CN212471522U - 一种多功能轮式运载机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多功能轮式运载机器人，属于机器人技术领域。它解决了现有的机器人灵活性不高、无法实现驻车的问题。本多功能轮式运载机器人，包括底座、设于底座左侧的左车轮和设于底座右侧的右车轮，底座上设有配重单元以及用于驱动配重单元前后运动的驱动组件，底座上还设有位于配重单元上方的货盘，货盘的上方设有支架，支架上设有由动力单元驱动其摆动的摆架，摆架的旋转中心线沿左右方向水平延伸，摆架远离支架的一端设有执行器械。本实用新型可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，机器人不会发生倾斜，有利于运载货物，摆架配合轮式机器人的整体倾转，可实现多种操作，灵活性高。

Description

一种多功能轮式运载机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种多功能轮式运载机器人。

背景技术

当前，全自动运输机器人的应用越来越广泛，其优势是：可替代越来越高的人力成本，耐用度高、无疲倦感，可在污染环境与危险环境中执行任务，而且可代替人工执行对人体有伤害的任务。现有的运输机器人大都为四轮驱动，或者是万向轮辅助驱动轮进行驱动，底座尺寸大、造价高，所需的行走空间大，不利于机器人的腾挪转移。

为此，中国专利公开了一种多自由度可变重心两轮机器人[授权公告号为CN102923204B]，该机器人在常见的两轮机器人的基础上进行改造，增加了两个自由度，用以改变重心，从而在运动中更好维持两轮车的平衡，其中一个自由度是两轮机器人上的承载滑块，通过调节机器人载物板上的滑块位置改变重心位置。

虽然上述的机器人可通过改变滑块的位置来调节重心，但滑块位于机器人的最上部，当滑块的位置改变时需改变机器人的倾斜状态来维持平衡，不利于货物的运载，适用范围小。而且未设置驻车组件，当机器人高速撞击障碍物时，在惯性的作用下会造成机器人的倾倒，不利于在极限空间内对机器人进行回收。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种运动范围广、灵活的多功能轮式运载机器人。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

多功能轮式运载机器人，包括底座、设于底座左侧的左车轮和设于底座右侧的右车轮，所述的底座上设有配重单元以及用于驱动配重单元前后运动的驱动组件，所述的底座上还设有位于配重单元上方的货盘，所述货盘的上方设有支架，所述的支架上设有由动力单元驱动其摆动的摆架，所述摆架的旋转中心线沿左右方向水平延伸，所述的摆架远离支架的一端设有执行器械。

左车轮与右车轮各为一个，且两者同轴设置。左车轮由设于其内部的第一轮毂电机驱动，右车轮由设于其内部的第二轮毂电机驱动。第一轮毂电机和第二轮毂电机均包括内定子和套设在内定子上的外转子，工作时外转子绕着内定子的中轴线转动，左车轮固定在第一轮毂电机的外转子上，右车轮固定在第二轮毂电机的外转子上。左车轮与右车轮的转速相同时，机器人直线运动；左车轮与右车轮的转速不同时，可实现机器人的转向：左车轮速度大于右车轮速度时，机器人右转向，反之则左转向。

配重单元的前后运动可改变机器人整体的重心，以此调节机器人的平衡状态。当机器人处于平衡状态时，机器人整体的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面上的投影线上。

执行器械可以是摄像机/传感器/照明光源/牵引接口等，配合轮式机器人的整体倾转，可实现摄像、气体检测、线缆牵引等操作，也可以执行例如按电梯等操作。执行器械也可以是机械臂。

驱动摆架摆动的动力单元为电机，电机固定在支架上，摆架远离执行器械的一端与电机的输出轴固连，或者在电机的前端设置由电机驱动的减速器，摆架远离执行器械的一端与减速器的输出轴固连。当电机工作时，带动摆架摆动。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述底座的左侧设有左侧板，其右侧设有右侧板，所述的左车轮设于左侧板上，所述的右车轮设于右侧板上，所述的货盘设于左侧板与右侧板之间，所述货盘的底部设有安装板，上述的驱动组件设于安装板上。

