CN205059789U - 一种全向行进机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种全向行进机器人，包括移动装置，移动装置的下端设置有四个驱动轮，四个驱动轮分为前后两组，每组具有两个驱动轮，位于前端的两个驱动轮之间的夹角为120°，位于后端的两个驱动轮之间的夹角为90°；每个驱动轮包括拼接在一起的两个大轮子，且两个大轮子相互平行；每个大轮子的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮子，大轮子结合小轮子使得所述移动装置在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动。该机器人增加了正面的宽度，适合应用在正面需要较宽宽度的场合，并且可以实现机身在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动，转向时也很灵活，且原地转向无转向半径限制，可以使机器人的运动更加灵敏。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种全向行进机器人。
背景技术
现有技术中的机器人一般采用两个主动轮、三个主动轮作为移动装置。而对于机器人的运动，要求具备三个参数，坐标和方向角，即(X,Y,θ)，而两轮机器人只有两个主动轮.因此是不完整约束，所以两轮机器人运动轨迹是由圆弧和圆弧的切线组成的，这样对于运动过程中的准确定位很不方便。
采用三个主动轮时，对于三个参数，坐标和方向角，(X,Y,θ)是完整约束，从一点到另外一点可以直线运动.并且能够在行进中转向.轨迹可以归结为折线。三轮机器人的运动性能较之两轮有了很大的提高，但是由于电机控制有加速过程.当给定机器人的横向和纵向速度时，分配给三个轮子的速度可能有较大的差，这样加速时间就会有不同.因此机器人在启动时就偏离了预定的方向。这个偏差固然可以用视觉来纠正。而从设计角度可以通过增加一个主动轮来降低这种误差，也就是四轮机器人。
四轮机器人跟三轮相比，在各方向的驱动力和加速度的分布上有明显优势，即四轮结构在驱动合力最大值和驱动力分布空间大小上都要优于三轮结构。但是现有的四轮机器人采用轮子呈90°对称分布的标准四轮结构，所以机器人正面和后面的宽度相等，使得机器人不适合应用在正面需要较宽宽度的场合。
并且现有的机器人轮子不能实现机身在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动，转向时也很不灵活，且原地转向时存在转向半径限制，使机器人的运动非常不灵敏。
基于以上描述，亟需一种全向行进机器人，以解决现有技术存在的机器人轮子不能实现机身在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动，转向时也很不灵活，且原地转向时存在转向半径限制，使机器人的运动非常不灵敏的问题。
实用新型内容
针对现有技术存在的缺陷，本实用新型目的之一在于提供一种全向行进机器人，该机器人增加了正面的宽度，适合应用在正面需要较宽宽度的场合，并且可以实现机身在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动，转向时也很灵活，且原地转向无转向半径限制，可以使机器人的运动更加灵敏。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种全向行进机器人，包括移动装置，所述移动装置的下端设置有四个驱动轮，四个所述驱动轮分为前后两组，每组具有两个驱动轮，位于前端的两个所述驱动轮之间的夹角为120°，位于后端的两个所述驱动轮之间的夹角为90°；
每个驱动轮包括拼接在一起的两个大轮子，且两个大轮子相互平行；每个大轮子的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮子，所述大轮子结合小轮子使得所述移动装置在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动；
