CN1974301A - 活动铰链式底盘及应用该底盘的家庭智能移动平台 - Google Patents

Abstract

一种活动铰链式底盘及其应用，该底盘主要由前底盘(15)和后底盘(19)构成，其特征在于前底盘(15)和后底盘(19)相邻边的中心处有轴承系构成的活动铰链相连，并且前、后底盘之间留有活动间隙(20)。应用该活动铰链式底盘的家庭智能移动平台，其由活动铰链式底盘、控制器、传感装置、主体支撑架和电源部分构成；其中主体支撑架固定到所述的底盘上，控制器、传感装置和电源部分则分别固定到主体支撑架上；底盘上的直流伺服电机和传感装置都电连接到控制器上，并且控制器根据传感装置的信号来控制电机，从而驱动底盘移动。

Description

活动铰链式底盘及应用该底盘的家庭智能移动平台

技术领域

本发明涉及一种活动铰链式底盘及其应用，具体地，涉及一种可应用于家庭智能移动平台的活动铰链式底盘和采用这种底盘的家庭智能移动平台，尤其是能够作为家庭服务机器人的一种通用移动平台。

背景技术

目前，应用最广泛的移动平台仍然是轮式结构，也就是将一定数目的轮子装在一个底盘上，通过控制轮子的转速实现平台的移动。但是，普通的轮子只能朝一个方向滚动，当平台遇到障碍或受到空间限制，要作拐弯或侧向运动时，固定装在底盘上的驱动轮必然要与地面发生侧向滑动摩擦，这样平台就不能实现快捷灵活的移动，同时由于克服滑动摩擦力远比克服滚动摩擦力做的功多，还会产生不必要的能量损耗。

另外，为了使平台稳定性强，通常在底盘上装有四个轮子，但是由于受到平台体积和布局的影响，轮子一般都不设计减震装置，加上通常情况下平台工作的路面并不是理想的平面，这样四个轮子必然不能同时着地，作为智能移动平台，这样的结构都会对控制的精确性产生影响。

为了克服平台作侧向移动时轮子与地面之间的滑动摩擦，提高平台移动的灵活性，本实用新型提供了一种全方位轮，该轮通过结构的改进，适于在两个相互垂直的方向上移动，因此，能够将平台作侧向移动时轮子与地面的摩擦转化为滚动摩擦，从而减小摩擦力，使控制反应更快，移动更加灵活。

为了使平台在凸凹不平的路面(如室内等非理想平面)上移动时，四个轮子能够同时着地，本实用新型提供了一种全新的活动铰链式的底盘结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以全方位、轻便、迅速移动的底盘；

本发明的另一目的是提供一种可以在凹凸不平的路面(非理想平面)上，实现四个轮子同时着地的活动铰链式底盘；

本发明的另一目的是提供一种可以分别在两个垂直方向灵活移动的全方位轮及采用这种全方位轮的活动铰链式底盘；

本发明的另一目的是提供一种带有上述底盘的家庭智能移动平台。

上述目的是通过一下技术方案来实现的：

一种活动铰链式底盘，该底盘主要由前底盘15和后底盘19构成，其特征在于前底盘15和后底盘19相邻边的中心处有轴承系构成的活动铰链相连，并且前、后底盘之间留有活动间隙20；

其中所述的轴承系包括轴承座16、底盘轴18和轴承17，轴承座16通过轴承17可相对于底盘轴18转动；轴承座16固定在前底盘15上；底盘轴18的一端则固定在后底盘19上；

