CN116252887A - 具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器人底盘的技术领域，公开了一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其包括底盘本体和设置在底盘上的四组轮腿机构，所述轮腿机构包括升降组件、连杆越障组件和轮毂连接组件，所述升降组件连接在底盘本体上，所述轮毂连接组件通过所述连杆越障组件与所述升降组件连接，所述升降组件驱动轮毂连接组件沿垂直于所述底盘本体的方向移动，所述轮毂连接组件用于与车轮的轮毂连接，所述底盘本体上设置有用于检测地面坡度的角度检测机构，所述角度检测机构与所述升降组件电连接。本申请具有提高室内机器人的适用性的效果。

Description

具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘

技术领域

本申请涉及机器人底盘的领域，尤其是涉及一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘。

背景技术

轮式的民用机器人底盘中，按照使用场景进行分类，大致可分为室内用和室外用两类。

室外用的机器人底盘对于越野性能的要求比较高，轮子需要具有比较大的悬挂行程，而且还需要具备跨越台阶的能力，所以一般室外用的底盘成本普遍要比室内用的要高，体积也要比室内用的大。室内用的底盘需要通过一些狭小的空间，首先需要的就是底盘的体积要小，灵活性要高，因此在一定程度上舍弃了轮子的悬挂和跨越高台阶的性能。

目前，室内用的民用机器人底盘大都采用两轮的差速底盘，底盘成本低，原地转弯空间小。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有的室内机器人的应用场景中，也不乏存在需要上坡，上楼梯的情况，需要设计一款体积小，还能跨越台阶、上楼梯的机器人底盘。

发明内容

为了提高室内机器人的适用性，本申请提供一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘。

本申请提供的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，采用如下的技术方案：

具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，包括底盘本体和设置在底盘上的四组轮腿机构，所述轮腿机构包括升降组件、连杆越障组件和轮毂连接组件，所述升降组件连接在底盘本体上，所述轮毂连接组件通过所述连杆越障组件与所述升降组件连接，所述升降组件驱动轮毂连接组件沿垂直于所述底盘本体的方向移动，所述轮毂连接组件用于与车轮的轮毂连接，所述底盘本体上设置有用于检测地面坡度的角度检测机构，所述角度检测机构与所述升降组件电连接。

通过采用上述技术方案，在底盘本体上设置角度检测机构，当角度检测机构检测到路面出现坡度时，角度检测机构向升降组件传递信号，根据检测的角度数据，升降组件驱动轮毂连接组件移动，调整轮毂连接组件与底盘本体之间的距离，从而使底盘保持水平的状态。

可选的，所述升降组件包括升降杆、升降滑块和驱动件，所述升降杆与所述底盘本体固定连接，所述升降杆的长度方向与所述底盘本体垂直，所述升降滑块沿所述升降杆的长度方向与升降杆滑动连接，所述驱动件与所述升降杆连接，所述驱动件用于驱动所述升降滑块移动，所述连杆越障模块与所述升降滑块连接。

通过采用上述技术方案，连杆越障组件与升降滑块连接，利用驱动件驱动升降滑块沿升降杆的长度方向滑动，连杆越障组件在升降滑块的带动下移动，从而使轮毂连接组件沿垂直于底盘本体的方向移动。

可选的，所述连杆越障组件包括第一固定座、第二固定座、第一连杆、第二连杆和电动推杆，所述第一固定座与升降滑块固定连接，所述第二固定座与轮毂连接组件连接；所述第一连杆与所述第二连杆平行设置，所述第一连杆一端与第一固定座铰接，所述第一连杆另一端与第二固定座铰接，所述第一连杆与第一固定座的铰接轴线平行于所述第一连杆与第二固定座的铰接轴线；所述所述第二连杆一端与第一固定座铰接，所述第二连杆另一端与第二固定座铰接，所述第二连杆与第一固定座的铰接轴线平行于所述第二连杆与第二固定座的铰接轴线；所述第一连杆与第一固定座的铰接轴线平行于所述第二连杆与第一固定座的铰接轴线；所述电动推杆一端与所述第一连杆铰接，所述电动推杆的另一端与第二固定座铰接，所述电动推杆与第一连杆的铰接轴线平行于电动推杆与第二固定座的铰接轴线，所述电动推杆与第二固定座的铰接轴线平行于第一连杆与第二固定座的铰接轴线。

