CN216508670U - 悬挂减震履带机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种悬挂减震履带机器人底盘，属于履带机器人领域，其包括底盘支架、悬挂减震单元、控制系统，所述悬挂减震单元为两个，所述悬挂减震单元设置在底盘支架两侧；所述悬挂减震单元包括主动轮组、动力驱动组件、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组、工作履带、上支撑架，所述主动轮组、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组均位于工作履带内侧且与工作履带啮合连接。本申请的悬挂减震履带机器人底盘结构科学合理、易于维护，减震效果好，使用安全方便，具有较好的性价比，可靠性、稳定性好。同时，本申请采用双履带结构，具有极强的路面适应能力，可以越障、攀爬坡道、涉水等复杂工况，具有极强的适应性。

Description

悬挂减震履带机器人底盘

技术领域

本实用新型涉及机械领域，尤其是履带机器人领域，具体为一种悬挂减震履带机器人底盘。

背景技术

在某些机器人领域，如巡检机器人、消防机器人、探测机器人等，为适应不同环境的行走需要，增强其越障能力，通常采用履带式机器人。履带式机器人以履带式底盘为基础，其具有动作灵活、与地面接触面积大、越障能力强等优点，适应性较强。

当履带机器人穿越高低不平的障碍物时，若履带底盘缓冲不足，会使底盘发生震动，直接影响履带底盘上安装设备的运行。对某些精密设备而言，当将其置于履带底盘上时，若震动过度，甚至可能导致其内设备的损坏，这在一定程度上限制了履带及其人的应用。

为此，人们进行了大量的研发。例如，中国专利申请CN201620030160.5公开了一种带有精密齿轮传动装置和自减震驱动轮的机器人履带底盘，其采用齿轮精密啮合传动，在履带底盘换向行驶时无虚位，无需多次补偿调整，采用自减震驱动轮，自减震驱动轮结构简单，可适应多种复杂工况。

中国专利申请CN201921324675.6公开了一种四驱履带式机器人移动底盘减震装置及行走机构，其减震装置包括横职大梁，横职大梁包括横梁和2个对称设置在横梁左右两端的侧梁，侧梁位于横梁侧下方且与横梁之间形成钝角夹角，横职大梁顶部的左右两端分别设有拖链轮组件；右端与所述侧梁下部铰接的减震臂，减震臂的左端下部铰接有双排支重轮组件；设于所述横梁与减震臂之间的减震器，减震器的上端与横梁铰接，减震器的下端与减震臂的前端上部铰接。

中国专利申请CN201621238659.1公开了一种防护型高载荷上导轮张紧可调履带底盘减震机构，其包括主动轮、从动轮、承重轮、弹簧阻尼元件、减震子机构、框架主体和履带，设有多个减震子机构，通过设置的中、后导向张紧轮进行调节，当履带使用一段时间受到拉力而变长时，可通过张紧调节机构进行及时调整，避免履带底盘在进行高载荷作业或者遇到较大障碍物、更有甚者进行快速原地转圈时出现脱胎和掉带的现象，提高履带底盘工作的可靠性。

如何进一步提升履带机器人的减震效果，一直是人们重点研发的方向，这对于保证履带机器人的稳定运行，提升整体性能，具有重要的意义。为此，本申请提供一种悬挂减震履带机器人底盘，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于，提供一种悬挂减震履带机器人底盘，其结构合理，具有较好的减震效果。基于改进后的结构，其具有安全可靠，适用范围广，操作简便、环保节能和成本低等优点，具有较好的应用价值和较好的应用前景。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

悬挂减震履带机器人底盘，包括底盘支架、悬挂减震单元、控制系统，所述悬挂减震单元为两个，所述悬挂减震单元设置在底盘支架两侧；

所述悬挂减震单元包括主动轮组、动力驱动组件、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组、工作履带、上支撑架，所述主动轮组、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组均位于工作履带内侧且与工作履带啮合连接；

