CN211001610U - 一种双足机器人移动底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种双足机器人移动底盘，包括底盘上壳、骨架单元、陀螺仪传感器、底盘下壳、底盘驱动器、底盘底盖和超声波避障传感器。该移动底盘适用于安装在机器人两腿脚底部，当需要步态行走时，通过控制底盘使其转动的轮轴呈抱死状态，由腿部带动底盘进行行走动作，可实现上下台阶、跨越障碍物等运动模态；当需要轮式行走时，腿部保持屈膝状态以降低机器人重心，由本实用新型提供的底盘驱动整个机器人运动，通过控制两个底盘的速度和转向，实现直线前进或后退、左右转弯、原地转圈等运动模态。

Description

一种双足机器人移动底盘

技术领域

本实用新型属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种双足机器人移动底盘。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，拟人型双足行走机器人正成为当下争相研发的热点。国内传统的纯轮式机器人，由于技术实现难度低、成本低、运动平稳、效率高等优点，占据主要的市场份额。但其也有一些不足，比如只能在平坦的地面运动、越障能力差、不能爬坡和上阶梯。现阶段，对于双足机器人的移动方式，大多数研究是基于纯步态的方式，此方式最接近人类的双腿移动方式，场景适应力高，但是对平衡算法和步态轨迹规划要求高，技术实现难度极大，双足步态移动速度慢，效率低，特别对于大型双足机器人，各方面的技术要求更高，产业化困难大。此外，也有研究机构对机器人双足和轮式结合的移动方式进行研究试验，主要的技术方案为，在原有双足机器人每条腿的脚底部增加一个驱动轮，可以大大提高机器人在平坦地面的移动效率，通过双腿调整重心，可以上坡下坡，遇到障碍物可以通过驱动轮直接越障或通过调整双腿跳跃的方式越过障碍物，场景适应力高。

上述的双足与轮式结合的机器人行走方式存在以下弊端：

1）稳定性差，机器人只有双轮与地面接触，对双轮的平衡控制要求高，断电时无法保持平衡；

2）双驱动轮与地面接触面积小，难实现步态移动，难以通过步态的方式上下阶梯或跨越障碍物；

3）为了能直接越过小障碍物，配置的驱动轮直径过大，重量大，对腿部关节电机功率要求高；

4）通过跳跃的方式越过障碍物，技术实现难度大，对双腿机械结构要求更高，可靠性低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双足机器人移动底盘，安装于每条腿的脚底部，每个底盘设置有1个驱动轮和2个从动轮。

为达到上述目的，本实用新型是通过下述技术方案实现的：

一种双足机器人移动底盘，包括底盘上壳、骨架单元、陀螺仪传感器、底盘下壳、底盘驱动器、底盘底盖和超声波避障传感器，所述骨架单元固定在底盘下壳上部，所述底盘上壳覆盖固定在骨架单元上，所述底盘驱动器固定在底盘下壳下部，并由底盘底盖固定在外侧保护；2个所述移动底盘分别安装到双足机器人脚底部，并与机器人控制系统电性连接，实现对底盘运动的控制。

所述的一种双足机器人移动底盘,骨架单元包括底盘底板、从动轮组件和驱动轮组件，所述驱动轮组件设置于底盘底板的下前部，所述从动轮组件为2组，分别设置于底盘底板的下后部两侧，上述3个组件与地面接触点连线形成等腰三角形，以保证足够的稳定性。

所述的一种双足机器人移动底盘,骨架单元内部承力结构件的材料为轻量化强度高的航空级铝合金，所述底盘底板采用镂空减重设计。

所述的一种双足机器人移动底盘,驱动轮组件包括驱动轮、驱动轮支撑件、驱动轮固定件、驱动轮轴承套和驱动轮轴承，所述驱动轮包括驱动轮输出轴和驱动轮从动轴；其中，所述驱动轮输出轴设置于驱动轮支撑件上，驱动轮固定件压住驱动轮输出轴上的止动面，并由螺钉锁紧固定，驱动轮从动轴设置于驱动轮轴承内圈，轴承外圈设置于驱动轮轴承套上。

所述的一种双足机器人移动底盘,驱动轮采用轮毂电机驱动，省去动力装置、传动装置和制动装置，并电性连接于所述底盘驱动器，被底盘驱动器控制运动。

所述的一种双足机器人移动底盘, 从动轮组件包括麦克纳姆轮、麦克纳姆轮第一输出轴、麦克纳姆轮第二输出轴、从动轮轴承套和从动轮轴承，所述麦克纳姆轮第一输出轴和麦克纳姆轮第二输出轴分别固定于麦克纳姆轮两侧，麦克纳姆轮通过麦克纳姆轮第一输出轴和麦克纳姆轮第二输出轴以及从动轮轴承与从动轮轴承套配合，在从动轮轴承套内自由转动。