通过采用上述技术方案，第一固定座与升降滑块固定连接，第二固定座与轮毂连接组件连接，在第一固定座与第二固定座之间铰接两根平行设置的连杆，使第二固定座可以在水平方向和竖直方向上进行移动，从而带动轮毂连接组件在水平方向和竖直方向上进行移动；通过在其中一根连杆上铰接有电动推杆，电动推杆的另一端与第二固定座铰接，利用电动推杆对两根连杆的转动进行控制，从而对轮毂连接组件的移动进行控制。

可选的，所述轮毂连接组件包括轮毂固定座、弹簧减震器和轮毂旋转座，所述轮毂固定座用于连接车轮的轮毂，所述弹簧减震器连接在轮毂固定座与轮毂旋转座之间，所述轮毂旋转座通过轴承与所述第二固定座转动连接，所述轮毂旋转座的转动轴线与所述底盘本体垂直。

通过采用上述技术方案，利用轮毂固定座和弹簧减震器减震器对轮毂进行支撑，既能够支撑轮毂又能够实现轮毂的悬挂功能，降低底盘本体移动过程中的振动；通过将轮毂旋转座转动连接在第二固定座上，使车轮可以多向移动。

可选的，所述轴承为交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的外圈与第二固定座固定连接，所述交叉滚子轴承的内圈与所述轮毂旋转座固定连接。

可选的，所述第二固定座上设置有用于控制所述轮毂旋转座转动的转向控制组件，所述转向控制组件与所述轮毂旋转座传动连接。

通过采用上述技术方案，在第二固定座上设置转向控制组件，利用转向控制组件对轮毂转动座的转动方向进行控制。

可选的，所述转向控制组件包括电机和行星减速组件，所述行星减速组件包括外壳、第一级中心轮、第一级行星轮、第一级行星架、第一级内齿轮圈、第二级中心轮、第二级行星轮、第二级行星架和第二级内齿轮圈，所述外壳固定连接在所述第二固定座上，所述电机固定连接在所述外壳远离第二固定座的一侧，所述第一级中心轮与外壳转动连接，所述第一级行星轮有多个，多个所述第一级行星轮沿第一级中心轮的周向等间隔设置，所述第一级行星轮与第一级中心轮啮合连接，所述第一级行星轮转动连接在所述第一级行星架上，所述第一级内齿轮圈同轴套设在第一级行星轮的外侧，所述第一级内齿轮圈与第一级行星轮啮合，所述第一级内齿轮圈与外壳固定连接，所述第二级中心轮位于所述第一级行星架靠近第二固定座的一侧且所述第二级中心轮与所述第一级行星架同轴固定连接，所述第二级行星轮有多个，多个所述第二级行星轮沿第二级中心轮的周向等间隔设置，所述第二级行星轮与第二级中心轮啮合连接，所述第二级行星轮转动连接在所述第二级行星架上，所述第二级内齿轮圈同轴套设在第二级行星轮的外侧，所述第二内齿轮圈与第二级行星轮啮合，所述第二级内齿轮圈与外壳固定连接，所述电机的输出轴通过花键与所述第一级中心轮同轴固定连接，所述第二级行星架通过花键与所述轮毂旋转座同轴固定连接。

可选的，所述轮毂连接组件还包括轮毂电机通信线，所述电机为中空电机，所述第一级中心轮、第一级行星架、第二级中心轮和第二级行星架上均开设有供轮毂电机通信线的让位孔。

通过采用上述技术方案，轮毂电机通信线从转弯中心处走线，提高底盘布线的合理性，降低轮毂电机通信线影响底盘移动的可能性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在底盘本体上设置角度检测机构，当角度检测机构检测到路面出现坡度时，角度检测机构向升降组件传递信号，根据检测的角度数据，升降组件驱动轮毂连接组件移动，调整轮毂连接组件与底盘本体之间的距离，从而使底盘能够在有坡度的路面上也保持水平的状态；

