CN116649839B - 一种机器人底盘结构及扫地机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人底盘结构及扫地机器人，涉及机器人技术领域；底盘包括：壳体、盖板、控制装置、驱动模块、夹持模块、减震模块、测温模块、转向机构和超声波传感器，扫地机器人包括该底盘结构；通过驱动模块与机械臂的配合，使扫地机器人可以在楼梯上运动，从而实现扫地机器人攀爬楼梯并清理楼梯的功能；同时，当超声波传感器检测到障碍物时，驱动模块可控制底盘的升降，进而增加底盘的水平高度，避免撞击障碍物导致扫地机器人侧翻；此外，盖板可拆卸连接有拓展板以安装不同大小的扫地机器人，使底盘更具通用性，从而能应用于多种应用场景。

Description

一种机器人底盘结构及扫地机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体为一种机器人底盘结构及扫地机器人。

背景技术

扫地机器人，是代替人力用于打扫的机器，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作，一般采用刷扫的方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能；扫地机器的机身为无线机器，以圆盘型为主，使用充电电池运作，通过遥控器或者机器上的操作面板进行操作控制，一般能设定时间预约打扫和自行充电，前方有设置感应器可侦测障碍物，当碰到墙壁或其他障碍物时会自行转弯，因为其简单操作的功能及便利性现今已慢慢普及，成为上班族或是现代家庭的常用家电用品。

现有技术中，扫地机器人的底盘大小不一，应用于室内的扫地机器人的应用场景主要有较平的地面和楼梯，应用于较平地面的扫地机器人底盘较大，再结合楼梯的大小限制，应用于较平的地面的扫地机器人往往无法在楼梯处使用，导致楼梯的清理问题难以处理，并且多数扫地机器人尽管清洁能力较好但攀爬能力减弱，应用于楼梯的清理时难掩颓势；

同时，扫地机器人底盘的高度一般都是固定的，底盘过低在遇到障碍物时，容易发生底盘拖底的问题，影响扫地机器人的正常移动，底盘过高则稳定性减小，容易发生侧翻；此外，扫地机器人一般设有包括弹簧的减震模块，基本采取固定连接弹簧的方式，导致扫地机器人在使用过程中弹簧无法移动，且车轮用单一的弹簧减震，难以获得较好的减震效果。

发明内容

本发明针对上述技术不足，提供一种机器人底盘结构及扫地机器人，以解决上述背景技术中提出的攀爬楼梯难、越障能力弱、减震效果差和应用场景少的问题。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种机器人底盘结构，包括：壳体、盖板、控制装置、驱动模块、夹持模块、减震模块、测温模块、转向机构和超声波传感器；所述驱动模块包括车轮、轮毂电机和伸缩电机，所述伸缩电机设置于壳体的内侧，所述伸缩电机的输出端朝下并贯穿壳体，所述伸缩电机的输出端与第一伸缩杆的上端固定连接，所述第一伸缩杆的下端与第一连接板的上端固定连接，所述第一连接板与第一连接杆的一端铰接，所述车轮与第一连接杆的另一端铰接，所述第一连接杆的中部与第一弹簧的一端固定连接，所述第一弹簧的另一端与第一连接板的底端固定连接，所述第一连接杆和第一弹簧对称设置于车轮的两侧，所述车轮内设有轮毂电机，所述转向机构与第一连接板的一端固定连接，所述夹持模块包括机械臂和第一伺服电机。

进一步，所述壳体的左右两端设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机贯穿壳体，所述壳体外侧的第一伺服电机的底端设置有第一支撑板，所述第一支撑板的底端设置有加强筋，所述加强筋的另一端设置于壳体的外壁，所述加强筋与壳体的外壁成一定角度倾斜设置，所述第一伺服电机的输出端设置有机械臂的一端，所述机械臂的另一端设置有夹爪组件，所述夹爪组件的一端设置有滑动轮，所述滑动轮设置有若干个。

