CN116494710A - 一种用于轮式机器人的悬挂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于轮式机器人的悬挂装置，包括固定杆，布置在固定杆中段的阻尼调节机构以及套接在固定杆一端的驱动轮机构；所述阻尼调节机构包括带有安装槽的固定座和竖直穿设在安装槽底部的导向柱，所述导向柱的穿出端与固定杆的周面固定连接，所述安装槽内围绕着所述导向柱设有受压形变的发泡硅胶，所述安装槽带有用于挤压发泡硅胶的压紧盖。本发明提供的装置可以实现轮系悬挂弹力的快速连续调节，同时不会引起轮式机器人回转中心的变化。
Description
技术领域
本发明涉及机器人设计领域，尤其涉及一种轮式机器人的悬挂装置。
背景技术
随着近年来人工智能技术的快速发展，智能机器人领域呈现出飞速的发展和进步，机器人的移动成为了智能机器人必备的基础技能。
机器人悬挂轮或机器人悬挂结构是为了解决机器人因地面高低不平导致机器人严重颠簸而设计的，尤其是双轮差速驱动的机器人，由于地面不平会出现驱动轮被从动轮架空，导致出现无法驱动的现象。
现有的机器人悬挂轮或机器人悬挂结构一般是通过转轴、摆臂和弹性装置来实现悬挂的，两个摆臂一端通过转轴相连，另一端连接车轮，通过弹性装置使车轮受向地面的恢复力，从而克服地面不平。这种结构，由于摆臂倾斜，车轮和地面的接触点会随着地形的变化而前移或者后移，导致机器人在运动时不能精确的转向，尤其是原地旋转时，会发生偏移。
专利文献CN209700811U公开了一种机器人悬挂轮及机器人悬挂结构，包括车轮，车轮组件，包括车轮和垂直于所述车轮的转动平面连接所述车轮的连接轴；直线移动机构，包括导轨以及沿所述导轨移动的连接块；所述连接块具有固定孔，所述连接轴相对于所述连接块可转动限定在所述固定孔内，所述导轨与所述连接轴垂直设置；所述连接块还连接有弹簧减震装置，所述连接块沿所述导轨移动时所述弹簧减震装置具有恢复力。但该摆臂式悬挂结构的不足在于会导致轮式机器人的回转中心不停变化，给移动控制的稳定性造成不利影响；基于直线导轨的定位式悬挂会造成成本的大幅上升；调节弹力式的悬挂装置普遍存在空间尺寸不够紧凑或调节结构复杂的问题；无阻尼结构存在振动大的问题，液压或者气压阻尼结构又会引起成本的上升和结构的复杂化。
专利文献CN115972838A公开了一种车轮减震装置和移动机器人，包括：减震器、悬挂座和轮毂安装座；减震器的第一端与悬挂座的第一孔位铰接，减震器的第二端与轮毂安装座的第一孔位铰接，悬挂座的第二孔位与轮毂安装座的第二孔位铰接，悬挂座的第一孔位、悬挂座的第二孔位和轮毂安装座的第一孔位位于三角形的三个顶点；减震器能够沿减震器轴线方向伸缩，以改变减震器的第一端和减震器的第二端之间的距离；轮毂安装座设置有轮毂安装孔；减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线。无阻尼结构存在振动大的问题，液压或者气压阻尼结构又会引起成本的上升和结构的复杂化。
发明内容
本发明的目的是提供一种悬挂装置，该装置通过精简的竖直导向结构结合可变阻尼的调节组件，实现轮系悬挂弹力的快速连续调节，同时不会引起轮式机器人回转中心的变化。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于轮式机器人的悬挂装置，包括固定杆，布置在固定杆中段的阻尼调节机构以及套接在固定杆一端的驱动轮机构。
所述阻尼调节机构包括带有安装槽的固定座和竖直穿设在安装槽底部的导向柱，所述导向柱的穿出端与固定杆的周面固定连接，所述安装槽内围绕着所述导向柱设有受压形变的发泡硅胶，所述安装槽带有用于挤压发泡硅胶的压紧盖。
本发明采用导向柱与发泡硅胶相结合的结构实现阻尼调节，整体悬挂装置的结构得到简化，相比于传统的液压阻尼、气压阻尼，尺寸更加紧凑、成本将大幅降低。
具体的，所述安装槽与压紧盖采用螺纹铰接，从而可以通过螺纹旋转的方式来控制发泡硅胶受到的压力。
具体的，所述发泡硅胶形变后密度发生变化，与安装槽和导向柱的摩擦系数会发生变化，且与密度正相关。
具体的，所述安装槽槽口设有用于为压紧盖提供预紧力的螺旋片簧。
具体的，所述导向杆位于固定座与固定杆之间设有用于提供缓冲力的第一压簧。
具体的，所述限位槽设有多个，其多个限位槽对称布置在安装槽两侧。
具体的，所述固定座还设有限位槽和穿设在限位槽与导向柱平行布置的限位杆，所述限位杆的穿出端与固定杆的周面固定连接，从而减小到导向柱的侧向受力。