所述动力驱动组件与底盘支架相连且底盘支架能为动力驱动组件提供支撑，所述动力驱动组件与主动轮组相连且动力驱动组件通过主动轮组能带动工作履带转动；

所述导向轮组为至少两组，所述导向轮组均布于上支撑架上方且导向轮组能为工作履带提供导向作用，所述上支撑架与底盘支架相连且底盘支架能为上支撑架提供支撑；

所述张紧轮组与上支撑架相连且上支撑架能为张紧轮组提供支撑，所述主动轮组位于工作履带的一端，所述张紧轮组位于工作履带的另一端且张紧轮组能对工作履带起到张紧作用以使工作履带与主动轮组、导向轮组、第一承重轮组、第二承重轮组紧密接触；

所述第一承重轮组包括第一承重支撑轮、第一减震弹簧、第一转动支撑臂，所述第一转动支撑臂、第一承重支撑轮分别为两个；所述第一转动支撑臂与上支撑架铰接且第一转动支撑臂能绕上支撑架转动，所述第一承重支撑轮设置在第一转动支撑臂的下端且第一承重支撑轮能相对第一转动支撑臂自由转动，所述第一减震弹簧的两端分别与第一转动支撑臂铰接且一个第一转动支撑臂通过第一减震弹簧能将力传递给另一个第一转动支撑臂；

将第一转动支撑臂与上支撑架的铰接点记为第一连接点，将第一承重支撑轮与第一转动支撑臂的连接点记为第二连接点，将第一减震弹簧与第一转动支撑臂的铰接点记为第三连接点，第一连接点、第二连接点、第三连接点呈三角形分布；

所述第二承重轮组包括第二承重支撑轮、第二摆臂、第二减震弹簧，所述第二摆臂的一端与上支撑架铰接，所述第二摆臂的一端与第二承重支撑轮相连且第二承重支撑轮能相对第二摆臂自由转动；所述第二减震弹簧的一端与上支撑架铰接，所述第二减震弹簧的另一端与第二摆臂铰接且第二减震弹簧能在第二承重支撑轮向上运动时施加反向作用力以实现减震效果；

所述动力驱动组件与控制系统相连。

所述上支撑架呈倒凸字型。

所述导向轮组为三组，所述导向轮组均布于上支撑架顶端。

所述上支撑架上设置有第一工艺孔。

两个第一转动支撑臂与上支撑架的铰接点相重合。

所述第二摆臂呈类L型。

所述第二承重轮组为两组，所述第二承重轮组分别设置在第一承重轮组两侧。

所述工作履带为梯形双面齿同步带。

所述工作履带采用氯丁橡胶掺杂尼龙线制备而成。

所述上支撑架为两个且相互平行设置，所述第一减震弹簧位于两个上支撑架之间，第一转动支撑臂、第二摆臂、第二减震弹簧分别通过销轴与两个上支撑架铰接。

针对履带机器人减震问题，申请人于2021-01-22申请了一种用于履带底盘的减震轮机构。后续，发明人针对履带机器人底盘进行进一步研发，进而得到本申请的悬挂减震履带机器人底盘。

本申请采用主动轮组、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组的布置设计，能保证工作履带的可靠、稳定运行。本申请采用上支撑架、导向轮组、第一承重轮组、第二承重轮组的结构设计，能够有效解决履带机器人在爬坡，或在不平整路面上行走时，底盘震动产生较大噪音的问题。更具体地，本申请以第一承重轮组、第二承重轮组作为悬挂减震单元的核心，其采用近似对称的结构设计，对于地面产生的振动具有多向调节能力，能够使装置整体更加平稳。本申请抓地能力强，行走效率高，减震缓冲功能好。

进一步，本申请的工作履带采用梯形双面齿同步带，其具有结构轻、传动效率高、传动功率带宽较广的特点。进一步，本申请的工作履带优选采用氯丁橡胶掺杂尼龙线制造而成，具有较高强度和韧性。

进一步，所述动力驱动组件包括驱动电机、直角减速机、输出转轴、金属柔轮、用于使金属柔轮发生径向形变的波发生器、钢轮；

所述直角减速机的输入端与驱动电机的输出轴相连，所述直角减速机的输出端与输出转轴相连，所述驱动电机的输出轴轴向与输出转轴的轴向相垂直；

所述输出转轴与波发生器相连且驱动电机依次通过直角减速机、输出转轴能带动波发生器转动；

所述金属柔轮套设在波发生器上且波发生器能使金属柔轮发生径向形变，所述金属柔轮外缘沿其周向设置有若干个第一传动齿；

所述钢轮套设在金属柔轮上，所述钢轮内缘周向上设置有若干个与第一传动齿相配合的第二传动齿且波发生器通过金属柔轮的第一传动齿与钢轮的第二传动齿的齿间相对错齿实现动力和运动的传递；