进一步，所述减震模块包括第一减震组件和第二减震组件，所述第一减震组件设置于壳体的外侧，所述第一减震组件包括第一弹簧、第一固定块、第一固定杆和第一固定板，所述第一固定板设置于壳体的外侧，所述第一弹簧的一端与第一固定板的一端固定连接，所述第一弹簧的另一端与第一固定块的顶端固定连接，所述第一固定块的一端与第一固定杆的一端固定连接，所述第一固定杆贯穿第一固定板和壳体，所述第一固定杆的另一端设置有感应组件，所述感应组件设置于第一支撑条的顶端，所述第一支撑条的底端设置有滑动块，所述滑动块设置于滑动槽内且沿滑动槽滑动，所述滑动槽设置于壳体内。

进一步，所述第二减震组件包括圆环和弹性组件，所述圆环内设置有环形槽，所述弹性组件包括第一弹簧、第一连接块、第二支撑条和球体，所述第一弹簧的一端与第一连接块的顶端固定连接，所述第一连接块的底端与第二支撑条的一端固定连接，所述第二支撑条的另一端连接有球体，所述第二支撑条的一端设置有与第二支撑条成一定角度的若干根第三支撑条，所述第一连接块的一端固定连接有第二连接杆的一端，所述第二连接杆的另一端相交于一点，所述第一弹簧的另一端对应设置有第一连接块、第二支撑条、第三支撑条和球体，所述弹性组件沿环形槽滑动。

进一步，所述测温模块包括温度传感器和发声装置，所述温度传感器设置于壳体的外侧，所述壳体的内侧对应温度传感器处设置有发声装置。

进一步，所述超声波传感器设置于壳体的外侧，所述超声波传感器设置有若干个。

进一步，所述控制装置分别与驱动模块、夹持模块、测温模块、转向机构、超声波传感器和感应组件电性连接。

进一步，所述盖板设置有若干第一配合孔，所述盖板与拓展板可拆卸连接，所述拓展板设置有若干第一配合块和第二配合孔。

进一步，一种扫地机器人，包括上述的任意一种机器人底盘结构。

本发明的有益效果为：

该扫地机器人在清理楼梯时通过驱动模块与机械臂的配合，使扫地机器人可以在楼梯上运动，从而实现了扫地机器人攀爬楼梯并清理楼梯的功能，有效解决攀爬楼梯难的问题。

当超声波传感器检测到障碍物时，驱动模块可控制底盘的升降，进而增加底盘的水平高度，避免撞击障碍物导致扫地机器人侧翻；进一步，当扫地机器人悬空时，驱动模块的第一伸缩杆伸长使车轮与地面接触，从而使扫地机器人脱离悬空状态，有效解决越障能力弱的难题。

同时，减震模块抑制了底盘的震动，提高扫地机器人的运行稳定性，避免震动幅度过大导致扫地机器人损坏。

此外，盖板可拆卸连接有拓展板以安装不同大小的扫地机器人，使底盘更具通用性，从而能应用于多种应用场景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的内部结构示意图。

图3为本发明的另一角度的内部结构示意图。

图4为本发明的前视图。

图5为本发明的第一减震组件的结构示意图。

图6为本发明的第二减震组件的结构示意图。

图7为本发明的盖板和拓展板的结构示意图。

图中，1、壳体；2、盖板；3、控制装置；4、驱动模块；5、夹持模块；6、减震模块；7、测温模块；8、转向机构；9、超声波传感器；10、车轮；11、轮毂电机；12、伸缩电机；13、第一伸缩杆；14、第一连接板；15、第一连接杆；16、第一弹簧；17、机械臂；18、第一伺服电机；19、第一支撑板；20、加强筋；21、夹爪组件；22、滑动轮；23、第一减震组件；24、第二减震组件；25、第一固定块；26、第一固定杆；27、第一固定板；28、感应组件；29、第一支撑条；30、滑动块；31、滑动槽；32、圆环；33、弹性组件；34、环形槽；35、第一连接块；36、第二支撑条；37、球体；38、第三支撑条；39、第二连接杆；40、温度传感器；41、发声装置；42、第一配合孔；43、第一配合块；44、第二配合孔；45、拓展板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1所示的一种机器人底盘结构，包括：壳体1、盖板2、控制装置3、驱动模块4、夹持模块5、减震模块6、测温模块7、转向机构8和超声波传感器9；所述驱动模块4包括车轮10、轮毂电机11和伸缩电机12，所述伸缩电机12设置于壳体1的内侧，所述伸缩电机12的输出端朝下并贯穿壳体1，所述伸缩电机12的输出端与第一伸缩杆13的上端固定连接，所述第一伸缩杆13的下端与第一连接板14的上端固定连接，所述第一连接板14与第一连接杆15的一端铰接，所述车轮10与第一连接杆15的另一端铰接，所述第一连接杆15的中部与第一弹簧16的一端固定连接，所述第一弹簧16的另一端与第一连接板14的底端固定连接，所述第一连接杆15和第一弹簧16对称设置于车轮10的两侧，所述车轮10内设有轮毂电机11，所述转向机构8与第一连接板14的一端固定连接，所述夹持模块5包括机械臂17和第一伺服电机18。

