CN209441472U - 一种四轮全向智能机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，公开了一种四轮全向智能机器人底盘，包括底盘安装架、安装于底盘安装架四边角处的转向机构、减震机构、与减震机构底部连接的转向羊角以及车轮和安装层，通过转向机构的旋转电机正反转依次带动内径轴套、连接主轴、减震法兰、转向羊角旋转，最终控制车轮转向，同时通过走线槽的设置，解决了线缆布线的问题，再通过车轮仅需在180度内旋转和车轮内的轮毂电机的正反转，即可实现机器人往任意方向前进，同时也避免了线缆过度扭转，出现线缆使用寿命降低甚至线缆扭断或松掉的问题，而且通过减震机构的设置，提高机器人行驶到不平整地面时运行的平稳性，减少刚性震动对精密机器人元器件的损害。

Description

一种四轮全向智能机器人底盘

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体为一种四轮全向智能机器人底盘。

背景技术

在作业机器人的主体结构中，底盘系统具有行走、支撑和保证整体稳定性的作用，在一些具有车体的作业机器人中，上车体安装在底盘结构的上部，底盘结构一方面支撑上车体，另一方面通过安装车轮实现上车体的移动或转动操作。

但现有的机器人底盘有些设计为四个车轮可360度旋转，从而控制机器人的换向，但容易造成线缆容易发生过度旋转，线缆线头脱落或扭断，从而影响四轮转动，而且这种设计会使机器人底盘四边角为车轮360度旋转空出弧形缺口，导致机器人底盘剩余的空间狭小，不能给蓄电池、控制模块或其他电器元器件预留充足的空间，从而影响机器人的续航能力，而且现有的机器人底盘不设有减震机构，导致机器人行驶到不平整地面时，影响机器人运行的平稳性，减少刚性震动对精密机器人元器件的损害，增强机器人的稳定性。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种四轮全向智能机器人底盘，具备四轮全向转向但占用底盘空间小，且减震机构，电控布线方便等优点，解决了现有机器人四轮全向转向占用底盘空间大、不设有减震机构、线缆不便布置及容易发生过度旋转，线缆线头脱落或扭断等问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种四轮全向智能机器人底盘，包括底盘安装架、安装于底盘安装架四边角处的转向机构、设置于转向机构底部的减震机构、与减震机构底部连接的转向羊角以及车轮、线缆、安装层，

所述转向机构由旋转电机、编码器、编码器安装支架、减速机组成，所述旋转电机安装于减速机侧面，且旋转电机输出轴端与减速机输入轴端连接，所述编码器通过编码器安装支架安装于减速机顶部，减速机的输出轴为双向输出，编码器的旋转轴与减速机顶部的输出轴连接，减速机底部的输出轴与内径轴套顶部连接，所述减速机与减速电机固定块顶部连接，减速电机固定块底部与底盘安装架连接；

所述减震机构由连接主轴、上端轴承板盖、挡块、螺纹销、减震法兰、减震弹簧组成，所述连接主轴顶部与内径轴套底部连接，所述连接主轴外侧中部设有凸出台阶，连接主轴外侧底部设有限位孔，连接主轴内侧还设有限位卡槽，所述上端轴承板盖、挡块分别安装于凸出台阶的上侧和下侧，所述减震法兰安装于连接主轴内孔，减震法兰外侧分别设有限位凹槽和销槽，销槽内设有螺纹孔，且通过螺纹销穿透连接主轴外侧底部的限位孔卡位于限位凹槽内，挡块底部与减震法兰底板上侧之间设有减震弹簧，减震法兰顶部连接着端盖；

所述转向羊角顶部还设有螺丝孔，减震法兰底板设有通孔，且转向羊角顶部与减震法兰底板通过螺栓连接固定，转向羊角顶部与内部分别设有盲孔、走线槽，且盲孔与走线槽之间贯穿，转向羊角底部设有固定孔，车轮的固定轴固定于转向羊角底部的固定孔内，转向羊角开口侧面通过板盖贴合。