每个驱动轮的中央位置设置有与外界传动装置相连接的安装孔径。
作为优选，每个所述大轮子的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮轴安装槽，每个所述小轮子安装在对应的小轮轴安装槽内；每个所述大轮子上还设置有螺丝孔，两个所述大轮子之间通过依次穿过两个螺丝孔的螺钉紧固连接。
作为优选，每个大轮子的边缘安装有20至28个小轮子，且小轮子的边缘突出大轮子的边缘2mm。
作为优选，位于每个大轮子上的所有小轮子均匀分布；
所述大轮子和所述小轮子均采用铝制材料。
作为优选，在每个所述大轮子的圆盘上对称的设置了多个通孔。
作为优选，对应每个驱动轮设置有一个驱动电机，每个驱动电机自带减速箱和光电编码器，所述驱动电机的电机轴通过传动装置与驱动轮连接，所述传动装置包括连轴和联轴器，所述连轴的后端固定在驱动轮上，所述联轴器的前端和电机轴相连，后端和连轴的前端相连，所述连轴的轴杆外部套设有轴承。
作为优选，所述连轴的底端设置有底座，所述底座上设置有若干个底座连接孔，所述驱动轮上设置有与底座连接孔对应的驱动轮连接孔，所述连轴通过依次穿过底座连接孔和驱动轮连接孔的紧固装置固定在所述驱动轮上。
作为优选，所述联轴器的中间部位设置有减震装置。
作为优选，所述全向行进机器人还包括承重部件、支撑部件和固定部件；
所述承重部件安装在移动装置外侧，用来固定驱动轮和承受重量；
所述支撑部件和固定部件安装在移动装置内侧，用来将驱动电机固定在移动装置上；
所述支撑部件和固定部件均采用半圆形结构，且通过紧固装置固定在一起，位于所述固定部件内侧的小圆槽用来固定电机。
作为优选，所述电机采用型号为RE36型功率70W的空芯杯转子直流电机。
本实用新型提供的全向行进机器人具有以下优点：
(1)由于本申请提供的机器人的移动装置的下端设置有四个驱动轮，四个所述驱动轮分为前后两组，每组具有两个驱动轮，位于前端的两个所述驱动轮之间的夹角为120°，位于后端的两个所述驱动轮之间的夹角为90°，与四个驱动轮之间的夹角均为90°对称分布的方案相比，该方案增加了正面的宽度，可以适用于更多的场合。
(2)由于驱动轮采用了全向轮结构，即在大轮边缘套小轮组成的复合轮子结构，具体的，每个驱动轮包括拼接在一起的两个大轮子，且两个大轮子相互平行，每个大轮子的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮子，所述大轮子结合小轮子使得所述移动装置在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动，转向时也很灵活，且原地转向无转向半径限制，可以使机器人的运动更加灵敏。
附图说明
图1为本实用新型提供的机器人四轮结构布局示意图；
图2为本实用新型提供的驱动轮的主视图；
图3为本实用新型提供的驱动轮的优选方案的主视图；
图4为本实用新型提供的连轴的主视图；
图5为本实用新型提供的连轴的侧视图。
其中，
1-移动装置；2-驱动轮；3-连轴；
21-大轮子；
211-螺丝孔；212-小轮轴安装槽；213-通孔；214-安装孔径；
31-底座；
311-底座连接孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明：
本申请提供的全向行进机器人包括移动装置1，如图1所示，所述移动装置1的下端设置有四个驱动轮2，四个所述驱动轮2分为前后两组，每组具有两个驱动轮2。考虑到轮式机器人较多的被用于机器人足球比赛，所以需要增加正面的宽度装设弹射装置，因此本方案并没有采用轮子呈90°对称分布的标准四轮结构，而是将前端的两个驱动轮2之间的夹角呈120°分布，位于后端的两个所述驱动轮2之间的夹角呈90°分布，将前端的两个驱动轮2都后移了15°的布局方式。这种结构与标准的四轮结构在各方向上的最大加速度和最大速度很接近。但是该方案增加了正面的宽度，可以适用于更多的场合。本方案采用了四个驱动轮的结构，不但给予了机器人更大的驱动力，而且可以使机器人灵活的实现全向行进。
