CN216443697U - 一种防爆四轮驱动机器人底盘及防爆机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种防爆四轮驱动机器人底盘及防爆机器人。所述防爆四轮驱动机器人底盘包括防爆箱体、箱盖、车轮和动力装置，所述车轮通过联轴器安装于防爆箱体的下侧，所述动力装置包括驱动系统和转向电机，所述驱动系统用于驱动车轮前进或后退，所述转向电机用于带动车轮改变朝向。每个车轮对应设置一个动力装置，实现对每个车轮进行单独控制。当底盘沿X轴方向直线移动时，仅有驱动系统工作，而不受转向电机的影响。当底盘转弯时，驱动系统和转向电机配合控制，转向电机负责对车轮方向进行调整，驱动系统驱动车轮行进。通过设置驱动系统和转向电机，实现车轮的自由移动及任意转向，在狭小的空间也能灵活移动。

Description

一种防爆四轮驱动机器人底盘及防爆机器人

技术领域

本实用新型涉及轮式移动机器人防爆底盘技术领域，具体涉及一种适用于爆炸性环境的一种防爆四轮驱动机器人底盘及防爆机器人。

背景技术

随着国民安全意识的不断提高，人们对自身安全的防护意识越来越强，防爆机器人在危险生产环境中应用的优势日益凸显。为了应对危险生产环境中可能存在的爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境，设计一种防爆型四轮驱动机器人底盘以满足防爆要求是现今机器人防爆领域的一个重要研究方向。

CN208756849U公开了一种防爆机器人底盘，为隔爆型和外壳保护型，底盘包括箱体、箱盖和箱体外部的履带，利用底盘箱体进行保护，箱体与箱盖为平面隔爆面，箱体上设有充电接口和开关按钮，防爆底盘箱体内包括电机腔、电池腔、电池管理系统腔，电机腔、电池腔、电池管理系统腔的腔体之间通过浇封端子进行电气连接。此防爆底盘采用履带式驱动结构设计，通过性好，但存在履带易磨损、行驶速度低、机动性差等缺点。

CN105999598B公开了一种防爆消防侦察机器人底盘，采用两侧双电机履带式驱动方式，防爆箱体采用隔爆设计，各组成部分都置于箱体内部，只有少量线缆通过隔爆线进入防爆箱体。箱体由中间隔板分成两个相对独立的封闭仓体，其中，充电电池和电气控制元件处于一个封闭仓体内；电机、减速机、散热风扇等置于另一个封闭仓体。该防爆底盘可以利用散热风扇将电机产生的热量传递到防爆箱体，显著提高散热效果，同样存在履带驱动结构的弊端。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种防爆四轮驱动机器人底盘及防爆机器人，无需采用履带驱动，通过简单的结构即可实现防爆四轮驱动机器人底盘的灵活、快速移动。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种防爆四轮驱动机器人底盘，包括防爆箱体、箱盖、车轮和动力装置，所述车轮通过联轴器安装于防爆箱体的下侧，所述动力装置包括驱动系统和转向电机，所述驱动系统用于驱动车轮前进或后退，所述转向电机用于带动车轮改变朝向。通过设置驱动系统和转向电机，实现车轮的自由移动及任意转向。

进一步的，所述驱动系统沿水平方向设置，所述转向电机沿竖直方向设置。当防爆四轮驱动机器人底盘在X轴方向上直行时，仅需要通过驱动系统驱动车轮，当防爆四轮驱动机器人底盘转弯时，驱动系统和转向电机共同工作。