所述的一种双足机器人移动底盘,麦克纳姆轮还可替换为全向轮，两者与地面接触的点均是固定的。

所述的一种双足机器人移动底盘，超声波避障传感器设置于底盘上壳正前端，电性连接于底盘驱动器，在机器人移动过程中感应到底盘前端障碍物，把感应信号反馈到底盘驱动器，底盘驱动器对底盘驱动轮发出信号，驱动底盘朝避开障碍方向移动。

所述的一种双足机器人移动底盘,陀螺仪传感器设置于底盘底板下部，电性连接于底盘驱动器，当机器人爬行上斜坡或下斜坡时，机器人重心偏离正常位置，所述陀螺仪传感器感应到一个相对于水平面的倾斜角度值，把感应信号反馈到底盘驱动器，底盘驱动器发出信号给腿部相应关节，实时调整腿部关节的角度值，以使重心回到正常位置，避免机器人摔倒。

所述的一种双足机器人移动底盘,移动底盘的运动包括快慢运动、直线前进和后退、左右转弯、原地转圈、停止和抱闸；当处于抱闸状态时，机器人双腿可进行步态运动。

综上所述，本实用新型的有益效果包括：

1）由于每个底盘设置有1个驱动轮和2个从动轮，与地面多点接触，稳定性高，断电后不会因为失去平衡而摔倒；

2）底盘与地面多点接触，即使是单腿站立，通过调整重心也能保证平衡，可以通过步态的方式上下阶梯或跨越障碍物；

3）由于可以步态越障，驱动轮和从动轮直径无需设置得太大，通过结构优化减小整个底盘重量；

4）所设置的2个底盘主体结构一样，减少零部件种类，成本低；

5）底盘集成了驱动轮、从动轮、驱动器和传感器等，结构紧凑，容易实现模块化。

前面所述的为本申请的概述，因此必然有简化、概括和细节省略的情况；本领域的技术人员应该认识到，概述部分仅是对本申请的说明，而不应看作是对本申请的任何限定。本说明书中描述的装置和/或方法和/或其他主题的其他方面、特征和优点将会由于本说明书的阐述而变得清晰。概述部分是用来以一种简化的方式导入多个将在以下具体实施方式部分进一步描述的概念。本概述部分既非用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非用来作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，就会更加充分地清楚理解本申请的上述和其他特征。应当理解，这些附图仅是对本申请若干实施方式的描述，不应认为是对本申请范围的限定，通过附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1是本实用新型的一种双足机器人移动底盘的整体结构和安装示意图。

图2是本实用新型的一种双足机器人移动底盘的整体爆炸图。

图3是本实用新型的一种双足机器人移动底盘的骨架单元爆炸图。

图4是本实用新型的一种双足机器人移动底盘的驱动轮细节图。

图5是本实用新型的一种双足机器人移动底盘与地面接触示意图。

附图标记说明：1-底盘上壳、2-骨架单元、3-陀螺仪传感器、4-底盘下壳、5-底盘驱动器、6-底盘底盖、7-超声波避障传感器、21-底盘底板、22-从动轮组件、221-麦克纳姆轮、222-麦克纳姆轮输出轴1、223-麦克纳姆轮输出轴2、224-从动轮轴承套、225-从动轮轴承、23-驱动轮组件、231-驱动轮、232-驱动轮支撑件、233-驱动轮固定件、234-驱动轮轴承套、235-驱动轮轴承、231a-驱动轮输出轴、231b-驱动轮从动轴。

具体实施方式

在下面的具体实施方式部分中，结合作为说明书一部分的附图进行说明。在附图中，相同/类似的标记通常表示相同/类似的部件，除非说明书中另有说明。具体实施方式、附图和权利要求书中描述的用来举例说明的实施方式不应认为是对本申请的限定。在不偏离本申请表述的主题的精神或范围的情况下，可以采用本申请的其他实施方式，并且可以对本申请做出其他变化。应该很容易理解，可以对本说明书中一般性描述的、附图中图解说明的本申请的各个方面进行各种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些改变都显然在预料之中，并构成本申请的一部分。

