CN115230842A - 天平联动驱动轮底盘及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天平联动驱动轮底盘及机器人，包括底盘本体、驱动电机轮、左轮组天平连杆、右轮组天平连杆以及轮组基板；左轮组天平连杆和右路组天平连杆二者与轮组基板之间设置有连杆虚拟轴心组件，左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者均绕连杆虚拟轴线摆动底盘本体安装在轮组基板的上方，底盘本体与左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者之间分别连接有弹性件。当万向轮接触到障碍物时，由于万向轮和中间的驱动电机轮组成了连杆天平结构，并有弹性件施加压力，使得驱动轮的对地压力大于前方的万向轮的对地压力，万向轮可以绕天平连杆虚拟轴转动抬起，提高了驱动轮底盘的越障能力，且稳定性高。

Description

天平联动驱动轮底盘及机器人

技术领域

本发明涉及机器人结构设计技术领域，具体地，涉及一种天平联动驱动轮底盘及机器人。

背景技术

机器人是一种可自动执行工作的机器装置，通过人类指挥、预先编程或智能指定的原则纲领等方式执行动作，其主要作用是可以协助或取代人类完成相应的工作。

机器人进行过程中的安全性和稳定性取决于机器人的底盘及底盘连接的行进轮。现有技术中的机器人的底盘在连接行进轮时，行进轮仅仅能够带动底盘移动，在一些工作环境较差的场合，特别是需要爬坡时，不能提供一个安全、稳定的行进状态。

现有公告号为CN105128978B的中国专利申请文献，其公开了一种机器人底盘及服务机器人，包括底盘主体、行走装置和防滑装置；行走装置包括齿轮箱，齿轮箱连接有行进轮和驱动电机；防滑装置包括按压板和弹力片，按压板的一端与齿轮箱连接，另一端连接有转动装置，转动装置包括转动轴，转动轴与按压板转动连接，转动轴的轴线方向与行进轮行进方向相平行，弹力片的一端与按压板相贴合，另一端连接有固定座，固定座设于底盘主体上。

现有技术中的机器人及机器人底盘在行进中的稳定性差，且越障能力差，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天平联动驱动轮底盘及机器人。

根据本发明提供的一种天平联动驱动轮底盘,包括底盘本体、驱动电机轮、左轮组天平连杆、右轮组天平连杆以及轮组基板；所述左轮组天平连杆与轮组基板的左侧连接，所述右轮组天平连杆与轮组基板的右侧连接，所述左轮组天平连杆和右路组天平连杆二者与轮组基板之间设置有连杆虚拟轴心组件，所述左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者均绕连杆虚拟轴线摆动；所述左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者相互远离的一端均安装有驱动电机轮，所述底盘本体安装在轮组基板的上方，且所述底盘本体与左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者之间分别连接有弹性件，所述左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者远离驱动电机轮的一端安装有万向轮。

优选地，所述左轮组天平连杆包括连接驱动电机轮的第一驱动轮安装部、连接万向轮的第一万向轮安装部、连接弹性件的第一弹簧安装部以及连接轮组基板的第一基板安装部，所述第一驱动轮安装部位于第一基板安装部远离右轮组天平连杆的一端，所述第一万向轮安装部自第一基板安装部向远离驱动电机轮的方向延伸，所述第一弹簧安装部自第一基板安装部向驱动电机轮的中部延伸；所述右轮组天平连杆包括连接驱动电机轮的第二驱动轮安装部、连接万向轮的第二万向轮安装部、连接弹性件的第二弹簧安装部以及连接轮组基板的第二基板安装部，所述第二驱动轮安装部位于第二基板安装部远离左轮组天平连杆的一端，所述第二万向轮安装部自第二基板安装部向远离驱动电机轮的方向延伸，所述第二弹簧安装部自第二基板安装部向驱动电机轮的中部延伸。

优选地，所述弹性件为伸缩弹簧，位于所述底盘本体和左轮组天平连杆二者之间的，所述伸缩弹簧的两端分别与底盘本体的下侧面和第一弹簧安装部的上侧面接触配合；位于所示底盘本体和右轮组天平连杆二者之间的，所述伸缩弹簧的两端分别与底盘本体的下侧面和第一弹簧安装部的上侧面接触配合。

