CN115817636A - 一种差速前驱模块、割草机器人及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差速前驱模块、割草机器人及其校准方法，差速前驱模块包括电机座，其上设有用于容纳电机的电机腔，电机腔内左右对称布置有第一前驱电机和第二前驱电机，所述第一前驱电机及所述第二前驱电机与两个前轮一一对应连接；旋转座，安装在所述电机座与机体底部之间，其上方通过旋转连接件与机体底部连接，其下方固定连接所述电机座；所述电机座及所述旋转座通过所述旋转连接件与机体之间能够实现水平方向的相对转动；所述机体底部设有校准感应元件，所述旋转座上设有能够触发所述校准感应元件的触发件。

Description

一种差速前驱模块、割草机器人及其校准方法

技术领域

本发明涉及园林机械，具体是一种差速前驱模块、割草机器人及其校准方法。

背景技术

智能割草机器人已经越来越普及，割草机器人通常具有两个带驱动的后轮，前轮通常采用万向轮体。割草机器人工作环境主要是野外，工作地面主要是草地，且具有较多坑洼、坡面等，传统的割草机器人由于主要是后轮驱动，容易导致驱动力不足，在工作环境内被复杂的地势影响，陷落在坑洼处或者无法爬上坡面。

一些机器为了解决上述问题，采用四驱结构，除了后轮外，前轮也采用驱动设备提供驱动力。但是，采用此类结构的割草机器人，通常自身体积较大，其原因是前驱结构复杂，除了包含必要的动力元件以外，还需要包含用于转向的结构，导致整机体积较大。

一些小型机器人上，为了实现四驱和转向的功能，需要在前驱轮上再单独增加独立的转向舵机，虽然可以减小整机体积，但增加了电机数量，大大提高了成本，也不利于后期维护。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种差速前驱模块，通过特殊设计的结构，实现了前驱系统在保证有驱动和转向等功能的前提下，有尽量小的体积，可以应用于小型割草机器人，同时具有较低的成本、较好的操控性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术手段：

一种差速前驱模块，包括：

电机座，其上设有用于容纳电机的电机腔，电机腔内左右对称布置有第一前驱电机和第二前驱电机，所述第一前驱电机及所述第二前驱电机与两个前轮一一对应连接；

旋转座，安装在所述电机座与机体底部之间，其上方通过旋转连接件与机体底部连接，其下方固定连接所述电机座；

所述电机座及所述旋转座通过所述旋转连接件与机体之间能够实现水平方向的相对转动；

所述机体底部设有校准感应元件，所述旋转座上设有能够触发所述校准感应元件的触发件。

所述机体底部固定连接有固定座，旋转座上方通过所述旋转连接件与所述固定座转动连接；所述校准感应元件设置在所述固定座上。

所述旋转连接件包括：连接套和轴承，其中，

所述连接套主体为套接在所述轴承内圈的套筒，套筒上部为抵触在所述轴承内圈上沿的肩凸；

所述连接套通过所述肩凸及紧固件与所述旋转座固定连接；

所述固定座包括主座体，主座体中央设置有安装所述轴承的安装槽，该安装槽承托所述轴承外圈下沿；主座体上设置有安装孔用于与机体底部进行连接；

所述旋转座主体为中空桶状结构，中部顶端设置有电子元件线束引出口；

所述电机座、旋转座、主座体以及连接套连接后，内部均联通，同时连接套的套筒中间为贯通的出线口，用于将模块内的电机线束或者其他电子元件线束引出。

所述主座体上设置有支架，所述支架上安装所述校准感应元件；

所述旋转座上设有定位架，所述定位架上安装所述触发件。

所述主座体的一侧向外延伸形成有第一支架，第一支架上安装有第一校准感应元件；

主座体另一侧向外延伸形成有第二支架，第二支架上安装有第二校准感应元件；

旋转座上对应所述第一支架位置设有第一定位架，对应所述第二支架位置设有第二定位架。

所述第一校准感应元件为霍尔元件，所述第一定位架上安装有磁铁；

所述第二校准感应元件为微动开关，所述第二定位架上安装有波浪形的触发件，用于触发所述微动开关。

一种割草机器人，其机体底部设置有安装座，所述安装座用于安装所述的差速前驱模块。

所述的割草机器人，其机体底部还设置有用于安装前万向轮的安装槽。

本发明进一步公开了一种基于所述割草机器人的定时校准方法，机器在每持续运行超过预设时间后，进行一次校准，机器在校准时包括以下步骤：

S1、首先记录机器当前姿态信息；

S2、差速前驱模块内两个前驱电机反向等速运行，当主控收到校准感应元件的触发信号，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置；