如图1所示，本实用新型提供的一种双足机器人移动底盘是适用于安装在机器人两腿脚底部，并与机器人控制系统电性连接，实现对底盘运动的控制。当需要步态行走时，通过控制底盘使其转动的轮轴呈抱死状态，由腿部带动底盘进行行走动作，可实现上下台阶、跨越障碍物等运动模态；当需要轮式行走时，腿部保持直立，由本实用新型提供的底盘驱动整个机器人运动，通过控制两个底盘的速度和转向，实现直线前进或后退、左右转弯、原地转圈等运动模态。超声波避障传感器7设置于底盘上壳1正前端，电性连接于底盘驱动器5，在机器人移动过程中感应到底盘前端障碍物，把感应信号反馈到底盘驱动器5，底盘驱动器5对底盘驱动轮231发出信号，驱动底盘朝避开障碍方向移动。陀螺仪传感器3设置于底盘底板21下部，电性连接于底盘驱动器5，当机器人爬行上斜坡或下斜坡时，机器人重心偏离正常位置，所述陀螺仪传感器3感应到一个相对于水平面的倾斜角度值，把感应信号反馈到底盘驱动器5，底盘驱动器5发出信号给腿部相应关节，实时调整腿部关节的角度值，以使重心回到正常位置，避免机器人摔倒。

如图2 所示，所述移动底盘包括底盘上壳1、骨架单元2、陀螺仪传感器3、底盘下壳4、底盘驱动器5、底盘底盖6和超声波避障传感器7，骨架单元2固定在底盘下壳4上部，底盘上壳1覆盖固定在骨架单元2上，底盘驱动器5固定在底盘下壳4下部，并由底盘底盖6固定在外侧保护。

如图3和5所示，骨架单元2包括底盘底板21、从动轮组件22和驱动轮组件23，驱动轮组件23设置于底盘底板21的下前部，从动轮组件22为2组，分别设置于底盘底板21的下后部两侧，上述3个组件与地面接触点连线形成等腰三角形，近似于面与面的接触，相对于单轮的单点接触或者双轮的线面接触，其稳定性无论在运动状态还是停止状态都得到很大提高。骨架单元2内部承力结构件的材料为轻量化强度高的航空级铝合金，底盘底板21采用镂空减重设计，减轻整个底盘重量。

如图4所示，驱动轮组件23包括驱动轮231、驱动轮支撑件232、驱动轮固定件233、驱动轮轴承套234和驱动轮轴承235，驱动轮231包括驱动轮输出轴231a和驱动轮从动轴231b；其中，驱动轮输出轴231a设置于驱动轮支撑件232上，驱动轮固定件233压住驱动轮输出轴231a上的止动面，并由螺钉锁紧固定，驱动轮从动轴231b设置于驱动轮轴承235内圈，轴承外圈设置于驱动轮轴承套234上。驱动轮231采用轮毂电机驱动，省去动力装置、传动装置和制动装置，并电性连接于所述底盘驱动器5，被底盘驱动器5控制运动，大大简化了驱动轮的机械结构，减小了整个底盘的体积和重量。驱动轮231设置驱动轮输出轴231a和驱动轮从动轴231b，有利于驱动轮231固定在底盘底板21上的稳定性，相对于单边输出轴固定，其可靠性更高。

从动轮组件22包括麦克纳姆轮221、麦克纳姆轮第一输出轴222、麦克纳姆轮第二输出轴223、从动轮轴承套224和从动轮轴承225，麦克纳姆轮第一输出轴222和麦克纳姆轮第二输出轴223分别固定于麦克纳姆轮221两侧，麦克纳姆轮221通过麦克纳姆轮第一输出轴222和麦克纳姆轮第二输出轴223以及从动轮轴承224与从动轮轴承套225配合，在从动轮轴承套225内自由转动。麦克纳姆轮221还可替换为全向轮，两者均可在平面上360度移动，相对于万向轮，其与地面接触的点是固定的，使得底盘在运动过程中更加稳定，对于小型底盘有很大的意义。

本实用新型提供的一种双足机器人移动底盘在每条腿下部分别配置一个，既能充当步态行走时的固定式的脚，又能充当轮式行走时的驱动轮。每个底盘设置有1个驱动轮和2个从动轮，与地面多点接触，稳定性高，断电后不会因为失去平衡而摔倒；底盘与地面多点接触，即使是单腿站立，通过调整重心也能保证平衡，可以通过步态的方式上下阶梯或跨越障碍物；由于可以步态越障，驱动轮和从动轮直径无需设置得太大，通过结构优化减小整个底盘重量；底盘集成了驱动轮、从动轮、驱动器和传感器等，结构紧凑，容易实现模块化。本实用新型具有一定的创新性和实用性，可以解决双足与轮式结合的机器人行走方式的很多弊端，具有广阔的发展前景。