优选地，所述第一弹簧安装部的上侧面和对应的底盘本体的下侧面二者均设置有第一导柱，位于所述底盘本体和左轮组天平连杆二者之间的伸缩弹簧套设第一导柱；所述第二弹簧安装部的上侧面和对应的底盘本体的下侧面二者均设置有第二导柱，位于所述底盘本体和右轮组天平连杆二者之间的伸缩弹簧套设第二导柱。

优选地，所述连杆虚拟轴心组件包括PU胶块，所述PU胶块在第一基板安装部和轮组基板之间、第二基板安装部和轮组之间均安装有一块或多块，多块所述PU胶块的连线构成连杆虚拟轴线，且多块所述PU胶块的连线与驱动电机轮的转动轴线平行。

优选地，所述连杆虚拟轴心组件还包括胶块螺钉和配合螺母，所述胶块螺钉自下向上依次穿过第一基板安装部和PU胶块，所述配合螺母与胶块螺钉穿出PU胶块的一端螺纹配合；所述胶块螺钉自下向上依次穿过第二基板安装部和PU胶块，所述配合螺母与胶块螺钉穿出PU胶块的一端螺纹配合。

优选地，所述底盘本体远离安装在左轮组天平连杆和右轮组天平连杆二者上的万向轮的一端，安装有万向轮；所述底盘本体位于水平位置时，安装在左轮组天平连杆上的万向轮的最底部、安装在右轮组天平连杆上的万向轮的最底部、安装在底盘本体上的万向轮的最底部以及驱动电机轮的最底部均位于同一水平面上。

优选地，所述底盘本体的两端均安装有辅助轮，所述辅助轮位于万向轮的外侧；所述底盘本体位于水平位置时，所述辅助轮最底部的高度大于万向轮最底部的高度。

优选地，所述连杆虚拟轴心组件包括刚性轴或轴承组成的旋转轴。

根据本发明提供的一种机器人，包括天平联动驱动轮底盘，还包括安装在所述底盘本体上的功能模块。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过左轮组天平连杆、右轮组天平连杆、轮组基板以及连杆虚拟轴心组件配合形成的天平联动结构，当万向轮接触到障碍物时，由于万向轮和中间的驱动电机轮组成了连杆天平结构，并有弹性件施加压力，使得驱动轮的对地压力大于前方的万向轮的对地压力，进而使得万向轮可以绕天平连杆虚拟轴转动抬起，有助于提高驱动轮底盘的越障能力，且稳定性高。

2、本发明通过位于万向轮前方的辅助轮，越障时，辅助轮会先接触到障碍物，辅助轮越过障碍物后，万向轮再进行越障，此时万向轮的越障高度为辅助轮的高度，有助于提高驱动轮底盘的越障能力。

3、本发明通过左轮组天平连杆、右轮组天平连杆、轮组基板以及连杆虚拟轴心组件配合形成的天平联动结构，能够使四个万向轮和两个驱动电机轮能够同时与底面接触，有助于提高驱动轮底盘运动的稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现驱动轮底盘整体结构的示意图；

图2为本发明主要体现驱动轮底盘整体结构的爆炸示意图；

图3为本发明主要体现天平联动结构的爆炸示意图；

图4为本发明主要体现天平联动结构的整体结构示意图；

图5为本发明主要体现天平联动结构整体结构的侧面示意图；

图6为本发明主要体现驱动轮底盘整体结构的越障示意图；

图7为本发明主要体现万向轮越过障碍物的示意图。

图中所示：

驱动电机轮1 第二导柱13

左轮组天平连杆2 底盘本体14

右轮组天平连杆3 辅助轮15

轮组基板4 第一驱动轮安装部16

电机螺钉5 第一万向轮安装部17

万向轮6 第一弹簧安装部18

万向轮螺钉7 第一基板安装部19

第一导柱8 第二驱动轮安装部20

伸缩弹簧9 第二万向轮安装部21

PU胶块10 第二弹簧安装部22

胶块螺钉11 第二基板安装部23

配合螺母12 连杆虚拟轴心组件24

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1、图2以及图3所示，根据本发明提供的一种天平联动驱动轮底盘，包括底盘本体14、驱动电机轮1、左轮组天平连杆2、右轮组天平连杆3以及轮组基板4。左轮组天平连杆2与轮组基板4的左侧连接，右轮组天平连杆3与轮组基板4的右侧连接，左轮组天平连杆2和右路组天平连杆二者与轮组基板4之间设置有连杆虚拟轴心组件24，左轮组天平连杆2和右轮组天平连杆3二者均绕连杆虚拟轴线摆动。

