CN207758866U - 一种差速驱动机器人底盘结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种差速驱动机器人底盘结构，包括：机器人主体、止摆电机、角度传感器和转轴机构；止摆电机固定在机器人主体的上方，转轴机构位于机器人主体的下方，且转轴机构的固定端固定在机器人主体上；转轴机构的第一端穿过机器人主体的通孔与止摆电机的传动轴相连，转轴机构的第二端与驱动底板相连；驱动底板的一端连接第一驱动轮，驱动底板的另一端连接第二驱动轮；角度传感器与止摆电机的传动轴及转轴机构相连。在驱动轮打滑时，通过止摆电机限制转轴机构的转动角度，从而将转轴机构的转动角度锁定在一定范围内，避免了因驱动轮打滑而造成的方向失控，提高了机器人的稳定性。

Description

一种差速驱动机器人底盘结构

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地，涉及一种差速驱动机器人底盘结构。

背景技术

在现有技术中，移动机器人底盘机构的驱动方式有轮式、多足式、履带式和混合式等多种。轮式移动机器人控制简单，每运动单位距离消耗的能量最小，通常比履带式和多足式底盘机构运动速度快，因此应用最多。轮式移动机器人底盘机构大体可分为：方向-驱动和差速驱动；在方向-驱动式移动底盘机构上，方向的控制和驱动分别采用不同的电机驱动。对方向的控制和驱动可在相同的轮子上完成(如前轮驱动车)，但速度和方向是分别控制。差速驱动底盘机构采用相同的轮子和驱动器来驱动和控制方向，运动方向的改变是通过有比例地控制每个轮子的速度来实现。

目前，用于移动机器人的底盘机构在结构上主要有三轮和四轮结构。三轮式结构最常见，其常用的结构是利用两个高精度的驱动轮和一个随动轮结构。两驱动轮分别由两个电机经过减速器减速后进行驱动，随动轮可置于本体的前部或后部。底盘机构的转向由两个驱动轮的速度差决定，通过对两个电机施加不同的速度控制量可以实现任意方向的运动。也有采用前轮既是驱动轮也是舵轮，它需要两个单独的电机进行转向和驱动控制。还有一种采用同步驱动方式，三个轮子均匀分布，用齿轮或链条将轮子与分别控制方向和驱动的电机相连，驱动电机驱动轮子运动，转向电机控制轮子转向。

但三轮结构的底盘的支撑稳定性低，稍微的重心不平衡和摆动就有可能倾覆，为此，轮式底盘多为四轮及以上的轮系；为了使得四轮都能贴合凹凸不平的地面，且保证足够的支撑力和驱动力，则轮系需要做悬挂机构或者自适应浮动机构；在实际的使用过程中，驱动轮系中若因为地面原因而打滑，而会改变其方向，则对整个机器人的移动方向造成影响，且不易控制。

实用新型内容

针对上述的问题，本实用新型提供一种差速驱动机器人底盘结构。

第一方面，本实用新型提供一种差速驱动机器人底盘结构，包括：机器人主体、止摆电机、角度传感器和转轴机构；所述止摆电机固定在所述机器人主体的上方，所述转轴机构位于所述机器人主体的下方，且所述转轴机构的固定端固定在所述机器人主体上；所述转轴机构的第一端穿过所述机器人主体的通孔与所述止摆电机的传动轴相连，所述转轴机构的第二端与驱动底板相连；所述驱动底板的一端连接第一驱动轮，所述驱动底板的另一端连接第二驱动轮；所述角度传感器与所述止摆电机的传动轴及所述转轴机构相连。

其中，所述转轴机构包括：第一转轴和第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴垂直设置，且所述第一转轴的一端与所述驱动底板相连，所述第一转轴的另一端与所述第二转轴的一端相连；所述第二转轴的另一端与所述机器人主体及所述止摆电机相连；所述角度传感器与所述第二转轴相连。