其中在底盘的四角上设置有四个驱动轮，每个驱动轮都是由单独的直流伺服电机通过行星减速器驱动；所述四个驱动轮的转轴依次分布在两个相互垂直的直线上；

其中所述的驱动轮为全方位轮，该全方位轮是通过在轮体的边缘等间隔设置多个侧向轮构成，每个侧向轮的旋转轴线都与全方位轮的轴线垂直。

一种应用活动铰链式底盘的家庭智能移动平台，该家庭智能移动平台包括活动铰链式底盘、控制器、传感装置、主体支撑架和电源部分构成；其中主体支撑架固定到所述的底盘上，控制器、传感装置和电源部分则分别固定到主体支撑架上；底盘上的直流伺服电机和传感装置都与控制器电连接，并且控制器根据传感装置的信号来控制电机，从而驱动底盘移动；

其中的电源部分为采用蓄电池的可充电电源，也可直接使用市电；

其中的电源部分固定在靠近底盘的下部，轻便的控制器则可置于底盘上主体支撑架的上部，以稳定平台；

其中所述的底盘在工作过程中通过活动铰链的转动，使得前底盘和后底盘相对运动，实现四个全方位轮的同时着地。

通过采用全方位轮实现了平台在全方位方向轻便、快捷、灵巧地运动；四个全方位轮分别由四个直流伺服电机单独驱动，不仅驱动力大，还可以通过控制器对电机的控制，以实现平台在任意时刻都可以朝各个方向移动，平台的工作环境不受空间和布局的影响。工作过程中通过活动铰链的转动，使前底盘与后底盘相对运动，实现四个全方位轮的同时着地

附图说明

图1是本发明的家庭智能移动平台的正视图；

图2是本发明所述底盘的仰视图；

图3(a)是本发明中全方位轮的正视图，图3(b)是全方位轮的径向剖面图；

图4是全方位轮边缘上的侧向轮的横截面示意图。

在附图中：1.控制器，2.主体支撑架，3.蓄电池，4.底盘，5.中间隔板，6.电源，7.全方位轮，8.侧向轮，9.螺钉，10.侧向轮轴，11.轮体，12.轮盖，13.619/3-2Z轴承，14.橡胶圈，15.前底盘，16.底盘轴承座，17.61902-2Z轴承，18.底盘轴，19.后底盘，20.间隙。

具体实施方式

下面将结合附图来详细描述本发明的优选实施方式：

本发明提出一种更适合移动平台使用的活动铰链式底盘。在该底盘上装设有四个驱动轮，即全方位轮，下面先介绍作为驱动轮的全方位轮，以便于更好地理解底盘的移动。

如图3中所示，所述的全方位轮7是通过在全方位轮7(大轮)的边缘上均布地装有一定数目的侧向轮8(小轮)，侧向轮8旋转轴线与大轮轴线垂直，使得大轮在侧向移动时，其边缘的小轮与地面始终保持滚动摩擦，从而实现轮子的多向运动。在图3中所示的作为移动平台驱动轮的全方位轮中，一定数量的侧向轮8按照相同间隔通过侧向轮轴10均布并置于轮体11的边缘，盖上轮盖12后，通过螺钉9将轮盖12和轮体11联接在一起，保证侧向轮8的轴线与全方位轮7的轴线相互垂直。侧向轮8的数量根据轮体11直径的大小可作相应调整，通常轮体11直径越大，需要的侧向轮8的数目就越多。

在图4中，侧向轮轴10、619/3-2Z轴承13及两个橡胶圈14共同组成侧向轮8。侧向轮8工作时，侧向轮轴10被全方位轮7的轮体11与轮盖12夹紧处于相对不动的状态，当全方位轮7要侧向移动时，侧向轮8外缘的两个橡胶圈14与地面摩擦，迫使轴承13内外圈相对转动，从而实现了全方位轮7的多向运动。

