CN210618270U - 一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，包括相互对称设置的第一门型架、第二门型架，第一门型架和第二门型架通过承载框相互连接形成底盘结构；第一门型架、第二门型架结构相同，均包括纵梁、两个转向机构、两个转向电机、两个驱动轮，转向电机通过转向机构与驱动轮相连接，每个转向电机独立驱动一个驱动轮独自转向到所需的位置，以整体形成具有四轮独立转向的八驱底盘结构。本实用新型是一种用于在田垄间进行农业植保作业的机器人底盘，其通过新型纯电气化移动平台替换传统庞大的拖拉机，具有精准、智能、节能、经济性和灵活性等优点。

Description

一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘

技术领域

本实用新型属于农业生产设备技术领域，具体涉及一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘。

背景技术

目前，高科技用于农业植保领域时，需要装备性能良好的传感器，而传感器工作时，环境需要满足一定范围的温湿度、采光和受迫振动频率的要求。现有的技术主要集中在拖拉机以及挂载附件领域，对传感器的工作环境，特别是振动控制方面，缺乏有效的抑制技术。

近年来，新型农业机器人推陈出新，但在四驱全动底盘上，部分采用非独立悬架，减震效果一般；部分采用庞大而复杂的独立悬架，其经济性和可靠性都无法满足目前我国农田使用的现状。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、灵巧轻便、防震效果极佳的基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘。

为了实现上述目的，本实用新型一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，包括相互对称设置的第一门型架、第二门型架，第一门型架和第二门型架通过承载框相互连接形成底盘结构；第一门型架、第二门型架结构相同，均包括纵梁、两个转向机构、两个转向电机、两个驱动轮，转向电机通过转向机构与驱动轮相连接，每个转向电机独立驱动一个驱动轮独自转向到所需的位置，以整体形成具有四轮独立转向的八驱底盘结构。

进一步，所述两个转向机构安装在所述纵梁的两端，两个转向电机分别设置在两个转向机构上端，两个驱动轮分别安装在两个转向机构的下端。

进一步，所述纵梁上设置有若干个安装孔，第一门型架、第二门型架通过纵梁上的安装孔与所述承载框可拆卸连接。

进一步，所述承载框与第一门型架、第二门型架的连接安装位置贯穿整个横向长度，即第一门型架、第二门型架的相对距离可调。

进一步，所述承载框为立方体框架结构，第一门型架、第二门型架相对安装在承载框的宽边上，第一门型架、第二门型架的安装位置能沿长边改变。

进一步，所述第一门型架和第二门型架上设置有若干个角加强筋，角加强筋分别均匀设置在所述纵梁内侧，并与承载框可拆卸连接。

进一步，所述三角加强筋为直角三角锥形，其短直角面与纵梁内侧连接，其长直角面上设置有若干个安装孔，以便与承载框可拆卸连接，其两个侧面上开设有三角槽孔。

进一步，所述转向机构包括转向联轴器、转向轴承座、转向驱动轴和悬挂轮腿，其中，转向轴承座设置在所述纵梁的一端，转向联轴器坐落在转向轴承座上，且转向联轴器两端分别与转向电机的输出轴、转向驱动轴连接，转向驱动轴的另一端与悬挂轮腿连接，驱动轮可拆卸固定在悬挂轮腿上。

进一步，所述转向机构还包括角度反馈单元，其包括滑道、固定板、位移传感器、同步带轮、拉紧螺丝和紧固螺母，其中，同步带轮包括第一带轮、第二带轮和同步带，同步带套设在两个带轮上，第一带轮设置在转向驱动轴上，第二带轮位移传感器的转轴上；固定板和第二带轮位于滑道内，位移传感器的转轴穿过固定板与第二带轮连接，拉紧螺丝从外穿过滑道外壁与固定板连接，拉紧螺丝与滑道外壁之间设置有紧固螺母，滑道固定在纵梁上，位移传感器的外壳固定在滑道上。

