CN211442545U - 移动机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种移动机器人底盘，它包括骨架、上盖、侧板和舵轮总成；骨架为中部下沉的箱体，周缘为若干相互独立的轮槽，其上边缘设有支撑角，相邻两支撑角之间为插槽；上盖安装于支撑角上密闭骨架上部，侧板插入插槽内密闭骨架侧面，各舵轮总成分别安装于对应的轮槽内。将若干相互独立的舵轮总成分别设置于骨架下部对应的轮槽内，利于提高转向的灵活性，并且各舵轮总成相互独立，均拥有独立的驱动，采用独立悬挂的形式，得以提高其越障能力。

Description

移动机器人底盘

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，特别是涉及一种移动机器人底盘。

背景技术

现有轮式机器人底盘普遍采用菱形布置前后万向轮左右驱动轮底盘结构，差速实现转向，具有控制方式简单，行动零活的优势，但只能实用于完全平坦环境。部分机器人底盘采用前两个驱动轮，后一个或两个万向轮的底盘结构，此类底盘一般布置成方形，虽然具备一定的越障碍能力，但是在稳定性较差，不能实现原地转向，零活性不足。有些机器人底盘采用四轮驱动，或者履带式驱动轮的方式，在重载和越障方面性能优越，但在转弯过程有轮子有滑动，造成轮速反馈不真实，误差大，难以做精确控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种转向灵活且越障能力强的移动机器人底盘。

本实用新型提供的这种移动机器人底盘，它包括骨架、上盖、侧板和舵轮总成；骨架为中部下沉的箱体，周缘为若干相互独立的轮槽，其上边缘设有支撑角，相邻两支撑角之间为插槽；上盖安装于支撑角上密闭骨架上部，侧板插入插槽内密闭骨架侧面，各舵轮总成分别安装于对应的轮槽内。

在一个具体实施方式中，所述骨架为矩型箱体，其中部为十字型下沉空腔，四角为舵机安装位，舵机安装位的顶面设有通孔，通孔四周设有安装孔。

作为优选，所述支撑角包括外层板和支撑板，外层板为贴合于骨架转角的L 型板，支撑板为直角三角形板，其直角顶点处为与外层板相贴合的圆弧，其上设有与直角边平行穿透斜边的卡槽，支撑板连接于外层板顶部。

为了提高安装精准度，在所述外层板的顶部设有凸缘，所述支撑板的外缘设有卡槽，支撑板与外层板卡合后焊接。

作为优选，它还包括内层板，内层板为整体件，包括两端的三角段和中部的连接段，各内层板分别立于骨架上与外层板平行布置，其中一内层板两端的三角段上设有铰链，铰链的另一端与所述上盖相连；各所述侧板均安装于内层板内。

进一步的，在所述上盖的中部设有雷达支座。

在一个具体实施方式中，所述舵轮总成包括驱动轮模块和转向模块；驱动轮模块包括轮体、驱动电机和减震支架，驱动电机通过减震支架与驱动轮相连；转向模块包括转向电机、减速机构和转轴，转向电机的输出轴与减速机构的输入端相连，减速机构的输出端与转轴相连，转轴的另一端与减震支架相连；驱动电机驱动轮体转动；转向电机输出动力经减速机构减速后传递至转轴带动减震支架转向。

进一步的，所述减震支架包括下支架、上支架、减震器和铰接座；下支架为U型架，两侧板的中部设有通孔；上支架为倾斜向下设置的n型架，其顶端设有一圈连接孔，下端铰接于下支架外；一对减震器关于轮体厚度方向中心面对称设置、分设于上支架和下支架的两侧；所述下支架的两侧焊接有销轴，所述上支架的两侧焊接有销轴，销轴外设径向孔，减震器的两端分别套于销轴外通过穿过径向孔的开口销定位；铰接座的中心设有通孔，四周设有一圈连接孔，通孔内嵌耐磨套；铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连，上支架套于下支架外通过穿过耐磨套的转轴螺栓与下支架相连；所述转轴螺栓包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。