进一步的，每个所述车轮对应设置一个动力装置，实现对每个车轮进行单独控制。

进一步的，所述驱动系统通过防爆电机固定座和所述车轮连接，驱动系统通过防爆电机固定座传递驱动力矩给车轮。

进一步的，所述防爆电机固定座的上方通过悬架系统和所述转向电机连接，所述悬架系统包括电机转接板、减震轴和减震弹簧，通过悬架系统实现减震和传递转向控制。

进一步的，所述减震弹簧的一侧连接防爆电机固定座，另一侧通过减震轴设置于电机转接板上。减震弹簧可以保证车轮与地面完全接触，避免车轮打滑。

进一步的，所述转向电机利用转向电机固定板和双头螺柱定位于防爆箱体内，且转向电机的下侧连接转向电机轴套和轴承压环。

进一步的，所述转向电机通过旋转轴向车轮传递扭矩，所述旋转轴的一侧和轴承压环连接，另一侧和电机转接板连接。

进一步的，所述防爆箱体一侧开口使其内部具有容纳空间，所述箱盖扣合于防爆箱体的开口处，在所述防爆箱体内设置电气系统腔和动力电池腔。防爆四轮驱动机器人底盘采用两腔体结构，通过两腔体以及箱体外部电气元件相互连接通信，工控机控制防爆机器人的各部件协同作用，保证防爆机器人协调有序地工作。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘具有以下优势：利用驱动系统和转向电机配合控制，实现底盘的四轮独立驱动和独立转向功能，使机器人能全向移动，包括机器人的直行、斜行、蟹行、四轮转向、原地转向等功能，从而能够在狭小空间进行灵活移动，行驶速度快、噪声小；底盘采用隔爆型和外壳保护型，从而保证在危险生产环境中安全行驶。

本实用新型的另一方面还提出一种防爆机器人，所述防爆机器人采用以上所述的防爆四轮驱动机器人底盘。所述防爆机器人与上述防爆四轮驱动机器人底盘相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人底盘的示意图；

图2是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人底盘的正视图；

图3是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人底盘的左视图；

图4是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人底盘的右视图；

图5是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人底盘箱体内部的布置图；

图6是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人底盘A-A的剖视图；

图7是本实用新型的一种防爆四轮驱动机器人的动力装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、防爆箱体；2、保护箱；3、车轮；4、联轴器；5、镀膜钢化玻璃；6、驱动系统；7、急停开关；8、光电开关；9、充电接口；10、启停开关；11、转向电机；12、驱动电机控制器；13、平面隔爆面；14、电气系统腔；15、动力电池腔；16、无线AP模块；17、工控机；18、BMS电池管理系统；19、继电器模块；20、转向电机固定板；21、双头螺柱；22、电机转接板；23、防爆电机固定座；24、转向电机轴套；25、轴承压环；26、旋转轴套；27、旋转轴；28、减震轴；29、减震弹簧；30、箱盖。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。本实用新型描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1-7所示，一种防爆四轮驱动机器人底盘，和防爆机器人配合使用。所述防爆四轮驱动机器人底盘采用防爆结构，且具有灵活的设备扩展能力，可以搭载电化学传感器、硫化氢气体探测器、甲烷气体探测器、拾音器、红外避障传感器、全向智能热/摄像仪等多种信号采集设备，适应于各种恶劣工作环境，特别适合于石油或天然气生产场所中的巡检工作，能代替工作人员在爆炸性危险生产环境进行生产设备安全运行巡检、危险气体泄漏探测和报警，从而有效解决工作人员暴露在危险环境下的安全问题，保障员工生命安全和设备安全生产。防爆四轮驱动机器人底盘搭载多种信号采集设备是现有技术，在此不再进行详细赘述。所述防爆四轮驱动机器人底盘包括防爆箱体1、箱盖30、车轮3和动力装置。所述防爆箱体1是金属的防爆外壳，能提高防爆性能，并有利于保护位于防爆箱体1内的各部件。在防爆箱体1的前端安装激光雷达，并将所述激光雷达设置于保护箱2内进行防爆封装处理。利用激光雷达识别障碍物，进行环境感知与建图，保证防爆机器人安全运行。保护箱2的前侧为镀膜钢化玻璃5，所述镀膜钢化玻璃5不仅能对激光雷达进行防爆保护，而且不会遮挡影响激光雷达的扫描。具体的，所述激光雷达扫描距离是0～80m，扫描区域是0～190°。

防爆箱体1上设置急停开关7、光电开关8、充电接口9和启停开关10。防爆箱体1一侧开口使其内部具有容纳空间，箱盖30扣合于防爆箱体1的开口处，保护内部的各元件，从而保证在危险生产环境中防爆四轮驱动机器人底盘安全行驶。位于防爆箱体1内的各部件产生的热量可以通过金属材质的防爆箱体1传递到外界，实现有效降温。防爆箱体1和箱盖30之间形成平面隔爆面13，使防爆四轮驱动机器人底盘使用更安全。在防爆箱体1内设置电气系统腔14和动力电池腔15。所述电气系统腔14内设置无线AP模块16、工控机17、BMS电池管理系统18和继电器模块19。工控机17能对采集的信息进行处理，并负责实现对防爆四轮驱动机器人底盘的定位导航。电气系统腔14、动力电池腔15和位于防爆箱体1外部的电气设备通过浇封端子进行电气连接。电气系统腔14和动力电池腔15内部的设置及相互之间的连接属于现有技术，在此不再进行赘述。防爆四轮驱动机器人底盘采用两腔体结构，通过两腔体以及箱体外部电气元件相互连接通信，工控机17控制防爆机器人的各部件协同作用，保证防爆机器人协调有序地工作。