进一步，所述转向机构还包括轮跨加强板和减震单元，轮跨加强板与悬挂轮腿、驱动轮连接，轮跨加强板跨设在驱动轮上，与悬挂轮腿的两个侧板形成稳定的三角结构；减震单元包括两个防震弹簧和悬挂摆臂，悬挂摆臂的形状为“匚”型，其跨设在驱动轮上，开口两端与驱动轮、转向机构的连接位处连接，防震弹簧的两端分别与悬挂轮腿侧板、悬挂摆臂的横臂连接，形成稳定的三角结构。

本实用新型通过两个门型架+承载框的底盘结构，两个门型架平行布置，且其相对距离可调，使底盘能够适应不同地区不同田垄的需求；本实用新型由几个简单的模组组成，当某个模组故障时可以快速整体替换，以避免耽误农时；本实用新型结构简单、灵巧轻便，且防震效果极佳，各个驱动轮的角度通过角度传感器获得，并向控制单元反馈转角反馈，从而保证即便电机向下控制时出现回程间隙也能够准确掌握并控制。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为第一门型架的结构示意图；

图3为第一门型架的立体图；

图4为角度反馈单元的剖视图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并将本实用新型的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1至图4所示，本实用新型一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，包括相互对称设置的第一门型架1、第二门型架2，第一门型架1和第二门型架2通过承载框3相互连接形成底盘结构，第一门型架1、第二门型架2为框架结构，两者位于承载框两侧。

第一门型架1、第二门型架2结构相同，以第一门型架1为例介绍，第一门型架1包括纵梁11、两个转向机构12、两个转向电机13、两个驱动轮14，两个转向机构12安装在纵梁11的两端，两个转向电机13分别设置在两个转向机构12上端，两个驱动轮15分别安装在两个转向机构12的下端。纵梁11上设置有若干个安装孔，第一门型架1、第二门型架2通过纵梁11上的安装孔与承载框可拆卸连接，在本实施例中，通过安装孔与螺丝实现第一门型架1、第二门型架2与承载框3之间的可拆卸连接。本实用新型中，转向电机13通过转向机构12与驱动轮14相连接，每个转向电机13独立驱动一个驱动轮14独自转向到所需的位置，以整体形成具有四轮独立转向的八驱底盘结构。

承载框3与第一门型架1、第二门型架2的连接安装位置贯穿整个横向长度，即第一门型架1、第二门型架2的相对距离可调，如此可实现同一机器在不同垄宽的田垄上工作。

本实施例中，承载框3为立方体框架结构，第一门型架1、第二门型架2相对安装在承载框3的宽边上，两个长边上设置有若干安装槽，使第一门型架1、第二门型架2的安装位置能沿长边改变，即第一门型架1、第二门型架2的相对距离可调，而安装槽与第一门型架1、第二门型架2纵梁两端的安装孔位置相适配，且纵梁11的长度大于承载框宽边的长度。

第一门型架1和第二门型架2上设置有若干个角加强筋，以使门型架与承载框3的连接更坚固，在本实施例中，第一门型架1和第二门型架2上均设置有三个角加强筋15，角加强筋15分别设置在纵梁内侧，并均匀分布；三角加强筋15为直角三角锥形，其短直角面与纵梁内侧连接，其长直角面上设置有若干个安装孔，以便与承载框3可拆卸连接（通过螺丝连接），其两个侧面上开设有三角槽孔，使三角加强筋有更好的抗压性；其中，位于两侧的角加强筋15的长直角面与承载框3的长边连接，中间的角加强筋15的长直角面与承载框3的长中线连接。当门型架上设置两个三角加强筋时，两个三角加强筋设置在纵梁内侧两端，其短直角面与纵梁内侧连接，其长直角面与承载框3的长边连接。此外，在承载框3具有一定的承载能力，可以在其上添加其他负载，如传感器、电池、智能控制器等等。

转向机构12包括转向联轴器121、转向轴承座122、转向驱动轴123和悬挂轮腿124，其中，转向轴承座122设置在纵梁11的一端，转向联轴器121坐落在转向轴承座122上，且转向联轴器121两端分别与转向电机13的输出轴、转向驱动轴123连接，转向驱动轴123的另一端与悬挂轮腿124连接，驱动轮14可拆卸固定在悬挂轮腿124上，转向电机13依次通过转向联轴器121、转向驱动轴123控制驱动轮14进行设定角度转向。