其中，该扫地机器人在清理楼梯时通过驱动模块4与机械臂17的配合，使扫地机器人可以在楼梯上运动，从而实现了扫地机器人攀爬楼梯并清理楼梯的功能，有效解决攀爬楼梯难的问题；当超声波传感器9检测到障碍物时，驱动模块4可控制底盘的升降，进而增加底盘的水平高度，避免撞击障碍物导致扫地机器人侧翻；进一步，当扫地机器人悬空时，驱动模块4的第一伸缩杆13伸长使车轮10与地面接触，从而使扫地机器人脱离悬空状态，有效解决越障能力弱的难题；同时，优选的车轮10数量为四个且采用内置有轮毂电机11的车轮10，故每一个车轮10都是驱动轮，其具有响应速度快以及结构简单的优点；此外，车轮10的轴向对称设置有具有减震缓冲作用的第一弹簧16，有效减小扫地机器人运行过程中产生的震动，提高扫地机器人的运行稳定性。

在可选的实施方式中，如图1、图2、图3和图4结合所示，所述壳体1的左右两端设置有第一伺服电机18，所述第一伺服电机18贯穿壳体，所述壳体1外侧的第一伺服电机18的底端设置有第一支撑板19，所述第一支撑板19的底端设置有加强筋20，所述加强筋20的另一端设置于壳体1的外壁，所述加强筋20与壳体1的外壁成一定角度倾斜设置，所述第一伺服电机18的输出端设置有机械臂17的一端，所述机械臂17的另一端设置有夹爪组件21，所述夹爪组件21的一端设置有滑动轮22，所述滑动轮22设置有若干个。

其中，在扫地机器人清理楼梯时可通过机械臂17辅助扫地机器人进行攀爬，具体为扫地机器人运行至楼梯前，超声波传感器9对下级楼梯的高度进行检测并反馈至控制装置3，控制装置3通过控制所有驱动模块4的伸缩电机12，进而控制第一伸缩杆13伸长，使底盘和下级楼梯处于同一水平高度；而后控制装置3通过第一伺服电机18，进而控制机械臂17伸长，从而使夹爪组件21夹住下级楼梯形成一支撑点；随后控制装置3通过控制两个前轮的驱动模块4的伸缩电机12，进而控制第一伸缩杆13缩短，使底盘的前轮悬空，后轮通过轮毂电机11的驱动继续前进至前轮到达下一级楼梯的水平表面，后轮前进的同时机械臂17收缩；前轮到达下一级楼梯的水平表面后，第一伺服电机18控制机械臂17垂直于楼梯的水平表面，且使夹爪组件21上的滑动轮22与下一级楼梯的水平表面处于同一水平高度，后轮通过轮毂电机11的驱动继续前进至滑动轮22到达下一级楼梯的水平表面；滑动轮22到达下一级楼梯的水平表面后，控制装置3通过控制两个后轮的驱动模块4的伸缩电机12，进而控制第一伸缩杆13缩短，使底盘的后轮与下一级楼梯的水平表面处于同一水平高度，前轮通过轮毂电机11的驱动继续前进至后轮到达下一级楼梯的水平表面；至此，通过控制装置3控制的驱动模块4和夹持模块5的配合，使扫地机器人可以在楼梯上运动，重复此步骤即可不断攀爬楼梯，从而使扫地机器人具备攀爬楼梯的功能。