其中，在所述机器人主体的下方连有第一从动轮和第二从动轮，所述第一从动轮与所述第二从动轮左右布置，且所述第一从动轮布置在所述第一驱动轮的后方，所述第二从动轮布置在所述第二驱动轮的后方。

其中，所述的差速驱动机器人底盘结构，其还包括：与所述止摆电机的传动轴相连的减速器。

其中，在所述第一从动轮和/或所述第二从动轮上设有编码器。

其中，所述角度传感器通过联轴器与所述第二转轴相连。

其中，所述第一从动轮和所述第二从动轮通过弹性缓冲件固定在所述机器人主体上。

其中，所述第一从动轮和所述第二从动轮为定向轮。

本实用新型提供的一种差速驱动机器人底盘结构，通过在机器人主体上设置止摆电机，且将角度传感器与止摆电机及转轴机构相连，若驱动轮打滑，则可通过角度传感器检测的转轴机构的转动角度；若转轴机构存在非控制转动，则止摆电机和减速器限制转轴机构的转动角度，从而将转轴机构的转动角度锁定在一定范围内，避免了因驱动轮打滑而造成的方向失控，提高了机器人的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的差速驱动机器人底盘结构的主视图；

图2为图1所示的差速驱动机器人底盘结构的左视图；

图3为图1所示的差速驱动机器人底盘结构的右视图；

图4为图1所示的差速驱动机器人底盘结构的俯视图；

图5为图1所示的差速驱动机器人底盘结构的仰视图；

其中，1-止摆电机；2-转轴机构；3-驱动轮；31-第一驱动轮；32-第二驱动轮；4-从动轮。41-第一从动轮；42-第二从动轮；5-机器人主体；6-驱动底板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的差速驱动机器人底盘结构的主视图，如图1所示，该底盘结构包括：机器人主体5、止摆电机1、角度传感器和转轴机构2；所述止摆电机1固定在所述机器人主体5的上方，所述转轴机构2位于所述机器人主体5的下方，且所述转轴机构2的固定端固定在所述机器人主体5上；所述转轴机构2的第一端穿过所述机器人主体5的通孔与所述止摆电机1的传动轴相连，所述转轴机构2的第二端与驱动底板6相连；所述驱动底板6的一端连接第一驱动轮31，所述驱动底板6的另一端连接第二驱动轮32；所述角度传感器与所述止摆电机1的传动轴及所述转轴机构2相连。

其中，驱动轮是与驱动桥相连接的轮子，其所受的地面摩擦力向前，为机器人的行驶提供驱动力。

具体地，结合图1-图5，在机器人主体5的上方固定止摆电机1；以及在机器人主体5的下方固定转轴机构2，且止摆电机1通过转轴机构2与驱动底板6相连。在机器人直线行走时，转轴机构2驱动机器人运动，且保持机器人的航向角不变，即第一驱动轮31和第二驱动轮32以相同的速度旋转，从而实现机器人的直线行走。当第一驱动轮31或第二驱动轮32打滑，或者第一驱动轮31和第二驱动轮32同时打滑时，角度传感器检测到转轴机构2的转动角度超出正常转动角度，此时，止摆电机1限制转轴机构2的转动角度，即，将转轴机构2的转动角度锁定在一定范围内，进而控制机器人的转动方向，避免因打滑造成机器人的方向失控等情况。

在本实用新型实施例中，通过在机器人主体上设置止摆电机，且将角度传感器与止摆电机及转轴机构相连，若驱动轮打滑，则可通过角度传感器检测的转轴机构的转动角度；若转轴机构存在非控制转动，则止摆电机限制转轴机构的转动角度，从而将转轴机构的转动角度锁定在一定范围内，避免了因驱动轮打滑而造成的方向失控，提高了机器人的稳定性。

在上述实施例的基础上，所述转轴机构2包括：第一转轴和第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴垂直设置，且所述第一转轴的一端与所述驱动底板6相连，所述第一转轴的另一端与所述第二转轴的一端相连；所述第二转轴的另一端与所述机器人主体5及所述止摆电机1相连；所述角度传感器与所述第二转轴相连。在上述各实施例的基础上，所述的差速驱动机器人底盘结构，还包括：与所述止摆电机的传动轴相连的减速器。