转向机构12还包括角度反馈单元125，其包括滑道1251、固定板1252、位移传感器1253、同步带轮1254、拉紧螺丝1255和紧固螺母1256，其中，同步带轮1254包括第一带轮、第二带轮和同步带，同步带套设在两个带轮上，第一带轮设置在转向驱动轴123上，第二带轮位移传感器1253的转轴上，使驱动轴123带动位移传感器1253的转轴转动，从而测得转向驱动轴123的转动角度；固定板1252和第二带轮位于滑道1251内，位移传感器1253的转轴穿过固定板1252与第二带轮连接，拉紧螺丝1255从外穿过滑道1251外壁与固定板1252连接，拉紧螺丝1255与滑道1251外壁之间设置有紧固螺母1256，滑道1251固定在纵梁11上，位移传感器1253的外壳固定在滑道上。滑道1251、固定板1252、拉紧螺丝1255和紧固螺母1256为了确保同步带轮1254的同步带时刻保持紧绷，使角度反馈单元125能获得良好的角度反馈，且同步带的减速比增强了位移传感器的灵敏度。角度反馈单元125通过向控制单元反馈驱动轴转角，各个驱动轮各自进行角度闭环控制，从而保证即便电机向下控制时出现回程间隙也能够准确掌握并控制转角。在本实施例中，位移传感器为圆盘式电位器位移传感器。

转向机构12还包括轮跨加强板126和减震单元127，轮跨加强板126与悬挂轮腿124、驱动轮14连接，轮跨加强板126跨设在驱动轮14上，与悬挂轮腿124的两个侧板形成稳定的三角结构，增强整个底盘的稳定性和防震效果；减震单元127包括两个防震弹簧和悬挂摆臂，悬挂摆臂的形状为“匚”型，其跨设在驱动轮14上，开口两端与驱动轮、转向机构的连接位处连接，防震弹簧的两端分别与悬挂轮腿124侧板、悬挂摆臂的横臂连接，如此，形成稳定的三角结构，增强整个底盘的稳定性和防震效果，此外，这种减震单元127本身的刚性和减震效果也很好，通过更换具有不同减震效果弹簧，可适应不同大小负载及不同的路况。

基于上述构架行程的四轮全动底盘，每个轮子可以独自转向到所需的位置。四个驱动轮14统一设置为前进的方向，实行直线行走；后轮直线、前轮偏转，实现转向；四个驱动轮14同时与前进方向偏转90°，实现横向行走。前部的两个所述驱动轮布置成“正八”形、后部的两个所述驱动轮布置成“倒八”，从而将四个所述驱动轮布置到一个圆的四个相切位置，实现原地旋转驱动。

本实用新型通过两个门型架+承载框的底盘结构，两个门型架平行布置，且其相对距离可调，使底盘能够适应不同地区不同田垄的需求；本实用新型由几个简单的模组组成，当某个模组故障时可以快速整体替换，以避免耽误农时；本实用新型结构简单、灵巧轻便，且防震效果极佳，各个驱动轮的角度通过角度传感器获得，并向控制单元反馈转角反馈，从而保证即便电机向下控制时出现回程间隙也能够准确掌握并控制。

本实用新型的优点如下：

①本实用新型通过电动四轮结构，实现精准的速度、位置伺服控制，从而为后续的精准农业作业提供硬件保障；

②本实用新型通过四轮全动，可以实现灵活的运动控制，从而具备SLAM导航、智能作业等能力；

③相较于体积庞大动辄数吨的拖拉机，单个机器人或者几个机器人的组合就可以实现其功能，从而大大降低了能源的消耗；

④根据当前柴油和电力的价格换算，完成相同田亩的作业，耗电的机器人方案亩均费用仅需传统拖拉机方式的1/5到1/3，且机器人自身体积较小，可由小型卡车甚至面包车托运，无需大型卡车托运；