优选的，所述上端轴承板盖、挡块与连接主轴之间还设有轴承。

优选的，所述挡块底部为开口设计。

优选的，所述减震法兰与连接主轴之间还设有限位销，且限位销通过螺栓固定于销槽内，并配合镶嵌于连接主轴内侧的限位卡槽内。

优选的，所述车轮内还设有轮毂电机，且轮毂电机可正反转。

优选的，所述减震法兰顶部一侧为圆弧缺口设计，端盖底部也为圆弧缺口设计，且减震法兰顶部一侧与端盖底部一侧组合成完整的进线孔。

优选的，所述线缆分别穿过进线孔、减震法兰、转向羊角内部与车轮内的轮毂电机电源输入端连接。

优选的，所述底盘安装架底部中间处设有电池安装支架，底盘安装架底部两侧设有控制装置安装支架，底盘安装架顶部中间设有安装层，底盘安装架外侧设有外壳安装架。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供了一种四轮全向智能机器人底盘，具备以下有益效果：

该四轮全向智能机器人底盘，通过设置转向机构、减震机构和转向羊角之间的结构连接，通过转向机构的旋转电机正反转依次带动内径轴套、连接主轴、减震法兰、转向羊角旋转，最终控制车轮转向，同时通过转向羊角内设有走线槽，解决了线缆的布线问题，再通过车轮仅在180度内旋转和车轮内的轮毂电机的正反转，即可实现四轮全向运动，同时也避免了现有的机器人底盘的车轮360度转向导致线缆过度扭转，出现线缆使用寿命降低甚至线缆扭断或松掉的问题，而且通过减震机构的设置，当机器人行驶到不平整地面时，增强机器人的稳定性，减少刚性震动对精密机器人元器件的损害，同时通过安装减速机，提高输出轴的扭矩，提高机器人经过路面摩擦力很大时或遇到转向阻力比较大时的适应性，灵活越过障碍，且本底盘布局合理，重心居中。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制,在附图中：

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型侧面视图；

图3为本实用新型正面视图；

图4为本实用新型底部仰视图；

图5为本实用新型转向机构、减震机构、转向羊角与车轮连接示意图；

图6为本实用新型减震机构局部放大图；

图7为本实用新型转向羊角剖视图和线缆布线示意图。

图中：1-底盘安装架、2-转向机构、21-旋转电机、22-编码器、23-编码器安装支架、24-减速机、3-减震机构、31-连接主轴、311-限位孔、32-上端轴承板盖、33-端盖、34-挡块、35-螺纹销、36-减震法兰、361-限位凹槽、37-减震弹簧、38-进线孔、4-转向羊角、41-盲孔、43-走线槽、44-固定孔、45-阶梯孔、5-板盖、6-车轮、7-电池安装支架、8-控制装置安装支架、9-内径轴套、10-线缆、11-安装层、12-外壳安装架、13-减速电机固定块。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅附图，本实用新型提供一种技术方案：一种四轮全向智能机器人底盘，包括底盘安装架1、安装于底盘安装架1四边角处的转向机构2、设置于转向机构2底部的减震机构3、与减震机构3底部连接的转向羊角4以及车轮6、线缆10、安装层11，

转向机构2由旋转电机21、编码器22、编码器安装支架23、减速机24、组成，旋转电机21安装于减速机24侧面，且旋转电机21输出轴端与减速机24输入轴端连接，编码器22通过编码器安装支架23安装于减速机24顶部，减速机24的输出轴为双向输出，编码器22的旋转轴与减速机24顶部的输出轴连接，减速机24底部的输出轴与内径轴套9顶部连接，便于减速机24输出轴同步带动内径轴套9旋转，减速机24与减速电机固定块13顶部连接，减速电机固定块13底部与底盘安装架1连接，便于通过减速电机固定块13将转向机构2固定于底盘安装架1四边角处，通过编码器22直接与减速机24的输出轴，便于更精准检测经过减速机24传递后的输出轴的转向角度，相当于直接检测出车轮实际转向的角度，精度更高，再将此信息反馈给机器人的控制装置；