此外，机械臂17设置的数量为两条且对称设置在壳体1的两侧，机械臂17的对称设置使扫地机器人在楼梯上攀爬时受力均衡不易侧翻；在扫地机器人仅在室内较平的地面清理时，机械臂17不参与地面清理，机械臂17处于收缩状态置于壳体1的两侧，避免在清理过程中产生不必要的干扰。

在可选的实施方式中，如图2和图5结合所示，所述减震模块6包括第一减震组件23和第二减震组件24，所述第一减震组件23设置于壳体1的外侧，所述第一减震组件23包括第一弹簧16、第一固定块25、第一固定杆26和第一固定板27，所述第一固定板27设置于壳体1的外侧，所述第一弹簧16的一端与第一固定板27的一端固定连接，所述第一弹簧16的另一端与第一固定块25的顶端固定连接，所述第一固定块25的一端与第一固定杆26的一端固定连接，所述第一固定杆26贯穿第一固定板27和壳体1，所述第一固定杆26的另一端设置有感应组件28，所述感应组件28设置于第一支撑条29的顶端，所述第一支撑条29的底端设置有滑动块30，所述滑动块30设置于滑动槽31内且沿滑动槽31滑动，所述滑动槽31设置于壳体1内。

其中，所述第一减震组件23设置于壳体1前端的外侧，当机器人不慎撞击到障碍物时，第一固定块25首先与障碍物相抵，进而将受到的冲击力施加给关于第一固定杆26对称设置的第一弹簧16，第一弹簧16对称设置，其作用在于将受到的冲击力分解为水平分力以及竖直分力，其中竖直分力的大小相同且方向相反，故而相互抵消，从而使扫地机器人仅受到水平分力的作用；同时，水平分力小于受到的冲击力，从而减弱障碍物对扫地机器人的冲击，保证扫地机器人平稳运行。

此外，第一固定杆26的一端设置有感应组件28，当扫地机器人撞击障碍物后，第一固定块25固定连接的第一固定杆26受到冲击力而移动，感应组件28于滑动槽31中随第一固定杆26同向移动并反馈给控制装置3，控制装置3再通过控制驱动模块4反向移动，从而使扫地机器人与撞击的障碍物分离。

在可选的实施方式中，如图3和图6结合所示，所述第二减震组件24包括圆环32和弹性组件33，所述圆环32内设置有环形槽34，所述弹性组件33包括第一弹簧16、第一连接块35、第二支撑条36和球体37，所述第一弹簧16的一端与第一连接块35的顶端固定连接，所述第一连接块35的底端与第二支撑条36的一端固定连接，所述第二支撑条36的另一端连接有球体37，所述第二支撑条36的一端设置有与第二支撑条36成一定角度的若干根第三支撑条38，所述第一连接块35的一端固定连接有第二连接杆39的一端，所述第二连接杆39的另一端相交于一点，所述第一弹簧16的另一端对应设置有第一连接块35、第二支撑条36、第三支撑条38和球体37，所述弹性组件33沿环形槽34滑动。

其中，第二减震组件24对称设置有两个圆环32，弹性组件33的两端分别设置有球体37，弹性组件33的两端的球体37分别与圆环32内的环形槽34滑动连接，球体37与环形槽34的接触面积较小，在滑动时产生的摩擦力也较小，因此能沿环形槽34更好的滑动；扫地机器人清理过程中一般将收集到的垃圾及液体储存于储存室中，在上坡时储存室中的垃圾及液体受到重力作用处于储存室中水平高度较低的位置，第二减震组件24安装于储存室的底端，在扫地机器人上坡过程中弹性组件33受到重力作用可滑动至环形槽34水平高度较低的部分，用于减震的第一弹簧16可根据实际运行的需要，滑动至对应的震动相对剧烈的地方针对性的减小震动，保证扫地机器人上坡时能相对平稳的运行。