左侧板与右侧板对称设置在底座的左右两侧；货盘的左端与左侧板固连，其右端与右侧板固连；支架的左端与左侧板的顶部固连，其右端与右侧板的顶部固连。驱动左车轮的第一轮毂电机的定子固定在左侧板上，驱动右车轮的第二轮毂电机的定子固定在右侧板上。其中，左车轮的中轴线与安装板垂直。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述的驱动组件包括设于安装板上的驱动电机、由驱动电机驱动的主动轮、设于安装板上的第一从动轮、第二从动轮以及依次绕设在主动轮、第一从动轮和第二从动轮上的传动带，所述的传动带被第一从动轮和第二从动轮拉直的部分沿前后方向水平延伸，上述的配重单元连接在传动带被第一从动轮和第二从动轮拉直的部分上。

驱动电机位于安装板的一侧，主动轮、第一从动轮、第二从动轮和传动带位于安装板的另一侧，驱动电机工作时带动主动轮转动，主动轮通过传动带带动第一从动轮和第二从动轮同步转动。传动带被第一从动轮和第二从动轮拉直的部分沿前后方向直线运动，从而带动固连在其上的配重单元前后运动。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述的安装板上开设有第一导向槽、滑动设于第一导向槽内的第一导向块以及固定在安装板上的第一限位块，所述的第一限位块内螺纹连接有第一调节杆，所述第一调节杆的一端与第一导向块可转动连接，所述的第一导向块上设有用于张紧传动带的第一张紧轮。

第一导向槽沿垂直于主动轮与第一从动轮的连线延伸，转动第一调节杆时，可带动第一导向块在第一导向槽内滑动，从而改变第一张紧轮的位置，实现张紧传动带的目的。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述的安装板上还开设有第二导向槽、滑动设于第二导向槽内的第二导向块以及固定在安装板上的第二限位块，所述的第二限位块内螺纹连接有第二调节杆，所述第二调节杆的一端与第二导向块可转动连接，所述的第二导向块上设有用于张紧传动带的第二张紧轮。

第二导向槽沿垂直于主动轮与第二从动轮的连线延伸，转动第二调节杆时，可带动第二导向块在第二导向槽内滑动，从而改变第二张紧轮的位置，实现张紧传动带的目的。

其中，第一导向槽与第二导向槽对称设置。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述底座的中部具有沿前后方向延伸的导轨，所述的导轨上设有滑块，上述的配重单元设于滑块上。导轨为直线导轨，配重单元的重心位于直线导轨的正上方。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述的配重单元包括固定在滑块上的滑动箱和设于滑动箱内的固有部件。在滑块的两侧均设有滑动箱，在滑动箱内均设有固有部件，固有部件为机器人必不可少的部件，不增加机器人的重量，可提高负载能力。固有部件可以是机器人的电池和电气箱，电池为两个轮毂电机和驱动电机提供电能，在电气箱内设置控制器，控制器控制各轮毂电机的动作及驱动电机的动作。在货盘内或电气箱内设置用于感应平衡的陀螺仪传感器，陀螺仪传感器与控制器的信号输入端电连接。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述底座的前部具有纵向设置的第一导向孔，所述的第一导向孔内滑动配合有第一驻车杆，所述的第一驻车杆上连接有纵向延伸的第一齿条；所述的底座上固连有第一驻车电机，所述第一驻车电机的输出轴上同轴固连有第一齿轮，所述的第一齿轮与第一齿条啮合。