2.通过利用轮毂固定座和弹簧减震器减震器对轮毂进行支撑，既能够支撑轮毂又能够实现轮毂的悬挂功能，降低底盘本体移动过程中的振动；通过将轮毂旋转座转动连接在第二固定座上，使车轮可以多向移动。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中轮腿机构部分的结构示意图；

图3是本申请实施例中升降组件部分、轮毂连接组件部分和连杆越障组件部分的结构示意图；

图4是本申请实施例中行星减速组件部分的结构示意图；

图5是本申请实施例中底盘跨越障碍的示意图；

图6是本申请实施例中底盘在坡道上的结构示意图；

图7是本申请实施例中底盘上楼梯过程的结构示意图；

图8是本申请实施例中底盘在楼梯上的结构示意图。

附图标记：100、底盘本体；200、轮腿机构；300、升降组件；310、升降杆；320、升降滑块；400、连杆越障组件；410、第一固定座；420、第二固定座；430、第一连杆；440、第二连杆；450、电动推杆；500、轮毂连接组件；510、轮毂旋转座；520、交叉滚子轴承；530、弹簧减震器；540、轮毂固定座；550、轮毂电机通信线；600、转向控制组件；610、中空电机；620、行星减速组件；621、外壳；622、第一级中心轮；623、第一级行星轮；624、第一级行星架；625、第一级内齿轮圈；626、第二级中心轮；627、第二级行星轮；628、第二级行星架；629、第二级内齿轮圈。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘。参照图1，具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘包括底盘本体100，底盘本体100为长方体机构。底盘本体100四角的位置均安装有轮腿机构200，利用轮腿机构200对车轮进行连接。四组轮腿机构200对称设置。

参照图2和图3，轮腿机构200包括安装在底盘本体100上的升降组件300。升降组件300包括升降杆310，升降杆310垂直固定连接在底盘本体100的上方。升降杆310上滑动连接有升降滑块320，升降滑块320沿升降杆310的长度方向滑动。升降杆310上转动连接有丝杠，丝杠的转动轴线与升降杆310的长度方向平行，丝杠上螺纹连接有丝母，丝母与升降滑块320固定连接。升降杆310上固定连接有驱动电机，驱动电机的输出轴与丝杠同轴固定连接。

参照图2和图3，升降滑块320上安装有连杆越障组件400。连杆越障组件400包括固定连接在升降滑块320上的第一固定座410。连杆越障组件400还包括位于第一固定座410下方的第二固定座420，第一固定座410与第二固定座420之间安装有第一连杆430和第二连杆440。第一连杆430一端与第一固定座410铰接，第一连杆430另一端与第二固定座420铰接，第一连杆430与第一固定座410的铰接轴线平行于第一连杆430与第二固定座420的铰接轴线。第二连杆440一端与第一固定座410铰接，第二连杆440另一端与第二固定座420铰接，第二连杆440与第一固定座410的铰接轴线平行于第二连杆440与第二固定座420的铰接轴线。第一连杆430与第二连杆440平行，第一连杆430与第一固定座410的铰接轴线平行于第二连杆440与第一固定座410的铰接轴线。

第一连杆430与第二连杆440之间安装有电动推杆450，电动推杆450与第一连杆430铰接，电动推杆450的活塞杆与第二固定座420铰接。第一固定座410、第二固定座420、第一连杆430和第二连杆440构成平行四边形结构，第二固定座420可以在水平方向和竖直方向上进行移动。电动推杆450铰接在第一连杆430与第二固定座420之间，利用电动推杆450对第二固定座420的移动进行控制。

参照图3，第二固定座420下方安装有轮毂连接组件500，轮毂连接组件500包括轮毂旋转座510，轮毂旋转座510通过交叉滚子轴承520与第二固定座420转动连接。交叉滚子轴承520的外圈与第二固定座420固定连接，交叉滚子轴承520的内圈与轮毂旋转座510固定连接，轮毂旋转座510的转动轴线与底盘本体100垂直。轮毂旋转座510远离第二固定座420的一端通过四个弹簧减震器530连接有轮毂固定座540，轮毂固定座540用于安装车轮。

参照图2、图3和图4，第二固定座420上方安装有转向控制组件600。转向控制组件600包括电机和行星减速组件620，行星减速组件620安装在第二固定座420的上方，电机安装在行星减速组件620的上方。