左轮组天平连杆2和右轮组天平连杆3二者相互远离的一端均安装有驱动电机轮1，底盘本体14通过螺钉连接安装在轮组基板4的上方，且底盘本体14与左轮组天平连杆2和右轮组天平连杆3二者之间分别连接有弹性件，左轮组天平连杆2和右轮组天平连杆3二者远离驱动电机轮1的一端安装有万向轮6。进行越障时，万向轮6先与障碍物接触，由于万向轮6和驱动电机轮1组成了连杆天平结构，并有弹性件施加压力，使得驱动电机轮1的对地压力大于万向轮6的对地压力，从而使得万向轮6可以绕连杆虚拟轴线轻松抬起，越过障碍物。

如图3所示，具体地，左轮组天平连杆2包括连接驱动电机轮1的第一驱动轮安装部16、连接万向轮6的第一万向轮安装部17、连接弹性件的第一弹簧安装部18以及连接轮组基板4的第一基板安装部19。第一驱动轮安装部16位于第一基板安装部19远离右轮组天平连杆3的一端，第一驱动轮安装部16自第一基板安装部19垂直向上延伸。第一万向轮安装部17自第一驱动轮安装部16的顶部向远离驱动电机轮1的方向延伸，第一弹簧安装部18自第一基板安装部19向驱动电机轮1的中部延伸。

第一驱动轮安装部16包括与驱动电机轮1配合的弧面，且驱动电机轮1通过电机螺钉5安装到第一驱动轮安装部16上。万向轮6通过万向轮螺钉7安装在第一万向轮安装部17上，且水平状态时，万向轮6的最底部与驱动电机轮1的最底部位于同一平面。第一基板安装部19通过螺钉安装在轮组基板4的下方。

右轮组天平连杆3包括连接驱动电机轮1的第二驱动轮安装部20、连接万向轮6的第二万向轮安装部21、连接弹性件的第二弹簧安装部22以及连接轮组基板4的第二基板安装部23。第二驱动轮安装部20位于第二基板安装部23远离左轮组天平连杆2的一端，第二驱动轮安装部20自第二基板安装部23垂直向上延伸。第二万向轮安装部21自第二驱动轮安装部20的顶部向远离驱动电机轮1的方向延伸，第二弹簧安装部22自第二基板安装部23向驱动电机轮1的中部延伸。

第二驱动轮安装部20包括与驱动电机轮1配合的弧面，且驱动电机轮1通过电机螺钉5安装到第二驱动轮安装部20上。万向轮6通过万向轮螺钉7安装在第二万向轮安装部21上，且水平状态时，万向轮6的最底部与驱动电机轮1的最底部位于同一平面。第二基板安装部23通过螺钉安装在轮组基板4的下方。

如图1、图3以及图4所示，弹性件包括伸缩弹簧9，位于底盘本体14和左轮组天平连杆2二者之间的伸缩弹簧9的两端，分别与底盘本体14的下侧面和第一弹簧安装部18的上侧面接触配合。进一步地，第一弹簧安装部18的上侧面和对应的底盘本体14的下侧面二者均设置有第一导柱8，位于底盘本体14和左轮组天平连杆2二者之间的伸缩弹簧9套设第一导柱8。本申请在底盘本体14和左轮组天平连杆2之间安装有两组伸缩弹簧9。

位于底盘本体14和右轮组天平连杆3二者之间的伸缩弹簧9的两端，分别与底盘本体14的下侧面和第一弹簧安装部18的上侧面接触配合。进一步地，第二弹簧安装部22的上侧面和对应的底盘本体14的下侧面二者均设置有第二导柱13，位于底盘本体14和右轮组天平连杆3二者之间的伸缩弹簧9套设第二导柱13。本申请在底盘本体14和右轮组天平连杆3之间安装有两组平行的伸缩弹簧9。

