以及增加凸出的接近传感器的支撑件9.1、9.2的刚性，该支撑件从框架1的相对角部凸出。
在示例性实施方案中，端壁5从底部部分6.2延伸，并且在一端的两个角部支撑件15.1、15.2之间延伸，并且向上延伸到角部支撑件15.1、15.2的顶部边缘5.1，并由此进一步改善框架1的结构稳定性和刚性。
侧壁4.1、4.2各自从底部部分6.1、6.2、3,1、3.2在相应角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4之间延伸，并且向上延伸到相应角部支撑件15.1、15.2、15.3、15.4的顶部边缘4.11、4.12。侧壁有助于增强框架1的结构稳定性和刚性，并且提供一个用于按照示例电池包含EEE元件的大中心隔室2。
凹形隔室3.1、3.2正在允许驱动轮电机M'、M”基本上凸出到模制框架1的内部空间中，从而降低底盘的重心。凹形隔室3.1、3.2通过在公共壁13处互连并在侧壁4.1、4.2之间形成支撑来进一步改进结构稳定性和刚性。
在一些实施方案中，外侧搁架7.1、7.2包括延伸到搁架7.1、7.2中的支撑件17.1、17.2、17.3。
在一些实施方案中，一个端部搁架7.3界定中心隔室2，并且是中心隔室2的底部部分，并且另一端部搁架7.4从端壁5延伸到底盘的周边。
顶盖10基本上覆盖中心隔室2以及侧搁架和端部搁架7.1、7.2、7.3、7.4上方的空间。
对所有实施方案通用的是，框架1还包括用于从下方支撑电池搁架7.5的支撑高度14.1、14.2。例如，支撑高度14.1、14.2从用于电机M'、M”的两个弧形隔室3.1、3.2的顶部凸出。
优选地，侧盖20.1、20.2和端盖20.3、20.4设置有用于接近传感器22、23视场的纵向间隙21.1、21.2、21.3、21.4。两侧的纵向间隙21.1、21.3中的每一个以相同的方式布置。两端的纵向间隙21.2、21.4中的每一个以相同的方式布置。以此方式，接近传感器22、23各自沿着纵向间隙21.1、21.2、21.3、21.4具有270度的视场。
接近传感器的支撑件9.1、9.2在底盘框架1的相对角部处，以确保接近传感器诸如270度的观察超声安全扫描仪的刚性和准确安装。此外，接近传感器的支撑件9.1、9.2安装在支撑件9.1、9.2中的每一个处，使得接近传感器将具有至少270度的无阻挡的可见度。
优选地，模制框架1的所有部分形成单个模制主体。
尽管已在本发明的本说明书中列出了许多特性和优点以及结构细节和特征，但是说明书以本发明的示例实现方式被提供。在不脱离本发明的原理的情况下，根据权利要求中使用的概念和定义的最广泛理解的含义，可以改变细节尤其是形式、尺寸和布局。

Claims (17)

1.一种用于自主移动机器人的底盘，所述底盘包括：
模制框架(1)，所述模制框架包括由两个侧壁(4.1,4.2)和底部部分(6.1,6.2,3.1,3.2)限定的中心隔室(2)；
外侧搁架(7.1,7.2)，所述外侧搁架在所述中心隔室(2)的底部与顶部之间的水平处从所述两个侧壁(4.1,4.2)的外侧延伸；和
可拆卸的顶盖(10)，所述可拆卸的顶盖安装在所述模制框架(1)的顶部上，其中所述顶盖覆盖所述中心隔室和所述外侧搁架上方的空间，并且所述顶盖(10)的边缘基本上限定所述底盘的外周边。
2.根据权利要求1所述的底盘，其中所述模制框架(1)还包括由所述侧壁(4.1,4.2)的增强或较厚部分组成的内角部支撑件(15.1,15.2,15.3,15.4)。
3.根据权利要求1所述的底盘，其中所述模制框架(1)还包括端壁(5)。
4.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)还包括内端搁架(7.3)和外端搁架(7.4)。
5.根据权利要求1或2所述的底盘，其中所述模制框架(1)还包括用于驱动电机(M',M”)的两个弧形隔室(3.1,3.2)，所述弧形隔室电弧放电到中心隔室(2)中并且通过壁(13)刚性互连。
6.根据权利要求3所述的底盘，其中所述外侧搁架(7.1,7.2)处于所述弧形隔室(3.1,3.2)的顶部部分上方的水平位置。
7.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)还包括用于支撑电池搁架(7.5)的底部支撑高度(14.1,14.2)。
8.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)还包括用于第一两个支撑轮的两个第一端弧形隔室(8.1,8.2)和用于所述模制框架的底部角部处的第二两个支撑轮的两个第二端弧形隔室(8.3,8.4)。
9.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述外侧搁架(7.1,7.2)包括延伸到所述搁架(7.1,7.2)中的支撑件(17.1,17.2,17.3)。
10.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述侧搁架(7.1,7.2)、端部搁架(7.3,7.4)和所述电池搁架(7.5)覆盖有可拆卸的盖(20.1,20.2,20.3,20.4,10)。
11.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述底盘还包括用于将驱动装置(12.1,12.2)附接到所述底盘框架(1)的底部的装置(11.1,11.2)。
12.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)由铝制成。
13.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)由塑料制成。
14.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)被配置成用于将EEE组件直接附接到所述模制框架(1)。
15.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)包括从所述中心隔室(2)的角部的外部突出的支撑件(9.1,9.2)以用于支撑导航和/或安全传感器。
16.根据任一前述权利要求所述的底盘，其中所述模制框架(1)包括突出到所述自主移动机器人的端部的对接元件(23.1,23.2)，其中所述对接元件适于与固定对接站互连以确保精确对接。
17.一种自主移动机器人，所述自主移动机器人包括；
根据任一前述权利要求所述的底盘；
安装在所述底盘的顶部上的模块；和
在所述模制框架与所述模块之间的连接元件。
CN202080091148.4A 2020-01-09 2020-12-28 用于自主移动机器人的底盘 Pending CN114901544A (zh)

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EP20151039.3A EP3848274B1 (en) 2020-01-09 2020-01-09 Chassis for an autonomous mobile robot
EP20151039.3 2020-01-09
PCT/EP2020/087923 WO2021140039A1 (en) 2020-01-09 2020-12-28 Chassis for an autonomous mobile robot

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EP (1) EP3848274B1 (zh)
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WO (1) WO2021140039A1 (zh)

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