此外，扫地机器人在相对较平的地面运动时，由于第二连接杆39的存在，将各弹性组件33按一定转动角度均匀地固定连接，使弹性组件33在相对较平的地面运动时能均匀地分布，从而在平地也能获得较好的减震效果。

在可选的实施方式中，如图2和图3结合所示，所述测温模块7包括温度传感器40和发声装置41，所述温度传感器40设置于壳体1的外侧，所述壳体1的内侧对应温度传感器40处设置有发声装置41。

其中，温度传感器40用于探测扫地机器人周围物体的温度，当温度传感器40探测到物体的温度处于预先设定的温度范围时反馈给控制装置3，控制装置3通过控制发声装置41进行发声；同时，扫地机器人的体积较小，在楼梯上工作时不容易引起注意，导致扫地机器人易被踩踏进而损坏，为避免机器人因踩踏而损坏，可将预先设定的温度范围设定为人体的正常体温范围，当人靠近扫地机器人，温度传感器40探测到人体温度处于预先设定的温度范围，此时反馈给控制装置3，控制装置3通过控制发声装置41进行发声预警，从而避免机器人因踩踏而损坏。

在可选的实施方式中，如图1和图3结合所示，所述超声波传感器9设置于壳体1的外侧，所述超声波传感器9设置有若干个。

其中，超声波传感器9用于探测扫地机器人周围的障碍物并反馈给控制装置3，再由控制装置3控制驱动模块4、夹持模块5和转向机构8，进而控制扫地机器人进行相应移动。

在可选的实施方式中，如图2所示，所述控制装置3分别与驱动模块4、夹持模块5、测温模块7、转向机构8、超声波传感器9和感应组件28电性连接。

其中，通过控制装置3对各个模块进行控制，使机器人的各模块能及时和准确的做出反馈，从而保证扫地机器人的正常运行。

在可选的实施方式中，如图7所示，所述盖板2设置有若干第一配合孔42，所述盖板2与拓展板45可拆卸连接，所述拓展板45设置有若干第一配合块43和第二配合孔44。

其中，基于扫地机器人在室内的应用场景和清理面积的不同，需有选择的安装不同的扫地机器人，当需要清理楼梯时，考虑到每一级楼梯的宽度较小，难以容纳底盘较大的扫地机器人，且楼梯的清理面积相对于室内其他地方的面积较小，需要清理的垃圾及液体也较少，故采用直接于盖板2的第一配合孔42中安装小型扫地机器人的方式，避免扫地机器人因底盘过大而难以在楼梯上正常工作；当需要清理室内的其他相对较平的地面时，室内其他较平地面的清理面积相对于楼梯的面积较大，需要清理的垃圾及液体也较多，故采用安装拓展板45进而安装大型扫地机器人的方式，具体为将拓展板45的第一配合块43与盖板2的第一配合孔42配合，再于拓展板45的第二配合孔44中安装大型扫地机器人，拓展板45相对于盖板2具有更大的安装面积，从而使底盘中用以安装扫地机器人的面积增大，为安装大型机器人提供必备的条件。