如图3和图5所示，连杆虚拟轴心组件24包括PU胶块10、胶块螺钉11以及配合螺母12，PU胶块10在第一基板安装部19和轮组基板4之间、第二基板安装部23和轮组之间均紧固安装有一块或多块，本申请优选在第一基板安装部19和轮组基板4之间、第二基板安装部23和轮组之间分别安装两块PU胶块10。四块PU胶块10的连线构成连杆虚拟轴线，且四块PU胶块10的连线与驱动电机轮1的转动轴线平行。PU胶块10的具体固定方式为：胶块螺钉11自下向上依次穿过第一基板安装部19和PU胶块10，配合螺母12与胶块螺钉11穿出PU胶块10的一端螺纹配合。胶块螺钉11自下向上依次穿过第二基板安装部23和PU胶块10，配合螺母12与胶块螺钉11穿出PU胶块10的一端螺纹配合。

当前方有障碍物时，万向轮6先与障碍物接触，由于万向轮6和驱动电机轮1组成了连杆天平结构，并有伸缩弹簧9施加压力，使得驱动电机轮1的对地压力大于万向轮6的对地压力，进而使得两个万向轮6可以同时绕连杆虚拟轴线转动并抬起，进而越过障碍物，且稳定性高。需要注意的是本申请的连杆虚拟轴心组件24还可以包括刚性轴或轴承组成的旋转轴，旋转轴的轴线平行于驱动电机轮1的转动轴，使得万向轮6可以绕旋转轴的轴线转动抬起，达到越障的效果。

如图6和图7所示，再进一步地，底盘本体14远离安装在左轮组天平连杆2和右轮组天平连杆3二者上的万向轮6的一端，安装有万向轮6。使底盘本体14在长度的两个方向上均可以利用万向轮6进行越障。底盘本体14位于水平位置时，安装在左轮组天平连杆2上的万向轮6的最底部、安装在右轮组天平连杆3上的万向轮6的最底部、安装在底盘本体14上的万向轮6的最底部以及驱动电机轮1的最底部均位于同一水平面上。四个万向轮6和两个驱动电机轮1同时与地面接触，提高了底盘本体14运动的稳定性。

优选地，底盘本体14的两端均安装有辅助轮15，辅助轮15位于万向轮6的外侧。底盘本体14位于水平位置时，辅助轮15最底部的高度大于万向轮6最底部的高度。当前方有障碍物时，辅助轮15先与障碍物接触，且辅助轮15先越过障碍物，辅助轮15后方的万向轮6再越过障碍物，能够提高底盘本体14整体的越障高度。例如，当前方有障碍物时，有A＝15mm离地距离的辅助轮15会先接触到高于A＝15mm的障碍物,假设障碍物的高度为B＝20mm，此时辅助轮15的越障高度是B-A＝5mm，并顺利前行，直到万向轮6触到障碍物，此时万向轮6的越障高度实际是A＝15mm，而不是B＝20mm，所以，可以有效提升越障能力。

本申请的天平联动驱动轮底盘能够适用于各种机器人，尤其是适用清洁机器人，机器人还包括安装在底盘本体14上的功能模块，功能模块可根据实际需求进行搭配。相对于传统的弹性悬臂轮挂结构，本申请的天平联动驱动轮底盘具有更高的稳定性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种天平联动驱动轮底盘，其特征在于，包括底盘本体(14)、驱动电机轮(1)、左轮组天平连杆(2)、右轮组天平连杆(3)以及轮组基板(4)；

所述左轮组天平连杆(2)与轮组基板(4)的左侧连接，所述右轮组天平连杆(3)与轮组基板(4)的右侧连接，所述左轮组天平连杆(2)和右路组天平连杆二者与轮组基板(4)之间设置有连杆虚拟轴心组件(24)，所述左轮组天平连杆(2)和右轮组天平连杆(3)二者均绕连杆虚拟轴线摆动；

所述左轮组天平连杆(2)和右轮组天平连杆(3)二者相互远离的一端均安装有驱动电机轮(1)，所述底盘本体(14)安装在轮组基板(4)的上方，且所述底盘本体(14)与左轮组天平连杆(2)和右轮组天平连杆(3)二者之间分别连接有弹性件，所述左轮组天平连杆(2)和右轮组天平连杆(3)二者远离驱动电机轮(1)的一端安装有万向轮(6)。