减震机构3由连接主轴31、上端轴承板盖32、挡块34、螺纹销35、减震法兰36、减震弹簧37组成，连接主轴31顶部与内径轴套9底部连接，连接主轴31外侧中部设有凸出台阶，连接主轴31外侧底部设有限位孔311，连接主轴31内侧还设有限位卡槽，上端轴承板盖32、挡块34分别安装于凸出台阶的上侧和下侧，减震法兰36安装于连接主轴31内孔，减震法兰36外侧分别设有限位凹槽361和销槽，销槽内设有螺纹孔，且通过螺纹销35穿透连接主轴31外侧底部的限位孔311卡位于限位凹槽361内，但螺纹销35末端与限位凹槽361端面不接触，不影响减震法兰36在垂直方向上可与连接主轴31发生相对位移，最大相对位移为限位凹槽361垂直高度，挡块34底部与减震法兰36底板上侧之间设有减震弹簧37，减震法兰36顶部连接着端盖33，减震法兰36与连接主轴31之间还设有限位销，且限位销通过螺栓固定于销槽内，并配合镶嵌于连接主轴31内侧的限位卡槽内连接主轴31，便于连接主轴31通过限位销同步带动减震法兰36转动，挡块34底部为开口设计，便于限制螺纹销35在挡块34底部开口设计处旋转角度为0至180度，防止连接主轴31带动减震法兰36过度旋转，从而导致线缆10过度扭转，影响线缆10的正常使用，挡块34底部与减震法兰36底板上侧之间设有减震弹簧37，通过减震弹簧37的缓冲作用，使机器人即使行驶到不平整地面时，也能最大限度地保持机器人运行的平稳性，减少刚性震动对精密机器人元器件的损害；

转向羊角4顶部与减震法兰36底板通过螺栓连接固定，即减震法兰36同步带动转向羊角4转动，即转向羊角4和车轮6旋转角度也为180度，但由于车轮6内的轮毂电机可正反转，从而同样具备现有的机器人底盘的车轮旋转360度的转向功效，可控制车轮6任意旋转角度或原地掉头转弯，转向羊角4顶部还设有螺丝孔，减震法兰36底板设有通孔，且转向羊角4顶部与减震法兰36底板通过螺栓连接固定，转向羊角4顶部与内部分别设有盲孔41、走线槽43，且盲孔41与走线槽43之间贯穿，转向羊角4底部设有固定孔44，车轮6的固定轴61固定于转向羊角4底部的固定孔44内，转向羊角4开口侧面通过板盖5贴合，转向羊角4的垂直高度大于车轮6的半径长度，保证转向羊角4不影响车轮6的正常旋转，同时转向羊角4内设的走线槽43解决了线缆10的穿线问题。

上端轴承板盖32、挡块34与连接主轴31之间还设有轴承，便于连接主轴31与挡块34的相对转动。

减震法兰36顶部一侧为圆弧缺口设计，端盖33底部也为圆弧缺口设计，且减震法兰36顶部一侧与端盖33底部一侧组合成完整的进线孔38。

车轮6内还设有轮毂电机，且轮毂电机可正反转，从而实现了车轮6小半径原地转向或掉头的功能，四轮全向运动。

线缆10分别穿过进线孔38、减震法兰36、转向羊角4内部与车轮6内的轮毂电机电源输入端连接，解决了现有机器人底盘的线缆10的布线问题。

底盘安装架1底部中间处设有电池安装支架7，通过安装蓄电池，便于机器人在户外工作，底盘安装架1底部两侧设有控制装置安装支架8，底盘安装架1顶部中间设有安装层11，也可在安装层11上安装激光雷达和摄像装置等电子元器件，并通过外壳安装架12安装机器人的外壳，通过将蓄电池、激光雷达和摄像装置等重量相对较重的部件安装于底板中部，所以本底盘布局合理，重心居中。

在使用时，减速机24输出轴为双向输出，编码器22可准确检测减速机24的输出轴的旋转角度，同时减速机24具有增加输出扭矩的作用，旋转电机21高速旋转先经过减速机24调速，旋转电机21输出轴同步带动内径轴套9转动，内径轴套9继续带动连接主轴31转动，连接主轴31再同步带动减震法兰36旋转，最终控制转向羊角4和车轮6旋转，四个车轮6旋转角度一致，并通过控制车轮6内的轮毂电机的正反转，进而控制机器人的前进或后退，通过控制旋转电机21正反转，从而控制车轮6的转向，最终控制机器人前进或后退的方向。