其中，转轴，顾名思义即是连接产品零部主件必须用到的、用于转动工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴。

其中，第二转轴、止摆电机1和减速器构成上端旋转关节，第一转轴和驱动底板6构成下端旋转关节；且旋转关节是智能化产品中经常用到的结构，其通过传动轴输出动力，以使得执行元件发生运动。同时，其具有检测组件，检测组件通过检测传动轴或传动带轮的转速即位置信息，从而便于调整执行元件的活动范围。

其中，减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。

具体地，在止摆电机1的传动轴上设置减速器，则在第一驱动轮31或第二驱动轮32发生打滑，或者，第一驱动轮31和第二驱动轮32同时打滑时，可以通过减速器较快的将止摆电机1的转速降下来，进而使得第一驱动轮31和第二驱动轮32的速度降低，进而避免因驱动轮打滑而发生其他的状况。

转轴机构2包括第一转轴和第二转轴，且第一转轴为自适应调整转轴，第二转轴为转向关节轴。以机器人的前行方向为X轴，Y轴与X轴处于同一个平面且与X轴垂直、Z轴同时垂直于X轴及Y轴，即Z轴处于竖直方向；则转轴机构2可绕Y轴和Z轴旋转，即，转轴机构2有两个旋转自由度。

当机器人正常行走和转动过程中，随动止摆机构随着转轴机构2运动，该随动止摆机构包括止摆电机1、减速器、止摆传动机构、角度传感器等，且止摆电机1和减速器作为随动止摆机构的止摆驱动机构。由于角度传感器与上端旋转关节相连，例如，角度传感器固定在转轴机构2中上端旋转关节的末端，则可通过角度传感器检测到驱动轮3与机器人主体5之间的旋转角度差，即，检测第一驱动轮31与机器人主体5之间的旋转角度差，以及检测第二驱动轮32与机器人主体5之间的旋转角度差。则在第一驱动轮31或第二驱动轮32打滑时，可根据该两个旋转角度差来确定是否对转轴机构2的转动角度进行控制。

即，当驱动轮3(即，第一驱动轮31、第二驱动轮32)打滑时，例如，第一驱动轮31打滑时，若第一驱动轮31与机器人主体5之间的旋转角度差超出正常范围，则止摆电机1和减速器控制第二转轴的转动角度，即，将第二转轴的转动角度锁定在一定范围内，进而控制机器人的转动，从而避免了因第一驱动轮31打滑时机器人方向失控的情形。

在本实用新型实施例中，通过角度传感器会检测到驱动轮与机器人主体之间的旋转角度差，在驱动轮打滑时，限制第二转轴的转动角度，从而控制机器人的方向，提高了机器人的稳定性。

在上述各实施例的基础上，在所述机器人主体5的下方连有第一从动轮41和第二从动轮42，所述第一从动轮41与所述第二从动轮42左右布置，且所述第一从动轮41布置在所述第一驱动轮31的后方，所述第二从动轮42布置在所述第二驱动轮32的后方。所述第一从动轮41和所述第二从动轮42为定向轮。

其中，从动轮就是不提供动力，不输出功率和扭矩的轮；驱动轮就是提供动力，输出扭矩和功率的轮；从动轮受地面的力向后，是阻力；驱动轮受地面的力向前，是动力。

具体地，在机器人主体5的下方设置第一从动轮41和第二从动轮42，第一从动轮41与第二从动轮42左右布置，且第一从动轮41位于第一驱动轮31的后方，第二从动轮42位于第二驱动轮32的后方，则机器人有四个轮子，且两个驱动轮左右设置，且位于机器人主体5的前部；两个从动轮左右设置，且位于机器人主体5的后部，提高了机器人的支撑稳定性。另外，该机器人可以包括两个以上的驱动轮3，另外的驱动轮3的连接方式与第一驱动轮31和第二驱动轮32的连接方式类似。