S3、在完成步骤S2后，根据步骤S1中记录的姿态信息恢复校准前姿态，并继续工作；

上述姿态信息为机器进行校准前旋转座与机体之间的相对角度信息，该信息通过机器运行过程中累计的两个前驱电机的转速、转向信息计算获得。

一种基于所述割草机器人的实时校准方法，包括以下步骤：

a、机器上电并进行启动时的校准，此时记录累计偏差α=0°；

b、机器开始运行，并实时获得机器当前姿态信息，当差速前驱模块每次运行到校准位置时，计算获取机器此时的姿态信息，并计入累计偏差α；

c、当累计偏差α数值超过预设数值α’时，机器进行校准；

d、当机器需要执行步骤c的校准步骤时，首先记录机器当前姿态信息；

e、差速前驱模块内两个前驱电机反向等速运行，当主控收到校准感应元件的触发信号，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置；

f、在完成步骤e后，根据步骤d中记录的姿态信息恢复校准前姿态，并继续工作；

上述的姿态信息为机器进行校准前旋转座与机体之间的相对角度信息，该信息通过机器运行过程中累计的两个电机的转速、转向信息计算获得。

有益效果：

第一．本发明机器差速前驱模块通过两个前驱电机的差速运行或者反向运行实现转弯动作，实现了前驱系统在保证有驱动和转向等功能的前提下，有尽量小的体积，可以应用于小型割草机器人，同时具有较低的成本、较好的操控性。

第二．本发明所述机体底部设有校准感应元件，所述旋转座上设有能够触发所述校准感应元件的触发件。机器在每持续运行超过预设时间后，通过触发件触发所述校准感应元件进行一次校准，解决机器长期运动过程中，由于零件装配间隙、检测误差等因素造成的累积误差。

第三．本发明所述校准感应元件设置为两个，分别是设置在所述固定座外壁一侧的霍尔元件和设置在所述固定座外壁另一侧的微动开关，上述设计的好处是两个检测元件可以防止单一单元检测失效之后校准系统无法继续运行。同时，本实施例中采用霍尔和微动开关同时检测的方式，还可以提高检测的准确性。

附图说明

图1为本发明割草机器人机体与差速前驱模块连接结构示意图；

其中，100为机身；200为差速前驱模块；

图2为机体底部结构示意图；

图3为本发明差速前驱模块结构示意图；

其中，201为旋转座；202为固定座；203为电机座；204为连接套；205为前轮体；207为前驱电机；2041为出线口；

图4为差速前驱模块上校准感应元件安装示意图；

其中，210为第一校准感应元件；220为第二校准感应元件；

图5为本发明差速前驱模块爆炸图；

其中，206为轴承；230为磁铁；

图6为图5的另一个视角图；

其中，2031为连接座；2032为电机腔；

图7为本发明连接套结构示意图；

其中，2041为出线口；2042为套筒；2043为肩凸；

图8为本发明固定座结构示意图；

其中，2021为主座体；2022为安装孔；2023为第一支架；2024为第二支架；211为微动开关；221为霍尔元件；

图9为旋转座结构示意图；

其中，2015为引出口；2011为第一定位架；2013为第二定位架；2014为第一安装槽；

图10为差速前驱模块的剖面图；

图11为本发明割草机器人底部的结构示意图；

其中，101为安装座；102为第二安装槽；

图12为机器初始状态或者校准状态，微动开关在触发件的作用下被触发件示意图；

其中，2012为触发件；

图13为非直线行走时的运行状态，微动开关未被触发时结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1和图2所示，是本发明差速前驱模块示意图，差速前驱模块200可拆卸的与机身100连接，差速前驱模块200可以独立部装，简化总装流程。

实施例1

本发明差速前驱模块包括旋转座201，旋转座201上方活动连接固定座202，下方固定连接电机座203，旋转座201通过连接套204与固定座202活动连接，电机座203内设置有两个前驱电机207，前驱电机207输出端连接前轮体205。旋转座201、电机座203、连接套204连接后，内部均联通，同时连接套204上设置有出线口2041，用于将模块内的电机线束或者其他电子元件线束引出。

在差速前驱模块200上，设置有第一校准感应元件210，用于进行机器位置校准。本方案中，第一校准感应元件210是使用微动开关进行校准。

旋转座201上部外侧向外延伸设置有第一定位架2011，第一定位架2011外缘处设置有波浪形的触发件2012用于触发微动开关211。

实施例2

与实施例1的区别在于，本实施例在第一校准感应元件210的基础之上还设有第二校准感应元件220，如图3和图4所示为本发明实施例2差速前驱模块结构示意图，在差速前驱模块200上，设置有第一校准感应元件210和第二校准感应元件220，用于进行机器位置校准。本实施例中，第一校准感应元件210是使用微动开关进行校准，第二校准感应元件220是使用霍尔元件进行校准。