具体的，所述限位槽内设有用于提供缓冲力的第二压簧。
具体的，所述驱动轮机构包括车轮和固定在车轮转轴上的驱动电机，所述驱动电机的输出端与固定杆连接。
具体的，所述固定杆为折形结构，位于驱动机构一段的水平高度低于导向柱与固定杆连接端的水平高度，由于两端杆的中心存在高度差，可提高轮系的通过能力，减少因地面颗粒物尺寸较大造成的轮系无法通过的现象发生。
具体的，所述压紧盖的挤压最大距离与安装槽的二分之一槽深相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)可连续调节轮系的阻尼，实现悬挂弹力的调节。
(2)竖直导向结构，应用在轮式机器人时不会引起回转中心的变化。
(3)结构简单、材质普通，整体成本低。
附图说明
图1为本实施例提供的一种用于轮式机器人的悬挂装置的结构示意图；
图2为本实施例提供的固定座的结构示意图；
图3为本实施例提供的固定杆的结构示意图；
图中，1、低压直流伺服电机；2、橡胶轮；3、固定座；301、安装槽；302、限位槽；303、第一固定孔；4第一压簧；5、螺旋片簧；6、压紧盖；7、发泡硅胶；8、导向柱；9、盘头螺钉；10、第二压簧；11、限位杆；12、固定杆；1201、第二固定孔；1202、电机安装孔。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请使用的术语是仅仅出于描述特征实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多种形式，除非上下文清楚地表明其含义。应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种部位，但这些参数不应限于这些术语。这些术语仅使用来将同一类型的参数彼此分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一限位槽也是可以被称为第二限位槽，类似地，第二限位槽也可以称为第一限位槽。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
针对现有技术，就轮式机器人悬挂而言，存在悬挂弹力调节难的问题。本装置利用低廉的竖直导向结构，结合可变阻尼的调节组件，可以实现轮系悬挂弹力一定范围内的连续可调，且不会引起轮式机器人回转中心的改变；同时，由于阻尼结构仅通过螺柱与发泡硅胶实现，装置的结构得到简化，相比于传统的液压阻尼、气压阻尼，尺寸更加紧凑、成本降大幅降低。本发明目的是解决上述现有技术中的不足，提出一种可连续调节小型轮式机器人轮系悬挂弹力的装置。
如图1，图2和图3所示，一种用于轮式机器人的悬挂装置，包括固定杆12，布置在固定杆12中段的阻尼调节机构以及套接在固定杆一端的驱动轮机构；该阻尼调节机构包括带有安装槽301的固定座3和竖直穿设在安装槽301底部的导向柱8，该导向柱8的穿出端与固定杆12的周面固定连接，而安装槽301内围绕着导向柱8设有受压形变的发泡硅胶7，此外安装槽301带有用于挤压发泡硅胶7的压紧盖6。
更具体地，驱动轮机构包括橡胶轮2和固定在橡胶轮2转轴上的低压直流伺服电机1，而低压直流伺服电机1的输出端与固定杆12连接。
该低压直流伺服电机1与橡胶轮2、固定杆12一端共轴线安装，低压直流伺服电机1通过若干电机安装孔1202与电机安装杆12固连；所述固定座3利用两组共四件挡限位安装了两个直线轴承，分别安装在两侧限位槽302内，利用三个通过盘头螺钉9固连在电机安装杆12上的导向柱8和限位杆11与电机安装杆12另一端的第二固定孔1201固连实现平行安装，且可以上下滑动，滑动距离由安装在两侧限位杆11上的盘头螺钉9限制，在中间位置的导向柱8上共轴安装第一压簧4，同时两侧的限位杆11在第一共轴安装二压簧10，构成悬挂结构。
而固定座3通过第一固定孔303与机器人底部固连。
而发泡硅胶7、压紧盖6、螺旋片簧5依次安装在固定座3的安装槽301中，并与导向柱8共轴，旋入或旋出压紧盖6可以调节发泡硅胶7的体积，会改变发泡硅胶7与导向柱8之间配合紧密程度，从而改变摩擦系数及阻力大小，构成悬挂结构的阻尼调节机构。