第一驱动轮31和第二驱动轮32均由电机和轮子构成，且电机可以是轮毂电机或驱动电机。第一从动轮41和第二从动轮42可以为定向轮，也可以为万向轮；当第一从动轮41和第二从动轮42采用定向轮时，机器人具有较好的越障碍能力，且定向轮能较方便的安装编码器，从而可提高机器人整体的安全性和可靠性。

在上述各实施例的基础上，在所述第一从动轮41和/或所述第二从动轮42上设有编码器。

其中，编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。

具体地，在第一从动轮41或者第二从动轮42上设置编码器；或者，在第一从动轮41和第二从动轮42上均设置编码器，则驱动轮3打滑时，例如，第一驱动轮31和第二驱动轮32同时打滑时，可通过编码器检测从动轮4(即，第一从动轮41和第二从动轮42)直线行走的速度和位移，且由于此时从动轮4与机器人的运动保持一致，则可准确的检测出机器人的速度和位移信息。

在上述各实施例的基础上，所述角度传感器通过联轴器与所述第二转轴相连。所述第一从动轮41和所述第二从动轮42通过弹性缓冲件固定在所述机器人主体5上。

其中，联轴器是指联接两轴或轴与回转件，在传递运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开的一种装置。有时也作为一种安全装置用来防止被联接机件承受过大的载荷，起到过载保护的作用。

具体地，将角度传感器通过联轴器与第二转轴相连，例如，角度传感器通过联轴器固定在上端旋转关节的末端，结合从动轮4上设置的编码器；在转弯时，转轴机构2驱动第一驱动轮31和第二驱动轮32，且可以通过角度传感器和编码器等精确控制机器人的航向角；同时，第一驱动轮31和第二驱动轮32提供旋转动力，对惯量比较大的情况下，能起到辅助作用。

将第一从动轮41和第二从动轮42通过弹性缓冲件固定在机器人主体5上，例如，弹性缓冲件为弹簧等，可以减小地面凹凸不平对机器人运行产生的影响，提高机器人的稳定性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，包括：机器人主体、止摆电机、角度传感器和转轴机构；

所述止摆电机固定在所述机器人主体的上方，所述转轴机构位于所述机器人主体的下方，且所述转轴机构的固定端固定在所述机器人主体上；

所述转轴机构的第一端穿过所述机器人主体的通孔与所述止摆电机的传动轴相连，所述转轴机构的第二端与驱动底板相连；

所述驱动底板的一端连接第一驱动轮，所述驱动底板的另一端连接第二驱动轮；所述角度传感器与所述止摆电机的传动轴及所述转轴机构相连。

2.根据权利要求1所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，所述转轴机构包括：第一转轴和第二转轴，所述第一转轴与所述第二转轴垂直设置，且所述第一转轴的一端与所述驱动底板相连，所述第一转轴的另一端与所述第二转轴的一端相连；

所述第二转轴的另一端与所述机器人主体及所述止摆电机的传动轴相连；

所述角度传感器与所述第二转轴相连。

3.根据权利要求1所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，在所述机器人主体的下方连有第一从动轮和第二从动轮，所述第一从动轮与所述第二从动轮左右布置，且所述第一从动轮布置在所述第一驱动轮的后方，所述第二从动轮布置在所述第二驱动轮的后方。

4.根据权利要求1所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，还包括：与所述止摆电机的传动轴相连的减速器。

5.根据权利要求3所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，在所述第一从动轮和/或所述第二从动轮上设有编码器。

6.根据权利要求2所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，所述角度传感器通过联轴器与所述第二转轴相连。

7.根据权利要求3所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，所述第一从动轮和所述第二从动轮通过弹性缓冲件固定在所述机器人主体上。

8.根据权利要求3所述的差速驱动机器人底盘结构，其特征在于，所述第一从动轮和所述第二从动轮为定向轮。