综上所述，该四轮全向智能机器人底盘，通过设置转向机构、减震机构和转向羊角之间的结构连接，通过转向机构的旋转电机正反转依次带动内径轴套、连接主轴、减震法兰、转向羊角旋转，最终控制车轮转向，同时通过转向羊角内设有走线槽，解决了线缆的布线问题，再通过车轮仅需在180度内旋转和车轮内的轮毂电机的正反转，即可实现本四轮全向转向机器人往任意方向前进，进而避免了现有的机器人底盘的车轮360度转向导致线缆过度扭转，出现线缆使用寿命降低甚至线缆扭断或松掉的问题，而且通过减震机构的设置，当机器人行驶到不平整地面时，可提高机器人运行的平稳性，减少刚性震动对精密机器人元器件的损害，增强机器人的稳定性，同时通过安装减速机，提高输出轴的扭矩，提高机器人经过路面摩擦力很大时或遇到转向阻力比较大时的适应性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种四轮全向智能机器人底盘，包括底盘安装架(1)、安装于底盘安装架(1)四边角处的转向机构(2)、设置于转向机构(2)底部的减震机构(3)、与减震机构(3)底部连接的转向羊角(4)以及车轮(6)、线缆(10)、安装层(11)，其特征在于：

所述转向机构(2)由旋转电机(21)、编码器(22)、编码器安装支架(23)、减速机(24)组成，所述旋转电机(21)安装于减速机(24)侧面，且旋转电机(21)输出轴端与减速机(24)输入轴端连接，所述编码器(22)通过编码器安装支架(23)安装于减速机(24)顶部，减速机(24)的输出轴为双向输出，编码器(22)的旋转轴与减速机(24)顶部的输出轴连接，减速机(24)底部的输出轴与内径轴套(9)顶部连接，所述减速机(24)与减速电机固定块(13)顶部连接，减速电机固定块(13)底部与底盘安装架(1)连接；

所述减震机构(3)由连接主轴(31)、上端轴承板盖(32)、挡块(34)、螺纹销(35)、减震法兰(36)、减震弹簧(37)组成，所述连接主轴(31)顶部与内径轴套(9)底部连接，所述连接主轴(31)外侧中部设有凸出台阶，连接主轴(31)外侧底部设有限位孔(311)，连接主轴(31)内侧还设有限位卡槽，所述上端轴承板盖(32)、挡块(34)分别安装于凸出台阶的上侧和下侧，所述减震法兰(36)安装于连接主轴(31)内孔，减震法兰(36)外侧分别设有限位凹槽(361)和销槽，销槽内设有螺纹孔，且通过螺纹销(35)穿透连接主轴(31)外侧底部的限位孔(311)卡位于限位凹槽(361)内，挡块(34)底部与减震法兰(36)底板上侧之间设有减震弹簧(37)，减震法兰(36)顶部连接着端盖(33)；

所述转向羊角(4)顶部还设有螺丝孔，减震法兰(36)底板设有通孔，且转向羊角(4)顶部与减震法兰(36)底板通过螺栓连接固定，转向羊角(4)顶部与内部分别设有盲孔(41)、走线槽(43)，且盲孔(41)与走线槽(43)之间贯穿，转向羊角(4)底部设有固定孔(44)，车轮(6)的固定轴固定于转向羊角(4)底部的固定孔(44)内，转向羊角(4)开口侧面通过板盖(5)贴合。

2.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述上端轴承板盖(32)、挡块(34)与连接主轴(31)之间还设有轴承。

3.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述挡块(34)底部为开口设计。

4.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述减震法兰(36)与连接主轴(31)之间还设有限位销，且限位销通过螺栓固定于销槽内，并配合镶嵌于连接主轴(31)内侧的限位卡槽内。

5.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述车轮(6)内还设有轮毂电机，且轮毂电机可正反转。

6.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述减震法兰(36)顶部一侧为圆弧缺口设计，端盖(33)底部也为圆弧缺口设计，且减震法兰(36)顶部一侧与端盖(33)底部一侧组合成完整的进线孔(38)。

7.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述线缆(10)分别穿过进线孔(38)、减震法兰(36)、转向羊角(4)内部与车轮(6)内的轮毂电机电源输入端连接。

8.根据权利要求1所述的一种四轮全向智能机器人底盘，其特征在于：所述底盘安装架(1)底部中间处设有电池安装支架(7)，底盘安装架(1)底部两侧设有控制装置安装支架(8)，底盘安装架(1)顶部中间设有安装层(11)，底盘安装架(1)外侧设有外壳安装架(12)。