前述已通过框图、流程图和/或实施例子进行了详细描述，阐明了本申请装置和/或方法的不同实施方式。当这些框图、流程图和/或实施例包含一个或多个功能和/或操作时，本领域的技术人员会明白，这些框图、流程图和/或实施例中的各功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合而单独地和/或共同地实施。本领域的技术人员会认识到，以本说明书中说明的方式描述装置和/或方法，然后进行工程实践以将所描述的装置和/或方法集成到数据处理系统中，在本领域里是很常见的。也就是说，本说明书中描述的装置和/或方法中的至少一部分，可通过合理数量的实验集成到数据处理系统中。对于本说明书中所用的基本上任何复数和/或单数术语，本领域的技术人员可以将复数解释为单数和/或将单数解释为复数，只要这样做从上下文和/或应用上看是合适的即可。为了清楚起见，在本说明书中可能将各种单数/复数组合明确地表述出来。

本申请中公开了本申请的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本申请的其它方面和实施方式。本申请中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本申请的限定，本申请的真正保护范围和精神应当以下面的权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种双足机器人移动底盘，其特征在于，包括底盘上壳、骨架单元、陀螺仪传感器、底盘下壳、底盘驱动器、底盘底盖和超声波避障传感器，所述骨架单元固定在底盘下壳上部，所述底盘上壳覆盖固定在骨架单元上，所述底盘驱动器固定在底盘下壳下部，并由底盘底盖固定在外侧保护；两个所述移动底盘分别安装到双足机器人脚底部，并与机器人控制系统电性连接，实现对底盘运动的控制。

2.如权利要求1所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述骨架单元包括底盘底板、从动轮组件和驱动轮组件，所述驱动轮组件设置于底盘底板的下前部，所述从动轮组件为两组，分别设置于底盘底板的下后部两侧，上述三个组件与地面接触点连线形成等腰三角形，以保证足够的稳定性。

3.如权利要求2所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述骨架单元内部承力结构件的材料为轻量化强度高的航空级铝合金，所述底盘底板采用镂空减重设计。

4.如权利要求2所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述驱动轮组件包括驱动轮、驱动轮支撑件、驱动轮固定件、驱动轮轴承套和驱动轮轴承，所述驱动轮包括驱动轮输出轴和驱动轮从动轴；其中，所述驱动轮输出轴设置于驱动轮支撑件上，驱动轮固定件压住驱动轮输出轴上的止动面，并由螺钉锁紧固定，驱动轮从动轴设置于驱动轮轴承内圈，轴承外圈设置于驱动轮轴承套上。

5.如权利要求4所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述驱动轮采用轮毂电机驱动，省去动力装置、传动装置和制动装置，并电性连接于所述底盘驱动器，被底盘驱动器控制运动。

6.如权利要求2所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于, 所述从动轮组件包括麦克纳姆轮、麦克纳姆轮第一输出轴、麦克纳姆轮第二输出轴、从动轮轴承套和从动轮轴承，所述麦克纳姆轮第一输出轴和麦克纳姆轮第二输出轴分别固定于麦克纳姆轮两侧，麦克纳姆轮通过麦克纳姆轮第一输出轴和麦克纳姆轮第二输出轴以及从动轮轴承与从动轮轴承套配合，在从动轮轴承套内自由转动。

7.如权利要求6所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述麦克纳姆轮还可替换为全向轮，两者与地面接触的点均是固定的。

8.如权利要求1所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述超声波避障传感器设置于底盘上壳正前端，电性连接于底盘驱动器，在机器人移动过程中感应到底盘前端障碍物，把感应信号反馈到底盘驱动器，底盘驱动器对底盘驱动轮发出信号，驱动底盘朝避开障碍方向移动。

9.如权利要求1所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述陀螺仪传感器设置于底盘底板下部，电性连接于底盘驱动器，当机器人爬行上斜坡或下斜坡时，机器人重心偏离正常位置，所述陀螺仪传感器感应到一个相对于水平面的倾斜角度值，把感应信号反馈到底盘驱动器，底盘驱动器发出信号给腿部相应关节，实时调整腿部关节的角度值，以使重心回到正常位置，避免机器人摔倒。

10.如权利要求1所述的一种双足机器人移动底盘,其特征在于,所述移动底盘的运动包括快慢运动、直线前进和后退、左右转弯、原地转圈、停止和抱闸；当处于抱闸状态时，机器人双腿可进行步态运动。

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