每个驱动轮2包括拼接在一起的两个大轮子21，且两个大轮子21相互平行。每个大轮子21的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮子，大轮子21边缘套小轮子组成的复合轮子结构，这种结构的全向轮与一般的轮式机器人采用的轮子相比，可沿周向和轴向两个方向行驶，因此可以使得所述移动装置1在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动，且转向时也很灵活，且原地转向无转向半径限制，可以使机器人的运动更加灵敏。
在机器人运动过程中，位于大轮子21上的各个小轮子一般均处于纯滚动状态，不易磨损，小轮子的轴的受力情况也较好，对各个小轮子的转向和转速控制得当，即可实现精确定位和轨迹跟踪。
每个驱动轮2的中央位置设置有安装孔径214，驱动轮2通过安装孔径214与外界的传动装置相连接。
如图2至图3所示，每个所述大轮子21的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮轴安装槽212，每个所述小轮子安装在对应的小轮轴安装槽212内。小轮轴安装槽212的直径优选为7mm。每个所述大轮子21上还设置有螺丝孔211，两个所述大轮子21之间通过依次穿过两个螺丝孔211的螺钉紧固连接。
于本实施例中，作为优选方案，每个大轮子21的边缘安装有20至28个小轮子。
进一步优选的，小轮子的数目约多.半径越小.则变化值越小，机器人运动的时候平稳性就越好。所以本申请选择了大轮子21的一周装有24个小轮子。大轮子21的半径为100nm，中间圆盘的半径为70mm，大轮子21的圆心离小轮子轴线的距离为92.5mm，两者的轴线互相垂直.小轮子为内径为7mm，外径为19mm的圆，安装好小轮子后，小轮子边缘突出大轮子21边缘2mm。
于本实施例中，作为优选方案，位于每个大轮子21上的所有小轮子均匀分布。为了减轻驱动轮2的重量，所述大轮子21和所述小轮子均采用质量较小的铝制材料。
于本实施例中，作为优选方案，为了进一步减小大轮子21的质量，在每个所述大轮子21的圆盘上对称的设置了多个通孔213，这样大大减轻了大轮子21本身的重量，又做到了使大轮子21的尺寸尽可能大。
于本实施例中，作为进一步的优选方案，在每个所述大轮子21的圆盘上对称的设置了4个通孔213，但并不局限于4个。
于本实施例中，对应每个驱动轮2设置有一个驱动电机，每个驱动电机自带减速箱和光电编码器，所述驱动电机的电机轴通过传动装置与驱动轮2连接，所述传动装置包括连轴3和联轴器，所述连轴3的后端固定在驱动轮2上，所述联轴器是电机传动的重要部件，它的前端和电机轴相连，后端和连轴3的前端相连，所述连轴3的轴杆外部套设有轴承，可以实现驱动电机带动驱动轮2的灵活运转。
由于驱动电机自带减速箱和光电编码器，所以在连接上很方便，只要设计一个传动装置将驱动轮2和电机轴连接起来即可。
于本实施例中，如图4至图5所示，所述连轴3的底端设置有底座31，所述底座31上设置有若干个底座连接孔311，进一步优选的，所述底座31上设置有4个底座连接孔311。所述驱动轮2上设置有与底座连接孔311对应的驱动轮连接孔。进一步优选的，所述驱动轮2上也设置有4个驱动轮连接孔。4个底座连接孔311分别与中间圆盘上设置的四个驱动轮连接孔同心同径。所述连轴3通过依次穿过底座连接孔311和驱动轮连接孔的紧固装置固定在所述驱动轮2上。
于本实施例中，所述联轴器的中间部位设置有减震装置。所述减震装置选用红色的橡胶部件，可以实现减震功能。
联轴器对于机械强度和抗震性能都要求较高，本方案采用了一个辨径为20mm的橡胶吸震联轴器，其两端内径分别为10mm和6mm。
于本实施例中，所述全向行进机器人还包括承重部件、支撑部件和固定部件。
所述承重部件安装在移动装置外侧，用来固定驱动轮和承受重量。
所述支撑部件和固定部件安装在移动装置内侧，用来将驱动电机固定在移动装置上。具体的，支撑部件采用了半圆形的设计，紧贴着机器人内侧安装。用来和固定部件一起，起到驱动电机的承重与固定作用。