如图5和图6所示，为本实施例差速前驱模块200爆炸图，由图可知整个模块的装机结构，其中，旋转座201上部固定连接所述连接套204。实际连接时，固定座202固定连接在机体100上，或者与机体100一体化设置，固定座202中间套接轴承206，连接套204套接在轴承206内圈，连接套204固定连接旋转座201后，实现旋转座与固定座的活动连接。电机座203包括用于与旋转座201连接的连接座2031和用于容纳电机的电机腔2032。

如图7所示，连接套204具体结构，主体为套接在轴承206内圈的套筒2042，套筒2042上部为抵触在轴承206内圈上沿的肩凸2043，套筒2042中间为贯通的出线口2041。

如图8所示，为固定座202结构示意图，包括主座体2021，主座体中央设置有安装轴承206的安装槽，该安装槽承托轴承206外圈下沿。主座体2021上设置有安装孔2022用于与机体进行连接，例如通过螺钉等进行固定连接。主座体2021上还设置有第一支架2023和第二支架2024分别用于安装微动开关211和霍尔元件221。

需要说明的是，下图所示的情况中，固定座202是可拆卸连接在机身上的，但在其他的实施方式下，固定座202也可以与机身一体化设置，作为机身的一部分进行应用。

如图9所示，为旋转座201结构示意图，旋转座201主体为中空桶状结构，中部顶端设置有引出口2015与出线口2041联通；旋转座201上部外侧向外延伸设置有第一定位架2011和第二定位架2013。第一定位架2011和第二定位架2013分别对应第一支架2023和第二支架2024设置，同时，第一定位架2011外缘处设置有波浪形的触发件2012用于触发微动开关211，第二支架2013上设置有安装槽2014用于安装磁铁230。

如图10所示，为本发明实施例2差速前驱模块200的剖面图。

如图11所示，机体100底部设置有用于连接差速前驱模块200的安装座101，同时该机体底部还设置有用于安装传统前万向轮的安装槽102。由于连接位置的不同，安装座101和安装槽102可以同时设置在机体上，不会互相干涉。根据实际生产需求，选择安装普通万向轮组件或者差速前驱模块200，实现两驱和四驱不同款机器的切换。在实际生产过程中，对于未实际安装对应组件的安装座101或者安装槽102，可以安装盖体结构进行封闭和密封。

图12所示为本发明实施例2机器初始状态或者校准状态，此时，前驱组件轮体位于机器直线行走的位置，并且，微动开关211在触发件2012的作用下被触发，同时，磁铁230位于霍尔元件221正下方。

图13所示为机器在非直线行走时的运行状态，此时微动开关211未被触发，通过对霍尔元件221的参数读取，也可以判断磁铁230是否在其正下方。

基于上述差速前驱模块，机器在实际运行过程中，有如下校准机制：

1、机器启动时校准，机器上电，差速前驱模块内电机反向等速运行，当主控收到微动开关211的触发信号，同时霍尔元件221读取的参数在预订区间内时，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置，机器开始运行。

2、机器运行过程中的定时校准，机器前驱单元通过两个轮体电机的差速运行或者反向运行实现转弯动作，但是，在机器长期运动过程中，由于零件装配间隙、检测误差等等因素，会造成累积误差，为了消除累积误差，机器在没持续运行超过预设时间后，进行一次校准。机器在校准时：

a、首先记录机器当前姿态信息；

b、差速前驱模块内电机反向等速运行，当主控收到微动开关211的触发信号，同时霍尔元件221读取的参数在预订区间内时，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置；

c、在完成步骤b后，根据步骤a中记录的姿态信息恢复校准前姿态，并继续工作。

上述的姿态信息为机器进行校准前旋转座201与固定座202之间的相对角度信息，该信息可以通过机器运行过程中累计的两个电机的转速、转向信息计算获得。

需要注意的是，步骤b中，也可以以单一校准信号作为依据，确定差速前驱模块是否位于校准位置，即主控收到微动开关211的触发信号和霍尔元件221读取的参数在预订区间内两个条件满足其中至少一条时，可确定差速前驱模块是否位于校准位置。

3、机器运行过程中的实时校准，本校准机制与定时校准机制不同时实施，本校准机制同样是为了解决误差累计的问题，在定时校准的机制下，如果设置的预设时间过长，会导致在校准前累计的误差较多，如果预设的时间过短，会导致频繁校准。并且，由于机器在实际运行过程中，误差的累计并不是线性的，机器在直线段平稳运行时的误差累计要比进行转向动作时少，所以定时校准的模式，可能会导致机器在某些时段累计了较多误差但不能及时校准，因此，提供实时校准的机制，本机制如下：

a、机器上电并进行启动时的校准，此时记录累计偏差α=0°；

b、机器开始运行，并实时获得机器当前姿态信息，当机器差速前驱模块每次运行到校准位置时，计算获取机器此时的姿态信息，并计入累计偏差α；

c、当累计偏差α数值超过预设数值α’时，机器进行校准；

d、当机器需要执行步骤c的校准步骤时，首先记录机器当前姿态信息；

e、差速前驱模块内电机反向等速运行，当主控收到微动开关211的触发信号，同时霍尔元件221读取的参数在预订区间内时，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置；

f、在完成步骤e后，根据步骤d中记录的姿态信息恢复校准前姿态，并继续工作。

上述的姿态信息为机器进行校准前旋转座201与固定座202之间的相对角度信息，该信息可以通过机器运行过程中累计的两个电机的转速、转向信息计算获得。

Claims (10)