防爆箱体1的下方设置车轮3，所述车轮3的轮胎为实心的，能够改善充气轮胎内部气压带来的防爆机器人移动的不确定性。车轮3可以为阻燃、防静电的橡胶材料。具体的，在本申请中所述车轮3的数量为四个，分别设置于防爆箱体1下侧处的左前方、右前方、左后方和右后方。所述动力装置包括驱动系统6和转向电机11，驱动系统6用于驱动车轮3前进或后退，转向电机11用于带动车轮3改变朝向。所述驱动系统6沿水平方向设置，所述转向电机11沿竖直方向设置。所述水平方向指的是和防爆箱体1平行的方向，竖直方向指的是垂直于防爆箱体1的方向。如图1和图5所示，靠近保护箱2处的底盘两侧的车轮3分别为左前轮和右前轮，远离保护箱2处的底盘两侧的车轮3分别为左后轮和右后轮。在车轮3不发生偏转时，定义左前轮和左后轮之间的方向为X轴，左前轮和右前轮之间的方向为Y轴。当防爆四轮驱动机器人底盘沿着X轴方向直线移动时，仅有驱动系统6工作，驱动车轮3沿直线方向转动，而不受转向电机11的影响。当防爆四轮驱动机器人底盘需要转弯时，驱动系统6和转向电机11共同工作，驱动系统6驱动车轮3行走，转向电机11负责使车轮3调整方向。当防爆四轮驱动机器人底盘沿弧形方向运动时，驱动系统6和转向电机11配合工作，通过转向电机11不断调整车轮3的方向，通过驱动系统6使车轮3行进。防爆四轮驱动机器人底盘的驱动形式为四轮独立驱动，动力装置为四组结构相同的独立动力装置，并通过圆筒隔爆进行处理。每个车轮3对应设置一个动力装置，实现对每个车轮3进行单独控制。利用驱动系统6和转向电机11配合控制，实现防爆机器人四轮独立驱动和独立转向功能。

所述驱动系统6通过防爆电机固定座23和车轮3连接。车轮3通过联轴器4安装于防爆箱体1的下侧。所述驱动系统6包括驱动电机和减速器。驱动电机通过减速器连接防爆电机固定座23。防爆电机固定座23的一侧为驱动系统6，另一侧为车轮3。驱动系统6通过防爆电机固定座23传递驱动力矩给车轮3。每个驱动系统6对应设置一个驱动电机控制器12，驱动电机控制器12通过电气连接控制驱动系统6，从而控制车轮3驱动。利用驱动系统6实现电子差速与转矩协调控制。进一步的，所述驱动系统6为隔爆型直流伺服电机，适用于代表气体为氢气的0区爆炸性气体环境，最高表面温度是100℃。由CANopen通讯总线驱动，额定转速为3000rpm，额定扭矩为0.6Nm。

所述防爆电机固定座23的上方通过悬架系统和转向电机11连接，通过悬架系统实现减震和传递转向控制。具体的，所述悬架系统包括电机转接板22、减震轴28和减震弹簧29。减震弹簧29的一侧连接防爆电机固定座23，另一侧通过减震轴28设置于电机转接板22上。减震弹簧29可以保证车轮3与地面完全接触，避免车轮3打滑。车轮3在行走时遇到凹凸不平的地面，可以借助减震弹簧29的作用，大大减少遇到凹凸不平的地面时的震动，使防爆四轮驱动机器人底盘行进更平稳。四个转向电机11设置于电气系统腔14内，并分别位于对应车轮3中心位置的正上方。转向电机11利用转向电机固定板20和双头螺柱21定位于防爆箱体1内，且转向电机11的下侧连接转向电机轴套24和轴承压环25。进一步的，转向电机11利用两个转向电机固定板20和四个双头螺柱21固定。转向电机11通过旋转轴27向车轮3传递扭矩，旋转轴27的一侧和轴承压环25连接，另一侧位于防爆箱体1的外部，并和电机转接板22连接。旋转轴27的外侧套设旋转轴套26。旋转轴27与旋转轴套26内的深沟球轴承进行配合。由于旋转轴27和电机转接板22连接，电机转接板22连接防爆电机固定座23，从而能将转向电机11的转向传动传递给车轮3。底盘上另一个同轴度的深沟球轴承对旋转轴27的旋转轴线进行确定，保证防爆四轮驱动机器人底盘精确、可靠的转向传动。转向电机11通过刚性连接与车轮3连接，带动车轮3改变朝向。进一步的，所述转向电机11通过CANopen通讯总线驱动，减速比为100，额定电流6.9A，电机功率200W，最大间歇转速为30rpm。