行星减速组件620包括外壳621、第一级中心轮622、第一级行星轮623、第一级行星架624、第一级内齿轮圈625、第二级中心轮626、第二级行星轮627、第二级行星架628和第二级内齿轮圈629。外壳621固定连接在第二固定座420上，第一级中心轮622与外壳621转动连接，第一级行星轮623有多个(本实施例中为三个)，多个第一级行星轮623沿第一级中心轮622的周向等间隔设置，第一级行星轮623与第一级中心轮622啮合连接，第一级行星轮623转动连接在第一级行星架624上，第一级内齿轮圈625同轴套设在第一级行星轮623的外侧，第一级内齿轮圈625与第一级行星轮623啮合，第一级内齿轮圈625与外壳621固定连接。第二级中心轮626位于第一级行星架624靠近第二固定座420的一侧且第二级中心轮626与第一级行星架624同轴固定连接，第二级行星轮627有多个(本实施例中为三个)，多个第二级行星轮627沿第二级中心轮626的周向等间隔设置，第二级行星轮627与第二级中心轮626啮合连接，第二级行星轮627转动连接在第二级行星架628上，第二级内齿轮圈629同轴套设在第二级行星轮627的外侧，第二内齿轮圈与第二级行星轮627啮合，第二级内齿轮圈629与外壳621固定连接。电机与外壳621固定连接，电机的输出轴通过花键与第一级中心轮622同轴固定连接，第二级行星架628通过花键与轮毂旋转座510同轴固定连接。

参照图2和图3，电机为中空电机610，第一级中心轮622、第一级行星架624、第二级中心轮626和第二级行星架628上均开设有供轮毂电机通信线550的让位孔。轮毂电机通信线550从转弯中心处走线，提高底盘布线的合理性，降低轮毂电机通信线550影响底盘移动的可能性。

底盘本体100上安装有用于检测地面坡度的角度检测机构，角度检测机构包括固定连接在底盘本体100下方的角度检测传感器，角度检测传感器与电机电连接。

底盘本体100上还安装有距离检测传感器，利用距离检测传感器对底盘前方的障碍物进行检测。

综上，本实施例中的底盘主要具有以下功能：

第一，避障功能：

参照图5，当距离检测传感器检测到底盘本体100前方遇到一个障碍物时，电机驱动丝杠转动，使升降滑块320向靠近地面的方向移动，从而使底盘本体100向远离地面的方向移动，增大底盘本体100与地面之间的距离，底盘本体100就可以越过障碍。

第二，底盘本体100保持水平功能：

参照图6，当角度检测传感器检测到地面出现坡度时，根据检测的角度数据，通过一定的算法，去调整四个轮腿机构200的升降高度，最简单的算法是前端的升降模块升高sinα的高度，可使底盘本体100保持水平的状态，其中α是斜坡的角度。