所述发泡硅胶7为轻质发泡结构，受到压力后体积缩小、密度变大，安装于固定座3的安装槽301，并与中部的导向柱8同轴且接触；所述压紧盖6通过固定座3的安装槽301螺纹连接，其底部端面与发泡硅胶7接触；所述螺旋片簧5安装在压紧盖6与固定座3之间，且与压紧盖6同轴。当压紧盖6拧入时，发泡硅胶7的体积缩小，与中部的导向柱8的接触摩擦力变大，导向柱8上升或下降的阻尼变大，当压紧盖6拧出时，发泡硅胶7的体积回弹，与中部的导向柱8的接触摩擦力变小，导向柱8上升或下降的阻尼变小，实现悬挂结构的阻尼调节；压紧盖6拧入时，螺旋片簧5为其提供预紧力，防止压紧盖6发生松动导致阻尼调节不到位。
固定杆12为折形结构，位于驱动机构一段的水平高度低于导向柱8与固定杆12连接端的水平高度，由于两端杆的中心存在高度差，可提高了轮系的通过能力，减少因地面颗粒物尺寸较大造成的轮系无法通过的问题发生。
需要注意的是，所述一种轮式机器人悬挂装置在弹力调节过程中，压缩量不宜过大，否则所述发泡硅胶7的发泡结构将被破坏而无法回弹，丧失调节作用，因此本实例选用的压紧盖6最大挤压距离为安装槽301的二分之一槽深相等。
本实施例所提供的悬挂装置，其具体的工作过程如下：
发泡硅胶为轻质发泡结构，受压后体积缩小，与导向柱同轴且接触；所述压紧盖与固定座螺纹连接，其底部端面与发泡硅胶接触；当压紧盖拧入时，发泡硅胶的体积缩小，与中部的导向柱的接触摩擦力变大，导向柱上下滑动的阻尼变大，当压紧盖拧出时，发泡硅胶的体积回弹，与中部的导向柱的接触摩擦力变小，导向柱上升或下降的阻尼即变小，实现悬挂结构的阻尼调节；压紧盖拧入时，螺旋片簧可防止压紧盖发生松动。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，包括固定杆，布置在固定杆中段的阻尼调节机构以及套接在固定杆一端的驱动轮机构；所述阻尼调节机构包括带有安装槽的固定座和竖直穿设在安装槽底部的导向柱，所述导向柱的穿出端与固定杆的周面固定连接，所述安装槽内围绕着所述导向柱设有受压形变的发泡硅胶，所述安装槽带有用于挤压发泡硅胶的压紧盖。
2.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述安装槽与压紧盖采用螺纹铰接。
3.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述安装槽槽口设有用于为压紧盖提供预紧力的螺旋片簧。
4.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述导向杆位于固定座与固定杆之间设有用于提供缓冲力的第一压簧。
5.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述固定座还设有限位槽和穿设在限位槽与导向柱平行布置的限位杆，所述限位杆的穿出端与固定杆的周面固定连接。
6.根据权利要求5所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述限位槽内设有用于提供缓冲力的第二压簧。
7.根据权利要求5所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述限位槽设有多个，其多个限位槽对称布置在安装槽两侧。
8.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述驱动轮机构包括车轮和固定在车轮转轴上的驱动电机，所述驱动电机的输出端与固定杆连接。
9.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述固定杆为折形结构，位于驱动机构一段的水平高度低于导向柱与固定杆连接端的水平高度。
10.根据权利要求1所述的用于轮式机器人的悬挂装置，其特征在于，所述压紧盖的挤压最大距离与安装槽的二分之一槽深相等。
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| CN202310535084.8A CN116494710A (zh) | 2023-05-12 | 2023-05-12 | 一种用于轮式机器人的悬挂装置 |
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Cited By (1)
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2023
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Cited By (2)
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