在可选的实施方式中，如图1至图7结合所示，一种扫地机器人，包括上述的机器人底盘结构。

其中，扫地机器人包括机器人底盘结构，其具有底盘所具有的任一功能，故在此不再赘述。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种机器人底盘结构，其特征在于，包括：壳体（1）、盖板（2）、控制装置（3）、驱动模块（4）、夹持模块（5）、减震模块（6）、测温模块（7）、转向机构（8）和超声波传感器（9）；所述驱动模块（4）包括车轮（10）、轮毂电机（11）和伸缩电机（12），所述伸缩电机（12）设置于壳体（1）的内侧，所述伸缩电机（12）的输出端朝下并贯穿壳体（1），所述伸缩电机（12）的输出端与第一伸缩杆（13）的上端固定连接，所述第一伸缩杆（13）的下端与第一连接板（14）的上端固定连接，所述第一连接板（14）与第一连接杆（15）的一端铰接，所述车轮（10）与第一连接杆（15）的另一端铰接，所述第一连接杆（15）的中部与第一弹簧（16）的一端固定连接，所述第一弹簧（16）的另一端与第一连接板（14）的底端固定连接，所述第一连接杆（15）和第一弹簧（16）对称设置于车轮（10）的两侧，所述车轮（10）内设有轮毂电机（11），所述转向机构（8）与第一连接板（14）的一端固定连接，所述夹持模块（5）包括机械臂（17）和第一伺服电机（18），所述减震模块（6）包括第一减震组件（23）和第二减震组件（24），所述第一减震组件（23）设置于壳体（1）的外侧，所述第一减震组件（23）包括第一弹簧（16）、第一固定块（25）、第一固定杆（26）和第一固定板（27），所述第一固定板（27）设置于壳体（1）的外侧，所述第一弹簧（16）的一端与第一固定板（27）的一端固定连接，所述第一弹簧（16）的另一端与第一固定块（25）的顶端固定连接，所述第一固定块（25）的一端与第一固定杆（26）的一端固定连接，所述第一固定杆（26）贯穿第一固定板（27）和壳体（1），所述第一固定杆（26）的另一端设置有感应组件（28），所述感应组件（28）设置于第一支撑条（29）的顶端，所述第一支撑条（29）的底端设置有滑动块（30），所述滑动块（30）设置于滑动槽（31）内且沿滑动槽（31）滑动，所述滑动槽（31）设置于壳体（1）内，所述第二减震组件（24）包括圆环（32）和弹性组件（33），所述圆环（32）内设置有环形槽（34），所述弹性组件（33）包括第一弹簧（16）、第一连接块（35）、第二支撑条（36）和球体（37），所述第一弹簧（16）的一端与第一连接块（35）的顶端固定连接，所述第一连接块（35）的底端与第二支撑条（36）的一端固定连接，所述第二支撑条（36）的另一端连接有球体（37），所述第二支撑条（36）的一端设置有与第二支撑条（36）成一定角度的若干根第三支撑条（38），所述第一连接块（35）的一端固定连接有第二连接杆（39）的一端，所述第二连接杆（39）的另一端相交于一点，所述第一弹簧（16）的另一端对应设置有第一连接块（35）、第二支撑条（36）、第三支撑条（38）和球体（37），所述弹性组件（33）沿环形槽（34）滑动。

2.根据权利要求1所述的一种机器人底盘结构，其特征在于，所述壳体（1）的左右两端设置有第一伺服电机（18），所述第一伺服电机（18）贯穿壳体，所述壳体（1）外侧的第一伺服电机（18）的底端设置有第一支撑板（19），所述第一支撑板（19）的底端设置有加强筋（20），所述加强筋（20）的另一端设置于壳体（1）的外壁，所述加强筋（20）与壳体（1）的外壁成一定角度倾斜设置，所述第一伺服电机（18）的输出端设置有机械臂（17）的一端，所述机械臂（17）的另一端设置有夹爪组件（21），所述夹爪组件（21）的一端设置有滑动轮（22），所述滑动轮（22）设置有若干个。

3.根据权利要求1所述的一种机器人底盘结构，其特征在于，所述测温模块（7）包括温度传感器（40）和发声装置（41），所述温度传感器（40）设置于壳体（1）的外侧，所述壳体（1）的内侧对应温度传感器（40）处设置有发声装置（41）。

4.根据权利要求1所述的一种机器人底盘结构，其特征在于，所述超声波传感器（9）设置于壳体（1）的外侧，所述超声波传感器（9）设置有若干个。

5.根据权利要求1所述的一种机器人底盘结构，其特征在于，所述控制装置（3）分别与驱动模块（4）、夹持模块（5）、测温模块（7）、转向机构（8）、超声波传感器（9）和感应组件（28）电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种机器人底盘结构，其特征在于，所述盖板（2）设置有若干第一配合孔（42），所述盖板（2）与拓展板（45）可拆卸连接，所述拓展板（45）设置有若干第一配合块（43）和第二配合孔（44）。

7.一种扫地机器人，其特征在于，包括权利要求1至权利要求6中任一项所述的一种机器人底盘结构。