1.一种差速前驱模块，其特征在于，包括：

电机座，其上设有用于容纳电机的电机腔，电机腔内左右对称布置有第一前驱电机和第二前驱电机，所述第一前驱电机及所述第二前驱电机与两个前轮一一对应连接；

旋转座，安装在所述电机座与机体底部之间，其上方通过旋转连接件与机体底部连接，其下方固定连接所述电机座；

所述电机座及所述旋转座通过所述旋转连接件与机体之间能够实现水平方向的相对转动；

所述机体底部设有校准感应元件，所述旋转座上设有能够触发所述校准感应元件的触发件。

2.如权利要求1所述的差速前驱模块，其特征在于，所述机体底部固定连接有固定座，旋转座上方通过所述旋转连接件与所述固定座转动连接；所述校准感应元件设置在所述固定座上。

3.如权利要求2所述的差速前驱模块，其特征在于，所述旋转连接件包括：连接套和轴承，其中，

所述连接套主体为套接在所述轴承内圈的套筒，套筒上部为抵触在所述轴承内圈上沿的肩凸；

所述连接套通过所述肩凸及紧固件与所述旋转座固定连接；

所述固定座包括主座体，主座体中央设置有安装所述轴承的安装槽，该安装槽承托所述轴承外圈下沿；主座体上设置有安装孔用于与机体底部进行连接；

所述旋转座主体为中空桶状结构，中部顶端设置有电子元件线束引出口；

所述电机座、旋转座、主座体以及连接套连接后，内部均联通，同时连接套的套筒中间为贯通的出线口，用于将模块内的电机线束或者其他电子元件线束引出。

4.如权利要求3所述的差速前驱模块，其特征在于，

所述主座体上设置有支架，所述支架上安装所述校准感应元件；

所述旋转座上设有定位架，所述定位架上安装所述触发件。

5.如权利要求4所述的差速前驱模块，其特征在于，

所述主座体的一侧向外延伸形成有第一支架，第一支架上安装有第一校准感应元件；

主座体另一侧向外延伸形成有第二支架，第二支架上安装有第二校准感应元件；

旋转座上对应所述第一支架位置设有第一定位架，对应所述第二支架位置设有第二定位架。

6.如权利要求5所述的差速前驱模块，其特征在于，

所述第一校准感应元件为霍尔元件，所述第一定位架上安装有磁铁；

所述第二校准感应元件为微动开关，所述第二定位架上安装有波浪形的触发件，用于触发所述微动开关。

7.一种割草机器人，其机体底部设置有安装座，所述安装座用于安装如权利要求1~6中任一所述的差速前驱模块。

8.如权利要求7所述的割草机器人，其机体底部还设置有用于安装前万向轮的安装槽。

9.一种基于权利要求7或8所述割草机器人的定时校准方法，其特征在于，机器在每持续运行超过预设时间后，进行一次校准，机器在校准时包括以下步骤：

S1、首先记录机器当前姿态信息；

S2、差速前驱模块内两个前驱电机反向等速运行，当主控收到校准感应元件的触发信号，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置；

S3、在完成步骤S2后，根据步骤S1中记录的姿态信息恢复校准前姿态，并继续工作；

上述姿态信息为机器进行校准前旋转座与机体之间的相对角度信息，该信息通过机器运行过程中累计的两个前驱电机的转速、转向信息计算获得。

10.一种基于权利要求7或8所述割草机器人的实时校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、机器上电并进行启动时的校准，此时记录累计偏差α=0°；

b、机器开始运行，并实时获得机器当前姿态信息，当差速前驱模块每次运行到校准位置时，计算获取机器此时的姿态信息，并计入累计偏差α；

c、当累计偏差α数值超过预设数值α’时，机器进行校准；

d、当机器需要执行步骤c的校准步骤时，首先记录机器当前姿态信息；

e、差速前驱模块内两个前驱电机反向等速运行，当主控收到校准感应元件的触发信号，电机停止，此时认为差速前驱模块位于校准位置；

f、在完成步骤e后，根据步骤d中记录的姿态信息恢复校准前姿态，并继续工作；

上述的姿态信息为机器进行校准前旋转座与机体之间的相对角度信息，该信息通过机器运行过程中累计的两个电机的转速、转向信息计算获得。

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