所述固定部分的作用是和支撑部件一起将驱动电机固定在机器人上，也采用了半圆形结构，内侧的小圆槽用来固定驱动电机，外侧孔径与支撑部件一致，可以用螺丝固定在一起。
于本实施例中，所述承重部件、支撑部件和固定部件留有共通的孔径，可以用螺丝一起固定在机器人上。
直流电机结构较步进电机复杂，但调速性能优良，调速方便，平滑范围广，改变励磁方式，可以获得不同的运行特性。所以本方案选用直流电机。
具体电机型号的选择主要是根据电机转矩、功率损耗、功率损耗、转速和外形尺寸的要求，经过实验比较，本方案采用瑞士的MaXon公司生产的型号为RE36型功率70W的空芯杯转子直流电机，该型号电机采用高磁能积的稀土钕铁硼磁钢、专利的空芯杯转子、石墨电刷、CLL(电容熄弧长寿命)技术、具有体积小、效率高、惯量小、寿命长的优势，并具有无齿槽效应、加速性能高、电磁干扰小、线性的电压/速度曲线、线性的负载/速度曲线、线性的负载/电流曲线、转矩波动小、可短时过载、结构紧凑的技术特点。而且也带有减速箱和光电编码器，简化了外部电路，节省了机器人内部的空间。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种全向行进机器人，包括移动装置，其特征在于，
所述移动装置的下端设置有四个驱动轮，四个所述驱动轮分为前后两组，每组具有两个驱动轮，位于前端的两个所述驱动轮之间的夹角为120°，位于后端的两个所述驱动轮之间的夹角为90°；
每个驱动轮包括拼接在一起的两个大轮子，且两个大轮子相互平行；每个大轮子的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮子，所述大轮子结合小轮子使得所述移动装置在不转向的情况下进行各个方向的直线或曲线运动；
每个驱动轮的中央位置设置有与外界传动装置相连接的安装孔径。
2.根据权利要求1所述的全向行进机器人，其特征在于，每个所述大轮子的外壁边缘安装有一圈间隔设置的小轮轴安装槽，每个所述小轮子安装在对应的小轮轴安装槽内；每个所述大轮子上还设置有螺丝孔，两个所述大轮子之间通过依次穿过两个螺丝孔的螺钉紧固连接。
3.根据权利要求1所述的全向行进机器人，其特征在于，每个大轮子的边缘安装有20至28个小轮子，且小轮子的边缘突出大轮子的边缘2mm。
4.根据权利要求1所述的全向行进机器人，其特征在于，
位于每个大轮子上的所有小轮子均匀分布；
所述大轮子和所述小轮子均采用铝制材料。
5.根据权利要求1所述的全向行进机器人，其特征在于，在每个所述大轮子的圆盘上对称的设置了多个通孔。
6.根据权利要求1所述的全向行进机器人，其特征在于，对应每个驱动轮设置有一个驱动电机，每个驱动电机自带减速箱和光电编码器，所述驱动电机的电机轴通过传动装置与驱动轮连接，所述传动装置包括连轴和联轴器，所述连轴的后端固定在驱动轮上，所述联轴器的前端和电机轴相连，后端和连轴的前端相连，所述连轴的轴杆外部套设有轴承。
7.根据权利要求6所述的全向行进机器人，其特征在于，所述连轴的底端设置有底座，所述底座上设置有若干个底座连接孔，所述驱动轮上设置有与底座连接孔对应的驱动轮连接孔，所述连轴通过依次穿过底座连接孔和驱动轮连接孔的紧固装置固定在所述驱动轮上。
8.根据权利要求6所述的全向行进机器人，其特征在于，所述联轴器的中间部位设置有减震装置。
9.根据权利要求6所述的全向行进机器人，其特征在于，还包括承重部件、支撑部件和固定部件；
所述承重部件安装在移动装置外侧，用来固定驱动轮和承受重量；
所述支撑部件和固定部件安装在移动装置内侧，用来将驱动电机固定在移动装置上；
所述支撑部件和固定部件均采用半圆形结构，且通过紧固装置固定在一起，位于所述固定部件内侧的小圆槽用来固定电机。
10.根据权利要求6所述的全向行进机器人，其特征在于，所述电机采用型号为RE36型功率70W的空芯杯转子直流电机。
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