所述钢轮与底盘支架相连且钢轮能与底盘支架保持相对静止；

所述主动轮组包括输出轮毂、轮辐、用于与工作履带内侧面相接触的轮缘，所述输出轮毂套设在钢轮外缘上且输出轮毂能相对钢轮转动，所述输出轮毂与金属柔轮相连且金属柔轮能带动输出轮毂转动；

所述输出轮毂外缘通过轮辐与轮缘相连且驱动电机依次通过直角减速机、输出转轴、波发生器、金属柔轮、输出轮毂、轮辐、轮缘能带动工作履带转动；

所述驱动电机与控制系统相连。

所述柔轮为杯状。

所述钢轮上与金属柔轮相配合的啮合面呈圆管状。

所述轮缘呈圆管状。

所述轮缘上设置有若干个工艺孔。

所述轮辐呈条状，所述轮辐为若干个且轮辐均布于输出轮毂与轮缘之间。

所述轮辐为曲线状。

所述轮辐沿轮缘的径向均匀布置。

所述输出轮毂、轮辐、轮缘采用一体成型。

基于前述动力驱动组件，其将减速机构、驱动机构整合为一体，能够大幅减少履带动力驱动机构的体积，降低其重量，对于促进轮式机器人的小型化、大扭矩输出，具有重要的进步意义。

综上，本申请的悬挂减震履带机器人底盘构思巧妙、结构科学合理、易于维护，减震效果好，使用安全方便，具有较好的性价比，可靠性、稳定性好。同时，本申请采用双履带结构，具有极强的路面适应能力，可以越障、攀爬坡道、涉水等复杂工况，具有极强的适应性。

附图说明

图1为实施例1中悬挂减震履带机器人底盘的立体状态示意图。

图2为实施例1中悬挂减震履带机器人底盘的侧视图。

图3为实施例1中动力驱动组件与主动轮组结合的立体状态示意图。

图4为实施例1中动力驱动组件与主动轮组结合的水平剖视图。

图5为实施例1中动力驱动组件与主动轮组结合的立体剖视图。

图中标记：1、驱动电机，2、直角减速机，3、主动轮组，4、输出转轴，5、金属柔轮，6、波发生器，7、钢轮，8、底盘支架，11、主动轮组，12、动力驱动组件，13、导向轮组，14、张紧轮组，15、上支撑架，16、工作履带，21、第一承重支撑轮，22、第一减震弹簧，23、第一转动支撑臂，31、第二承重支撑轮，32、第二摆臂，33、第二减震弹簧。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图所示，本实施例提供一种悬挂减震履带机器人底盘，其包括底盘支架、悬挂减震单元、控制系统。本实施例的悬挂减震单元为两个，悬挂减震单元设置在底盘支架两侧。

如图所示，悬挂减震单元包括主动轮组、动力驱动组件、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组、工作履带、上支撑架。其中，主动轮组、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组均位于工作履带内侧且与工作履带啮合连接。优选地，本实施例的上支撑架为两个，且两个上支撑架相互平行设置。优选地，如图所示，上支撑架呈倒凸字型（进一步，上支撑架上设置有第一工艺孔，其有助于减小上支撑架的重量）；导向轮组为三组，导向轮组均布于上支撑架顶端。采用该结构，导向轮组能为工作履带提供导向作用，上支撑架与底盘支架相连，且底盘支架能为上支撑架提供支撑。

同时，动力驱动组件与底盘支架相连，且底盘支架能为动力驱动组件提供支撑。动力驱动组件与主动轮组相连，且动力驱动组件通过主动轮组能带动工作履带转动。张紧轮组与上支撑架相连，且上支撑架能为张紧轮组提供支撑。主动轮组位于工作履带的一端，张紧轮组位于工作履带的另一端，张紧轮组用以对工作履带起到张紧作用，以使工作履带与主动轮组、导向轮组、第一承重轮组、第二承重轮组紧密接触。