第三，爬楼梯功能：

参照图7和图8，爬楼梯功能需要连杆越障组件400与升降组件300协同完成，当底盘本体100遇到台阶时，通过一定的算法，计算出升降组件300与连杆越障组件400的运动参数，先通过升降组件300使底盘本体100上升，然后电动推杆450伸长，使轮毂连接组件500向上方和前方移动，同时缓慢下降升降组件300，抵消轮毂连接组件500在竖直方向上移动的距离，两个模块配合完成越障(若台阶高度较高或跨越的阶数较多时，后轮在垂直高度上无法补偿，这时可以通过底盘本体100姿态的倾斜来完成)。越障时，四个轮腿需要依次的完成上台阶的动作，直到四个轮腿都完成一个台阶后，控制连杆越障组件400与升降组件300使底盘的姿态调整到越障之前的姿态，为下一次的越台阶做准备。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：包括底盘本体和设置在底盘上的四组轮腿机构，所述轮腿机构包括升降组件、连杆越障组件和轮毂连接组件，所述升降组件连接在底盘本体上，所述轮毂连接组件通过所述连杆越障组件与所述升降组件连接，所述升降组件驱动轮毂连接组件沿垂直于所述底盘本体的方向移动，所述轮毂连接组件用于与车轮的轮毂连接，所述底盘本体上设置有用于检测地面坡度的角度检测机构，所述角度检测机构与所述升降组件电连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述升降组件包括升降杆、升降滑块和驱动件，所述升降杆与所述底盘本体固定连接，所述升降杆的长度方向与所述底盘本体垂直，所述升降滑块沿所述升降杆的长度方向与升降杆滑动连接，所述驱动件与所述升降杆连接，所述驱动件用于驱动所述升降滑块移动，所述连杆越障模块与所述升降滑块连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述连杆越障组件包括第一固定座、第二固定座、第一连杆、第二连杆和电动推杆，所述第一固定座与升降滑块固定连接，所述第二固定座与轮毂连接组件连接；所述第一连杆与所述第二连杆平行设置，所述第一连杆一端与第一固定座铰接，所述第一连杆另一端与第二固定座铰接，所述第一连杆与第一固定座的铰接轴线平行于所述第一连杆与第二固定座的铰接轴线；所述所述第二连杆一端与第一固定座铰接，所述第二连杆另一端与第二固定座铰接，所述第二连杆与第一固定座的铰接轴线平行于所述第二连杆与第二固定座的铰接轴线；所述第一连杆与第一固定座的铰接轴线平行于所述第二连杆与第一固定座的铰接轴线；所述电动推杆一端与所述第一连杆铰接，所述电动推杆的另一端与第二固定座铰接，所述电动推杆与第一连杆的铰接轴线平行于电动推杆与第二固定座的铰接轴线，所述电动推杆与第二固定座的铰接轴线平行于第一连杆与第二固定座的铰接轴线。

4.根据权利要求3所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述轮毂连接组件包括轮毂固定座、弹簧减震器和轮毂旋转座，所述轮毂固定座用于连接车轮的轮毂，所述弹簧减震器连接在轮毂固定座与轮毂旋转座之间，所述轮毂旋转座通过轴承与所述第二固定座转动连接，所述轮毂旋转座的转动轴线与所述底盘本体垂直。

5.根据权利要求4所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述轴承为交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的外圈与第二固定座固定连接，所述交叉滚子轴承的内圈与所述轮毂旋转座固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述第二固定座上设置有用于控制所述轮毂旋转座转动的转向控制组件，所述转向控制组件与所述轮毂旋转座传动连接。

7.根据权利要求6所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述转向控制组件包括电机和行星减速组件，所述行星减速组件包括外壳、第一级中心轮、第一级行星轮、第一级行星架、第一级内齿轮圈、第二级中心轮、第二级行星轮、第二级行星架和第二级内齿轮圈，所述外壳固定连接在所述第二固定座上，所述电机固定连接在所述外壳远离第二固定座的一侧，所述第一级中心轮与外壳转动连接，所述第一级行星轮有多个，多个所述第一级行星轮沿第一级中心轮的周向等间隔设置，所述第一级行星轮与第一级中心轮啮合连接，所述第一级行星轮转动连接在所述第一级行星架上，所述第一级内齿轮圈同轴套设在第一级行星轮的外侧，所述第一级内齿轮圈与第一级行星轮啮合，所述第一级内齿轮圈与外壳固定连接，所述第二级中心轮位于所述第一级行星架靠近第二固定座的一侧且所述第二级中心轮与所述第一级行星架同轴固定连接，所述第二级行星轮有多个，多个所述第二级行星轮沿第二级中心轮的周向等间隔设置，所述第二级行星轮与第二级中心轮啮合连接，所述第二级行星轮转动连接在所述第二级行星架上，所述第二级内齿轮圈同轴套设在第二级行星轮的外侧，所述第二内齿轮圈与第二级行星轮啮合，所述第二级内齿轮圈与外壳固定连接，所述电机的输出轴通过花键与所述第一级中心轮同轴固定连接，所述第二级行星架通过花键与所述轮毂旋转座同轴固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种具有高越障性并可在斜坡上保持底盘水平的四驱四转底盘，其特征在于：所述轮毂连接组件还包括轮毂电机通信线，所述电机为中空电机，所述第一级中心轮、第一级行星架、第二级中心轮和第二级行星架上均开设有供轮毂电机通信线的让位孔。

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