2.如权利要求1所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述左轮组天平连杆(2)包括连接驱动电机轮(1)的第一驱动轮安装部(16)、连接万向轮(6)的第一万向轮安装部(16)、连接弹性件的第一弹簧安装部(18)以及连接轮组基板(4)的第一基板安装部(19)，所述第一驱动轮安装部(16)位于第一基板安装部(19)远离右轮组天平连杆(3)的一端，所述第一万向轮安装部(16)自第一基板安装部(19)向远离驱动电机轮(1)的方向延伸，所述第一弹簧安装部(18)自第一基板安装部(19)向驱动电机轮(1)的中部延伸；

所述右轮组天平连杆(3)包括连接驱动电机轮(1)的第二驱动轮安装部(20)、连接万向轮(6)的第二万向轮安装部(21)、连接弹性件的第二弹簧安装部(22)以及连接轮组基板(4)的第二基板安装部(23)，所述第二驱动轮安装部(20)位于第二基板安装部(23)远离左轮组天平连杆(2)的一端，所述第二万向轮安装部(21)自第二基板安装部(23)向远离驱动电机轮(1)的方向延伸，所述第二弹簧安装部(22)自第二基板安装部(23)向驱动电机轮(1)的中部延伸。

3.如权利要求2所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述弹性件包括伸缩弹簧(9)，位于所述底盘本体(14)和左轮组天平连杆(2)二者之间的，所述伸缩弹簧(9)的两端分别与底盘本体(14)的下侧面和第一弹簧安装部(18)的上侧面接触配合；

位于所述底盘本体(14)和右轮组天平连杆(3)二者之间的，所述伸缩弹簧(9)的两端分别与底盘本体(14)的下侧面和第一弹簧安装部(18)的上侧面接触配合。

4.如权利要求3所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述第一弹簧安装部(18)的上侧面和对应的底盘本体(14)的下侧面二者均设置有第一导柱(8)，位于所述底盘本体(14)和左轮组天平连杆(2)二者之间的伸缩弹簧(9)套设第一导柱(8)；

所述第二弹簧安装部(22)的上侧面和对应的底盘本体(14)的下侧面二者均设置有第二导柱(13)，位于所述底盘本体(14)和右轮组天平连杆(3)二者之间的伸缩弹簧(9)套设第二导柱(13)。

5.如权利要求1所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述连杆虚拟轴心组件(24)包括PU胶块(10)，所述PU胶块(10)在第一基板安装部(19)和轮组基板(4)之间、第二基板安装部(23)和轮组基板(4)之间均安装有一块或多块，多块所述PU胶块(10)的连线构成连杆虚拟轴线，且多块所述PU胶块(10)的连线与驱动电机轮(1)的转动轴线平行。

6.如权利要求5所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述连杆虚拟轴心组件(24)还包括胶块螺钉(11)和配合螺母(12)，所述胶块螺钉(11)自下向上依次穿过第一基板安装部(19)和PU胶块(10)，所述配合螺母(12)与胶块螺钉(11)穿出PU胶块(10)的一端螺纹配合；

所述胶块螺钉(11)自下向上依次穿过第二基板安装部(23)和PU胶块(10)，所述配合螺母(12)与胶块螺钉(11)穿出PU胶块(10)的一端螺纹配合。

7.如权利要求1所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述底盘本体(14)远离安装在左轮组天平连杆(2)和右轮组天平连杆(3)二者上的万向轮(6)的一端，安装有万向轮(6)；

所述底盘本体(14)位于水平位置时，安装在所述左轮组天平连杆(2)上的万向轮(6)的最底部、安装在右轮组天平连杆(3)上的万向轮(6)的最底部、安装在底盘本体(14)上的万向轮(6)的最底部以及驱动电机轮(1)的最底部均位于同一水平面上。

8.如权利要求1所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述底盘本体(14)的两端均安装有辅助轮(15)，所述辅助轮(15)位于万向轮(6)的外侧；

所述底盘本体(14)位于水平位置时，所述辅助轮(15)最底部的高度大于万向轮(6)最底部的高度。

9.如权利要求1所述的天平联动驱动轮底盘，其特征在于，所述连杆虚拟轴心组件(24)包括刚性轴或轴承组成的旋转轴。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的天平联动驱动轮底盘，还包括安装在所述底盘本体(14)上的功能模块。

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