当机器人在前行的过程中需要驻车时，将信号传递给控制器，控制器控制第一驻车电机工作，带动第一齿轮转动，第一齿轮带动第一齿条向下运动，从而带动第一驻车杆向下运动，第一驻车杆的下端抵靠在行走平面上，实现驻车。此时通过左车轮、右车轮和第一驻车杆对机器人整体进行三点支撑，提高机器人的稳定性。为了提高驻车效果，在第一驻车杆的下端设置弹性减震垫。当机器人处于驻车状态时，左车轮、右车轮、第一驻车杆与地面接触的点的连线为三角形。

在上述的多功能轮式运载机器人中，所述底座的后部具有纵向设置的第二导向孔，所述的第二导向孔内滑动配合有第二驻车杆，所述的第二驻车杆上连接有纵向延伸的第二齿条；所述的底座上固连有第二驻车电机，所述第二驻车电机的输出轴上同轴固连有第二齿轮，所述的第二齿轮与第二齿条啮合。

当机器人在后退的过程中需要驻车时，将信号传递给控制器，控制器控制第二驻车电机工作，带动第二齿轮转动，第二齿轮带动第二齿条向下运动，从而带动第二驻车杆向下运动，第二驻车杆的下端抵靠在行走平面上，实现驻车。此时通过左车轮、右车轮和第二驻车杆对机器人整体进行三点支撑，提高机器人的稳定性。为了提高驻车效果，在第二驻车杆的下端设置弹性减震垫。当机器人处于驻车状态时，左车轮、右车轮、第二驻车杆与地面接触的点的连线为三角形。

当机器人处于平衡状态时，底座与货盘的上表面与水平面平齐。当放入货物后，可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，货盘不会发生倾斜，有利于运载货物。

当货盘上未放置货物时，机器人整体的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线上，机器人保持平衡状态。当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线上时，机器人仍处于平衡状态，驱动组件无需驱动配重单元前后运动。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线的前方时，机器人失衡，具有向前倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元向后运动，使机器人整体的重心在水平面的投影点回到左车轮的中轴线在水平面的投影线上。当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮的中轴线在水平面的投影线的后方时，机器人失衡，具有向后倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元向前运动，使机器人整体的重心在水平面的投影点回到左车轮的中轴线在水平面的投影线上。

与现有技术相比，本多功能轮式运载机器人具有以下优点：

当放入货物后，可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，机器人不会发生倾斜，有利于运载货物；由于设有第一驻车杆和第二驻车杆，可实现机器人的驻车，提高机器人的稳定性，有效防止机器人倾倒；摆架配合轮式机器人的整体倾转，可实现多种操作，灵活性高。

附图说明

图1是本实用新型提供的机器人装有货物时的结构示意图。

图2是本实用新型提供的机器人的结构示意图。

图3是本实用新型提供的机器人的部分结构示意图。

图4是本实用新型提供的驱动组件的结构示意图。

图5是本实用新型提供的驱动组件的又一结构示意图。

图中，1、底座；2、左车轮；3、右车轮；4、货盘；5、支架；6、动力单元；7、摆架；8、执行器械；9、左侧板；10、右侧板；11、安装板；12、驱动电机；13、主动轮；14、第一从动轮；15、第二从动轮；16、传动带；17、第一导向槽；18、第一导向块；19、第一限位块；20、第一调节杆；21、第一张紧轮；22、第二导向槽；23、第二导向块；24、第二限位块；25、第二调节杆；26、第二张紧轮；27、导轨；28、滑块；29、滑动箱；30、固有部件；31、第一驻车杆；32、第一齿条；33、第一驻车电机；34、第一齿轮；35、第二驻车杆；36、第二齿条；37、第二驻车电机；38、第二齿轮。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1和图2所示的多功能轮式运载机器人，包括底座1、设于底座1左侧的左车轮2和设于底座1右侧的右车轮3。具体的，如图3所示，底座1的左侧设有左侧板9，其右侧设有右侧板10，左侧板9与右侧板10对称设置在底座1的左右两侧。左车轮2设于左侧板9上，右车轮3设于右侧板10上，左车轮2与右车轮3各为一个，且两者同轴设置。左车轮2由设于其内部的第一轮毂电机驱动，右车轮3由设于其内部的第二轮毂电机驱动。第一轮毂电机和第二轮毂电机均包括内定子和套设在内定子上的外转子，工作时外转子绕着内定子的中轴线转动，左车轮2固定在第一轮毂电机的外转子上，右车轮3固定在第二轮毂电机的外转子上。左车轮2与右车轮3的转速相同时，机器人直线运动；左车轮2与右车轮3的转速不同时，可实现机器人的转向：左车轮2速度大于右车轮3速度时，机器人右转向，反之则左转向。