作为优选，所述驱动电机为轮毂电机，其中心轴两端设有螺纹，螺纹段的外端设有平面；驱动电机嵌于轮体内，中心轴穿过下支架上通孔后配合螺母锁紧；所述减速机构包括主减速器和副减速器，主减速器的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连；所述主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套；所述转向电机下对应强磁钢套位置处设有角度传感器；所述副减速器的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。

为了进一步提高减震效果，所述转轴为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的卡爪，副减速器的输出齿轮内设卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞减震胶垫，以其底部与所述减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。

本实用新型将若干相互独立的舵轮总成分别设置于骨架下部对应的轮槽内，利于提高转向的灵活性，并且各舵轮总成相互独立，均拥有独立的驱动，采用独立悬挂的形式，得以提高其越障能力。

附图说明

图1为本实用新型一个优选实施例的轴测示意图。

图2为本优选实施例的爆炸示意图。

图3为本优选实施例中骨架的轴测示意图。

图4为本优选实施例中舵轮总成的轴测放大示意图。

图5为本优选实施例中驱动轮模块的轴测放大示意图。

图6为图5中A-A的剖视示意图。

图7为图6中B处的放大示意图。

图8为本优选实施例中转向模块的剖视示意图。

图9为图8中C-C的剖视示意图。

图示序号：

1—骨架，11—十字型空腔，12—轮槽，13—通孔，14—安装孔，15—支撑角、151—外层板、152—支撑板，16—内层板；

2—上盖，21—雷达支座；

3—侧板；

4—舵轮总成，

41—驱动轮模块，411—轮体，412—驱动电机，

413—减震支架、4131—下支架、4132—上支架、4133—减震器、4134—销轴、4135—铰接座、4136—耐磨套、4137—转轴螺栓、4138—开口销；

42—转向模块，421—转向电机，

422—减速机构、4221—主减速器、4222—副减速器，

423—转轴、4231—卡爪，

424—强磁钢套，425—角度传感器，426—减震胶垫；

5—铰链。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实施例公开的这种移动机器人底盘，它包括骨架1、上盖2、侧板3和舵轮总成4。

如图3所示，骨架1为下沉式矩型箱体，其中部为一个下沉的十字型空腔 11，其四角为用于安装舵轮总成4的轮槽12，并且在骨架1实体上设有用于舵轮总成中转向模块穿过的通孔13，通孔四周开设有用于完成舵轮总成锁紧的安装孔14，其四角上边缘设有支撑角15用于安装上部模块。而支撑角15则包括外层板151和支撑板152，外层板151为贴合于骨架转角的L型板，支撑板为直角三角形板，其直角顶点处为与外层板相贴合的圆弧，其上设有与直角边平行穿透斜边的卡槽，支撑板连接于外层板的顶部。外层板的顶部设有凸缘，所述支撑板的外缘设有卡槽，两者之间通过槽与凸缘配合的卡榫结构定位，在焊接时实现了高精度的定位。同时在骨架1的四周设置有与外层板平行的内层板16，内层板为整体件，包括两端的三角段和中部的连接段，各内层板分别立于骨架上与外层板平行布置，其中一内层板两端的三角段上设有铰链5，铰链的另一端与上盖2相连，使得上盖与骨架之间形成铰接，便于需要时打开上盖进行检修，并在上盖2的中部设有雷达支座21用于安装激光雷达。而各侧板3设置为匹配于内层板的倒梯形板，侧板通过螺栓与内层板相连，封闭骨架四周。

如图1、图2所示，舵轮总成4通过拧入安装孔内的螺栓紧固于骨架的轮槽内。

如图4所示，舵轮总成4包括驱动轮模块41、转向模块42和连接板43；连接板上对应安装孔位置处设有通孔，舵轮总成置于轮槽内，转向模块卡入骨架中，通过穿过通孔拧入安装孔的螺栓与骨架相连。驱动轮模块通过穿过连接板43的六颗螺钉固定在转向模块的输出轴下，转向模块输出轴的转动直接带动轮驱动轮模块左右偏转；舵轮总成通过连接板