所述防爆四轮驱动机器人底盘在行走驱动时，仅需要通过驱动系统6驱动车轮3，完成防爆机器人在X轴方向上的直行。当防爆四轮驱动机器人底盘需要转向时，驱动系统6和转向电机11同时工作，配合控制将扭矩传递给车轮3，转向电机11负责调节车轮3的朝向对方向进行调整，驱动系统6驱动车轮3行进，完成防爆机器人的斜行、蟹行、四轮转向、原地转向。例如，转向电机11使四个车轮3都朝同一个方向扭转90°，在驱动系统6的配合驱动下使防爆四轮驱动机器人底盘沿Y轴方向行进，实现蟹行。或者，转向电机11使四个车轮3都朝同一个方向扭转45°，在驱动系统6的配合驱动下使防爆四轮驱动机器人底盘行进实现原地转向。直行、蟹行和原地转向的时候四个车轮3的速度相同。或者，转向电机11使四个车轮3的朝向扭转，驱动系统6分别调整对应的车轮3速度不同，在电子差速与转矩的协调作用使防爆四轮驱动机器人底盘转弯。

本申请的防爆四轮驱动机器人底盘，通过四轮独立驱动和独立转向实现防爆机器人全向移动功能，包括防爆机器人的直行、斜行、蟹行、四轮转向、原地转向等功能，从而能够在狭小空间进行灵活移动。

一种防爆机器人，采用上述的防爆四轮驱动机器人底盘。所述防爆机器人的本地监控后台通过无线方式，实现对防爆四轮驱动机器人底盘的远程控制、参数设置以及完成与防爆机器人的数据传输。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防爆四轮驱动机器人底盘，包括防爆箱体(1)、箱盖(30)、车轮(3)和动力装置，其特征在于，所述车轮(3)通过联轴器(4)安装于防爆箱体(1)的下侧，所述动力装置包括驱动系统(6)和转向电机(11)，所述驱动系统(6)用于驱动车轮(3)前进或后退，所述转向电机(11)用于带动车轮(3)改变朝向，所述驱动系统(6)通过防爆电机固定座(23)和所述车轮(3)连接。

2.根据权利要求1所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，所述驱动系统(6)沿水平方向设置，所述转向电机(11)沿竖直方向设置。

3.根据权利要求1所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，每个所述车轮(3)对应设置一个动力装置。

4.根据权利要求1所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，所述防爆电机固定座(23)的上方通过悬架系统和所述转向电机(11)连接，所述悬架系统包括电机转接板(22)、减震轴(28)和减震弹簧(29)。

5.根据权利要求4所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，所述减震弹簧(29)的一侧连接防爆电机固定座(23)，另一侧通过减震轴(28)设置于电机转接板(22)上。

6.根据权利要求1所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，所述转向电机(11)利用转向电机固定板(20)和双头螺柱(21)定位于防爆箱体(1)内，且转向电机(11)的下侧连接转向电机轴套(24)和轴承压环(25)。

7.根据权利要求6所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，所述转向电机(11)通过旋转轴(27)向车轮(3)传递扭矩，所述旋转轴(27)的一侧和轴承压环(25)连接，另一侧和电机转接板(22)连接。

8.根据权利要求1所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘，其特征在于，所述防爆箱体(1)一侧开口使其内部具有容纳空间，所述箱盖(30)扣合于防爆箱体(1)的开口处，在所述防爆箱体(1)内设置电气系统腔(14)和动力电池腔(15)。

9.一种防爆机器人，其特征在于，采用权利要求1～8任意一项所述的一种防爆四轮驱动机器人底盘。

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