如图3所示，在左侧板9与右侧板10之间由下往上分别设置货盘4和支架5，货盘4的左端与左侧板9固连，其右端与右侧板10固连；支架5的左端与左侧板9的顶部固连，其右端与右侧板10的顶部固连。如图3所示，支架5上设有由动力单元6驱动其摆动的摆架7，摆架7的旋转中心线沿左右方向水平延伸，摆架7远离支架5的一端设有执行器械8。本实施例中，驱动摆架7摆动的动力单元6为电机，电机固定在支架5上，摆架7远离执行器械8的一端与电机的输出轴固连，或者在电机的前端设置由电机驱动的减速器，摆架7远离执行器械8的一端与减速器的输出轴固连。当电机工作时，带动摆架7摆动。

执行器械8可以是摄像机/传感器/照明光源/牵引接口等，配合轮式机器人的整体倾转，可实现摄像、气体检测、线缆牵引等操作，也可以执行例如按电梯等操作。执行器械8也可以是机械臂。

底座1上设有配重单元，货盘4的底部设有安装板11，安装板11上设有用于驱动配重单元前后运动的驱动组件。配重单元的前后运动可改变机器人整体的重心，以此调节机器人的平衡状态。当机器人处于平衡状态时，机器人整体的重心在水平面的投影点位于左车轮2的中轴线在水平面上的投影线上。

如图4所示，驱动组件包括设于安装板11上的驱动电机12、由驱动电机12驱动的主动轮13、设于安装板11上的第一从动轮14、第二从动轮15以及依次绕设在主动轮13、第一从动轮14和第二从动轮15上的传动带16，传动带16被第一从动轮14和第二从动轮15拉直的部分沿前后方向水平延伸，配重单元连接在传动带16被第一从动轮14和第二从动轮15拉直的部分上。驱动电机12位于安装板11的一侧，主动轮13、第一从动轮14、第二从动轮15和传动带16位于安装板11的另一侧，驱动电机12工作时带动主动轮13转动，主动轮13通过传动带16带动第一从动轮14和第二从动轮15同步转动。传动带16被第一从动轮14和第二从动轮15拉直的部分沿前后方向直线运动，从而带动固连在其上的配重单元前后运动。

如图5所示，安装板11上开设有第一导向槽17、滑动设于第一导向槽17内的第一导向块18以及固定在安装板11上的第一限位块19，第一限位块19内螺纹连接有第一调节杆20，第一调节杆20的一端与第一导向块18可转动连接，第一导向块18上设有用于张紧传动带16的第一张紧轮21。第一导向槽17沿垂直于主动轮13与第一从动轮14的连线延伸，转动第一调节杆20时，可带动第一导向块18在第一导向槽17内滑动，从而改变第一张紧轮21的位置，实现张紧传动带16的目的。

如图5所示，安装板11上还开设有第二导向槽22、滑动设于第二导向槽22内的第二导向块23以及固定在安装板11上的第二限位块24，第二限位块24内螺纹连接有第二调节杆25，第二调节杆25的一端与第二导向块23可转动连接，第二导向块23上设有用于张紧传动带16的第二张紧轮26。第二导向槽22沿垂直于主动轮13与第二从动轮15的连线延伸，转动第二调节杆25时，可带动第二导向块23在第二导向槽22内滑动，从而改变第二张紧轮26的位置，实现张紧传动带16的目的。