如图5、图6所示，驱动轮模块41包括轮体411、驱动电机412和减震支架413。轮体411为外圈轮胎。驱动电机412为与外圈轮胎相匹配的轮毂电机，驱动电机嵌于轮体内，通过其本身的中心轴与减震支架413相连，驱动电机的中心轴两端端部外设有螺纹，并在螺纹段外端铣有一对平面以便连接时夹持扳手。

减震支架413包括下支架4131、上支架4132和减震器4133。下支架4131 为U型架，其两侧板的根部焊接有销轴4134、中部设有通孔、端部设有螺纹孔。上支架为n型架，其顶端设有一圈连接孔、底端两侧连接有铰接座414。如图7 所示，铰接座4135为圆筒型座体，其中心嵌有耐磨套4136，实体上设有一圈关于轴向中心呈环形阵列布置的连接孔，铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连。下支架水平布置，中心轴两端分别穿过下支架两侧的通孔配合相应的螺母锁紧完成下支架的安装；然后将上支架向下倾斜设置套于下支架外通过穿过铰接座4135的转轴螺栓4137铰接，上支架与下支架之间设有铜垫片，铜垫片与铰接座和耐磨套接触限位，使上支架与下支架之间存在间隙，不会直接磨损。转轴螺栓4137包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。上支架与下支架安装完成后，将减震器4133的两端分别套于销轴4134外通过穿过径向孔的开口销4138定位。转向模块42安装于上支架的顶部，通过穿过连接孔的螺栓连接。

驱动轮模块41装配完成后，减震器与上支架、下支架呈三角形，上支架与下支架铰接，设计有耐磨灵活的转轴结构，可以自由转动，在遇到障碍时减震器压缩，下支架和轮毂电机可以绕转轴位置向上旋转，减少震动，并且能承受较大冲击。对于铰接点，由于铰接座内安装有耐磨套，耐磨套与铰接座为过盈配合。转轴螺栓一端为螺纹段，中间段为精密加工的圆柱，一端为内六角的圆柱头，螺纹段和中间段有一个台阶。转轴螺栓圆柱段安装在铜套孔内，螺纹段穿过铜垫片固定在驱动电机下支架上。转轴螺栓和铜套为间隙配合，可以自由转动，铜垫片与铰接座和铜套接触限位，使上电机支座和下电机支座之间存在间隙，不会直接磨损。

如图8、图9所示，转向模块42包括转向电机421、减速机构422和转轴 423。减速机构422包括主减速器4221和副减速器4222。主减速器4221的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连。主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套424 并在转向电机下对应位置处设有角度传感器425，以便控制转向角度。副减速器 4222的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。转轴423为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的四个卡爪4231，副减速器的输出齿轮内设四个卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞八只减震胶垫426，可以承受正反转两个方向冲击，防止撞击时导致齿轮损坏。转轴以其底部与减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。

主减速器的输出轴下端与副减速器的输入齿轮采用D型孔轴配合安装。输出端，转轴与输出齿轮之间沿轴向依次设有小深沟球轴承，推力球轴承，大深沟球轴承，三个轴承安装在副减速器上壳和下壳组成的腔体内。转轴为一个阶梯轴，推力球轴承安装在齿圈上方，主要承受轴向力，大深沟球轴承，和小深沟球轴承安装在输出轴两端，承受径向力，使输出轴始终保持竖着。

相较于现有舵轮而言，本实施例中的这种舵轮总成将驱动电机采用轮毂电机，与轮体集成为一体，结构简单可靠，防护性好，无齿轮传动，在冲击和紧急加减速环境下不会出现齿轮损坏。转向模块采用支撑结构，转向电机和角度传感器一体式布置，体积较小，控制简单。转轴与减速机构之间的支撑采用组合轴承设计，承载力强，横向尺寸小，间隙小，虚位角度小。布置有减震器，相比于其它无减震舵轮或带减震的机器人底盘，在整个舵轮外部增加减震系统，具有体积小，结构简单，簧下质量小的优点，并在转轴与输出齿轮之间设置有减震胶垫，能够起到缓冲的作用，用于吸收地面障碍撞击带来的冲击，使舵轮能适应各种路面。