⑤对于本实用新型而言，其整体结构刚性好，且由于其底盘结构，构成了一个独立悬架式的四轮结构，从而减震效果好，可以满足各种地况需求。

综上所述，本实用新型是一种用于在田垄间进行农业植保作业的机器人底盘，其通过新型纯电气化移动平台替换传统庞大的拖拉机，具有精准、智能、节能、经济性和灵活性等优点。本实用新型无需拖拉机，为田间提供小型的智能化平台，进行精准的控制，期间无需过多的人工介入，凭借智能化系统进行作业，利用小型电能数字化平台，无需大功率内燃机拖曳设备，实现节能减排；通过智能化的精准操作，实现经济性等目的；通过轻量化车身，减少不必要的载荷，可以灵活兼顾北方大平原和南方丘陵地带的地形需求，通过优化的独立悬架结构，强化车体刚度，增加每个轮子的防震能力，从而满足机器人的可靠性要求，优化传感器的工作环境。

Claims (10)

1.一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，包括相互对称设置的第一门型架、第二门型架，第一门型架和第二门型架通过承载框相互连接形成底盘结构；第一门型架、第二门型架结构相同，均包括纵梁、两个转向机构、两个转向电机、两个驱动轮，转向电机通过转向机构与驱动轮相连接，每个转向电机独立驱动一个驱动轮独自转向到所需的位置，以整体形成具有四轮独立转向的八驱底盘结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述两个转向机构安装在所述纵梁的两端，两个转向电机分别设置在两个转向机构上端，两个驱动轮分别安装在两个转向机构的下端。

3.根据权利要求1所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述纵梁上设置有若干个安装孔，第一门型架、第二门型架通过纵梁上的安装孔与所述承载框可拆卸连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述承载框与第一门型架、第二门型架的连接安装位置贯穿整个横向长度，即第一门型架、第二门型架的相对距离可调。

5.根据权利要求4所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述承载框为立方体框架结构，第一门型架、第二门型架相对安装在承载框的宽边上，第一门型架、第二门型架的安装位置能沿长边改变。

6.根据权利要求1所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述第一门型架和第二门型架上设置有若干个三角加强筋，角加强筋分别均匀设置在所述纵梁内侧，并与承载框可拆卸连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述三角加强筋为直角三角锥形，其短直角面与纵梁内侧连接，其长直角面上设置有若干个安装孔，以便与承载框可拆卸连接，其两个侧面上开设有三角槽孔。

8.根据权利要求1所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述转向机构包括转向联轴器、转向轴承座、转向驱动轴和悬挂轮腿，其中，转向轴承座设置在所述纵梁的一端，转向联轴器坐落在转向轴承座上，且转向联轴器两端分别与转向电机的输出轴、转向驱动轴连接，转向驱动轴的另一端与悬挂轮腿连接，驱动轮可拆卸固定在悬挂轮腿上。

9.根据权利要求8所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述转向机构还包括角度反馈单元，其包括滑道、固定板、位移传感器、同步带轮、拉紧螺丝和紧固螺母，其中，同步带轮包括第一带轮、第二带轮和同步带，同步带套设在两个带轮上，第一带轮设置在转向驱动轴上，第二带轮位移传感器的转轴上；固定板和第二带轮位于滑道内，位移传感器的转轴穿过固定板与第二带轮连接，拉紧螺丝从外穿过滑道外壁与固定板连接，拉紧螺丝与滑道外壁之间设置有紧固螺母，滑道固定在纵梁上，位移传感器的外壳固定在滑道上。

10.根据权利要求8所述的一种基于四轮全自动的独立悬架农用机器人底盘，其特征在于，所述转向机构还包括轮跨加强板和减震单元，轮跨加强板与悬挂轮腿、驱动轮连接，轮跨加强板跨设在驱动轮上，与悬挂轮腿的两个侧板形成稳定的三角结构；减震单元包括两个防震弹簧和悬挂摆臂，悬挂摆臂的形状为″匚″型，其跨设在驱动轮上，开口两端与驱动轮、转向机构的连接位处连接，防震弹簧的两端分别与悬挂轮腿侧板、悬挂摆臂的横臂连接，形成稳定的三角结构。

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