其中，第一导向槽17与第二导向槽22对称设置。

如图4和图5所示，底座1的中部具有沿前后方向延伸的导轨27，导轨27上设有滑块28，配重单元设于滑块28上。导轨27为直线导轨27，配重单元的重心位于直线导轨27的正上方。

如图4-5所示，配重单元包括固定在滑块28上的滑动箱29和设于滑动箱29内的固有部件30。在滑块28的两侧均设有滑动箱29，在滑动箱29内均设有固有部件30，固有部件30为机器人必不可少的部件，不增加机器人的重量，可提高负载能力。固有部件30可以是机器人的电池和电气箱，电池为两个轮毂电机和驱动电机12提供电能，在电气箱内设置控制器，控制器控制各轮毂电机的动作及驱动电机12的动作。在货盘4内或电气箱内设置用于感应平衡的陀螺仪传感器，陀螺仪传感器与控制器的信号输入端电连接。

如图5所示，底座1的前部具有纵向设置的第一导向孔，第一导向孔内滑动配合有第一驻车杆31，第一驻车杆31上连接有纵向延伸的第一齿条32；底座1上固连有第一驻车电机33，第一驻车电机33的输出轴上同轴固连有第一齿轮34，第一齿轮34与第一齿条32啮合。

当机器人在前行的过程中需要驻车时，将信号传递给控制器，控制器控制第一驻车电机33工作，带动第一齿轮34转动，第一齿轮34带动第一齿条32向下运动，从而带动第一驻车杆31向下运动，第一驻车杆31的下端抵靠在行走平面上，实现驻车。此时通过左车轮2、右车轮3和第一驻车杆31对机器人整体进行三点支撑，提高机器人的稳定性。为了提高驻车效果，在第一驻车杆31的下端设置弹性减震垫。当机器人处于驻车状态时，左车轮2、右车轮3、第一驻车杆31与地面接触的点的连线为三角形。

如图5所示，底座1的后部具有纵向设置的第二导向孔，第二导向孔内滑动配合有第二驻车杆35，第二驻车杆35上连接有纵向延伸的第二齿条36；底座1上固连有第二驻车电机37，第二驻车电机37的输出轴上同轴固连有第二齿轮38，第二齿轮38与第二齿条36啮合。

当机器人在后退的过程中需要驻车时，将信号传递给控制器，控制器控制第二驻车电机37工作，带动第二齿轮38转动，第二齿轮38带动第二齿条36向下运动，从而带动第二驻车杆35向下运动，第二驻车杆35的下端抵靠在行走平面上，实现驻车。此时通过左车轮2、右车轮3和第二驻车杆35对机器人整体进行三点支撑，提高机器人的稳定性。为了提高驻车效果，在第二驻车杆35的下端设置弹性减震垫。当机器人处于驻车状态时，左车轮2、右车轮3、第二驻车杆35与地面接触的点的连线为三角形。

当机器人处于平衡状态时，底座1与货盘4的上表面与水平面平齐。当放入货物后，可通过改变配重单元的位置来使机器人保持平衡状态，货盘4不会发生倾斜，有利于运载货物。

当货盘4上未放置货物时，机器人整体的重心在水平面的投影点位于左车轮2的中轴线在水平面的投影线上，机器人保持平衡状态。当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮2的中轴线在水平面的投影线上时，机器人仍处于平衡状态，驱动组件无需驱动配重单元前后运动。