相较于现有底盘而言，本底盘采用四轮独立悬挂式，驱动轮，越障能力好，且四个舵轮总成能分别控制转向和驱动，自由度高，控制灵活；并将驱动轮采用一体式轮毂电机，无齿轮传动，可以适应行走过程急加减速，不会打坏齿轮；还将骨架采用承载式结构设计，立体式薄板拼焊，卡榫结构定位，具有高刚度，承载力强轻量化的特点。

Claims (10)

1.一种移动机器人底盘，其特征在于：它包括骨架、上盖、侧板和舵轮总成；骨架为中部下沉的箱体，周缘为若干相互独立的轮槽，其上边缘设有支撑角，相邻两支撑角之间为插槽；上盖安装于支撑角上密闭骨架上部，侧板插入插槽内密闭骨架侧面，各舵轮总成分别安装于对应的轮槽内。

2.如权利要求1所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述骨架为矩型箱体，其中部为十字型下沉空腔，四角为舵机安装位，舵机安装位的顶面设有通孔，通孔四周设有安装孔。

3.如权利要求2所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述支撑角包括外层板和支撑板，外层板为贴合于骨架转角的L型板，支撑板为直角三角形板，其直角顶点处为与外层板相贴合的圆弧，其上设有与直角边平行穿透斜边的卡槽，支撑板连接于外层板顶部。

4.如权利要求3所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述外层板的顶部设有凸缘，所述支撑板的外缘设有卡槽，支撑板与外层板卡合后焊接。

5.如权利要求2所述的移动机器人底盘，其特征在于：它还包括内层板，内层板为整体件，包括两端的三角段和中部的连接段，各内层板分别立于骨架上与外层板平行布置，其中一内层板两端的三角段上设有铰链，铰链的另一端与所述上盖相连；各所述侧板均安装于内层板内。

6.如权利要求5所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述上盖的中部设有雷达支座。

7.如权利要求1所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述舵轮总成包括驱动轮模块和转向模块；驱动轮模块包括轮体、驱动电机和减震支架，驱动电机通过减震支架与驱动轮相连；转向模块包括转向电机、减速机构和转轴，转向电机的输出轴与减速机构的输入端相连，减速机构的输出端与转轴相连，转轴的另一端与减震支架相连；驱动电机驱动轮体转动；转向电机输出动力经减速机构减速后传递至转轴带动减震支架转向。

8.如权利要求7所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述减震支架包括下支架、上支架、减震器和铰接座；下支架为U型架，两侧板的中部设有通孔；上支架为倾斜向下设置的n型架，其顶端设有一圈连接孔，下端铰接于下支架外；一对减震器关于轮体厚度方向中心面对称设置、分设于上支架和下支架的两侧；所述下支架的两侧焊接有销轴，所述上支架的两侧焊接有销轴，销轴外设径向孔，减震器的两端分别套于销轴外通过穿过径向孔的开口销定位；铰接座的中心设有通孔，四周设有一圈连接孔，通孔内嵌耐磨套；铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连，上支架套于下支架外通过穿过耐磨套的转轴螺栓与下支架相连；所述转轴螺栓包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。

9.如权利要求8所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述驱动电机为轮毂电机，其中心轴两端设有螺纹，螺纹段的外端设有平面；驱动电机嵌于轮体内，中心轴穿过下支架上通孔后配合螺母锁紧；所述减速机构包括主减速器和副减速器，主减速器的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连；所述主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套；所述转向电机下对应强磁钢套位置处设有角度传感器；所述副减速器的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。

10.如权利要求9所述的移动机器人底盘，其特征在于：所述转轴为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的卡爪，副减速器的输出齿轮内设卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞减震胶垫，以其底部与所述减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。

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