如图2中所示，将常见的整体刚性底盘分为两部分即前底盘15和后底盘19，并将两部分通过轴承系构成的铰链进行连接，并且在前底盘15和后底盘19之间留有一定的间隙，便于前底盘15和后底盘19的相对活动，使底盘具有一个与地面平行的旋转自由度，前底盘15、后底盘19通过底盘轴承座16、底盘轴18及61902-2Z轴承17联接在一起，通过底盘轴与底盘轴承座的相对转动实现了具有活动铰链的底盘结构设计。这样当平台移动经过的位置地面不平，有一个凸起(或凹陷)，而且刚好有一个轮子压过该凸起(或凹陷)时，由于底盘自身的重力，其余三个轮子必然会在重力的作用下通过底盘前后两部分绕铰链的旋转而实现同时着地。其中轴承系包括轴承座16、底盘轴18和轴承17，轴承座16通过轴承17可相对于底盘轴18转动；轴承座16固定在前底盘15上；底盘轴18的一端则固定在后底盘19上。

在图1中所示为本发明的家庭智能移动平台的正视图。其中四个全方位轮7按90°间隔均布于底盘4上，底盘4的四角上设置有四个驱动轮，每个驱动轮都是由单独的直流伺服电机通过行星减速器驱动；所述四个驱动轮的转轴分布在两个相互垂直的直线上(见图2)。包括蓄电池3与电源6的电源部分和传感装置直接固定到底盘4上的主体支撑架上，控制器1通过主体支撑架2及中间隔板5被安装于移动平台的上方。通常为了降低平台的重心，将质量较重的部件如电源部分等安装在靠下的位置，而将质量较轻的部件如控制器、传感装置等安装在靠上的位置。

这样，该底盘的效果是：①智能移动平台能够实现全方位移动，当平台移动遇到障碍或受到空间限制移动不便时，平台反应快速灵活，无需换向便可以朝任意方向移动；②保证平台在凸凹不平的路面上移动时，四个轮子能够同时着地，使控制更加精确。

上列的详细说明是针对本发明的一可行实施例具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施例或变更，例如，等变化的等效性实施例，均应包含于本案的专利范围内。

Claims (8)

1、一种活动铰链式底盘，该底盘主要由前底盘(15)和后底盘(19)构成，其特征在于：前底盘(15)和后底盘(19)相邻边的中心处有轴承系构成的活动铰链相连，并且前、后底盘之间留有活动间隙(20)。

2、根据权利要求1中所述的活动铰链式底盘，其中所述的轴承系包括轴承座(16)、底盘轴(18)和轴承(17)，轴承座(16)通过轴承(17)可相对于底盘轴(18)转动；轴承座(16)固定在前底盘(15)上；底盘轴(18)的一端则固定在后底盘(19)上。

3、根据权利要求1中所述的活动铰链式底盘，其中在底盘的四角上设置有四个驱动轮，每个驱动轮都是由单独的直流伺服电机通过行星减速器驱动；所述四个驱动轮的转轴依次分布在两个相互垂直的直线上。

4、根据权利要求3中所述的活动铰链式底盘，其中所述的驱动轮为全方位轮，该全方位轮是通过在轮体的边缘等间隔设置多个侧向轮构成，每个侧向轮的旋转轴线都与全方位轮的轴线垂直。

5、一种应用上述任一权利要求的活动铰链式底盘的家庭智能移动平台，该家庭智能移动平台包括活动铰链式底盘、控制器、传感装置、主体支撑架和电源部分构成；其中主体支撑架固定到所述的底盘上，控制器、传感装置和电源部分则分别固定到主体支撑架上；底盘上的直流伺服电机和传感装置都电连接到控制器上，并且控制器根据传感装置的信号来控制电机，从而驱动底盘移动。

6、根据权利要求5中所述的家庭智能移动平台，其中的电源部分为采用蓄电池的可充电电源，也可直接使用市电。

7、根据权利要求5中所述的家庭智能移动平台，其中的电源部分固定在靠近底盘的下部，轻便的控制器则可置于底盘上主体支撑架的上部以稳定平台。

8、根据权利要求5中所述的家庭智能移动平台，其中所述的底盘在工作过程中通过活动铰链的转动，使得前底盘和后底盘相对运动，实现四个全方位轮的同时着地。

Images