当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮2的中轴线在水平面的投影线的前方时，机器人失衡，具有向前倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元向后运动，使机器人整体的重心在水平面的投影点回到左车轮2的中轴线在水平面的投影线上。当放入货物的重心在水平面的投影点位于左车轮2的中轴线在水平面的投影线的后方时，机器人失衡，具有向后倾倒的趋势，此时驱动组件驱动配重单元向前运动，使机器人整体的重心在水平面的投影点回到左车轮2的中轴线在水平面的投影线上。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种多功能轮式运载机器人，包括底座(1)、设于底座(1)左侧的左车轮(2)和设于底座(1)右侧的右车轮(3)，其特征在于，所述的底座(1)上设有配重单元以及用于驱动配重单元前后运动的驱动组件，所述的底座(1)上还设有位于配重单元上方的货盘(4)，所述货盘(4)的上方设有支架(5)，所述的支架(5)上设有由动力单元(6)驱动其摆动的摆架(7)，所述摆架(7)的旋转中心线沿左右方向水平延伸，所述的摆架(7)远离支架(5)的一端设有执行器械(8)。

2.根据权利要求1所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述底座(1)的左侧设有左侧板(9)，其右侧设有右侧板(10)，所述的左车轮(2)设于左侧板(9)上，所述的右车轮(3)设于右侧板(10)上，所述的货盘(4)设于左侧板(9)与右侧板(10)之间，所述货盘(4)的底部设有安装板(11)，上述的驱动组件设于安装板(11)上。

3.根据权利要求2所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述的驱动组件包括设于安装板(11)上的驱动电机(12)、由驱动电机(12)驱动的主动轮(13)、设于安装板(11)上的第一从动轮(14)、第二从动轮(15)以及依次绕设在主动轮(13)、第一从动轮(14)和第二从动轮(15)上的传动带(16)，所述的传动带(16)被第一从动轮(14)和第二从动轮(15)拉直的部分沿前后方向水平延伸，上述的配重单元连接在传动带(16)被第一从动轮(14)和第二从动轮(15)拉直的部分上。

4.根据权利要求3所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述的安装板(11)上开设有第一导向槽(17)、滑动设于第一导向槽(17)内的第一导向块(18)以及固定在安装板(11)上的第一限位块(19)，所述的第一限位块(19)内螺纹连接有第一调节杆(20)，所述第一调节杆(20)的一端与第一导向块(18)可转动连接，所述的第一导向块(18)上设有用于张紧传动带(16)的第一张紧轮(21)。

5.根据权利要求4所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述的安装板(11)上还开设有第二导向槽(22)、滑动设于第二导向槽(22)内的第二导向块(23)以及固定在安装板(11)上的第二限位块(24)，所述的第二限位块(24)内螺纹连接有第二调节杆(25)，所述第二调节杆(25)的一端与第二导向块(23)可转动连接，所述的第二导向块(23)上设有用于张紧传动带(16)的第二张紧轮(26)。

6.根据权利要求1所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述底座(1)的中部具有沿前后方向延伸的导轨(27)，所述的导轨(27)上设有滑块(28)，上述的配重单元设于滑块(28)上。

7.根据权利要求6所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述的配重单元包括固定在滑块(28)上的滑动箱(29)和设于滑动箱(29)内的固有部件(30)。

8.根据权利要求1所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述底座(1)的前部具有纵向设置的第一导向孔，所述的第一导向孔内滑动配合有第一驻车杆(31)，所述的第一驻车杆(31)上连接有纵向延伸的第一齿条(32)；所述的底座(1)上固连有第一驻车电机(33)，所述第一驻车电机(33)的输出轴上同轴固连有第一齿轮(34)，所述的第一齿轮(34)与第一齿条(32)啮合。

9.根据权利要求1或8所述的多功能轮式运载机器人，其特征在于，所述底座(1)的后部具有纵向设置的第二导向孔，所述的第二导向孔内滑动配合有第二驻车杆(35)，所述的第二驻车杆(35)上连接有纵向延伸的第二齿条(36)；所述的底座(1)上固连有第二驻车电机(37)，所述第二驻车电机(37)的输出轴上同轴固连有第二齿轮(38)，所述的第二齿轮(38)与第二齿条(36)啮合。

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