本实施例中，第一承重轮组包括第一承重支撑轮、第一减震弹簧、第一转动支撑臂。如图所示，单个第一承重支撑轮中的第一转动支撑臂、第一承重支撑轮分别为两个。第一转动支撑臂与上支撑架铰接，且第一转动支撑臂能绕上支撑架转动（如图所示，本实施例中，第一转动支撑臂与上支撑架相连的转动点位于倒凸字形上支撑架的下凸起部分）；第一承重支撑轮设置在第一转动支撑臂的下端，且第一承重支撑轮能相对第一转动支撑臂自由转动；第一减震弹簧的两端分别与第一转动支撑臂铰接，且一个第一转动支撑臂通过第一减震弹簧能将力传递给另一个第一转动支撑臂。该结构中，将第一转动支撑臂与上支撑架的铰接点记为第一连接点，将第一承重支撑轮与第一转动支撑臂的连接点记为第二连接点，将第一减震弹簧与第一转动支撑臂的铰接点记为第三连接点，第一连接点、第二连接点、第三连接点呈三角形分布。优选地，两个第一转动支撑臂与上支撑架的铰接点相重合。

采用该结构，当一侧的第一承重支撑轮受到向上的作用力时，第一承重支撑轮带动第一转动支撑臂绕上支撑架转动，相应的第一转动支撑臂挤压第一减震弹簧，并将力传递给另一侧的第一转动支撑臂，并通过该侧第一转动支撑臂将力传递给第一承重支撑轮，增大第一承重支撑轮与工作履带的相互作用力，从而起到相应的减震效果。

本实施例中，第二承重轮组包括第二承重支撑轮、第二摆臂、第二减震弹簧。第二摆臂的一端与上支撑架铰接，第二摆臂的一端与第二承重支撑轮相连，且第二承重支撑轮能相对第二摆臂自由转动。第二减震弹簧的一端与上支撑架铰接，第二减震弹簧的另一端与第二摆臂铰接，且第二减震弹簧能在第二承重支撑轮向上运动时施加反向作用力，以实现减震效果。该结构中，当第二承重支撑轮受到外力作用时，第二承重支撑轮能带动第二摆臂相对上支撑架转动；通常状态下，第二减震弹簧处于压紧状态；当第二承重支撑轮受到外力，压缩第二减震弹簧时，第二减震弹簧提供反作用力，进而起到减震效果。本实施例中，动力驱动组件与控制系统相连。

优选地，如图所示，第二摆臂呈类L型；第二承重轮组为两组，第二承重轮组分别设置在第一承重轮组两侧。采用该结构，能够使底盘具有较好的减震效果。

进一步，工作履带为梯形双面齿同步带；优选地，工作履带采用氯丁橡胶掺杂尼龙线制备而成。

进一步，第一减震弹簧位于两个上支撑架之间，第一转动支撑臂、第二摆臂、第二减震弹簧分别通过销轴与两个上支撑架铰接。采用该方式，整体结构更为合理，各部件受力更均匀，有利于延长底盘的使用寿命。

本实施例的机器人底盘采用双履带结构设计，便于后期维护和应急处置。同时，基于第一承重轮组、第二承重轮组的多避震悬挂设计，能有效适应各种复杂环境路面，减缓行驶颠簸，保证行驶的平稳性。本实施例的机器人底盘具有结构紧凑、空间占用尺寸小，极大的提升了机器人的通过性。在一个具体实例中，机器人底盘高度为150mm；底盘采用750W电机驱动，经过减速器减速后扭矩可达到250NM。在后期，基于本实施例底盘的机器人所有电机驱动系统、末端工具单元和感知单元等均可以采用模块化设计，各模块采用各自统一的机械接口，其符合GB/T 38560-2020标准。优选地，底盘表面采用铝合金或不锈钢设计，利于去污、检修及维护。

优选地，本实施例的动力驱动组件包括驱动电机、直角减速机、输出转轴、金属柔轮、用于使金属柔轮发生径向形变的波发生器、钢轮。其中，直角减速机的输入端与驱动电机的输出轴相连，直角减速机的输出端与输出转轴相连，驱动电机的输出轴轴向与输出转轴的轴向相垂直。同时，输出转轴与波发生器相连。

采用该结构，驱动电机依次通过直角减速机、输出转轴能带动波发生器转动。本申请中，基于驱动电机与直角减速机、输出轴的配合，能减少履带动力驱动机构在垂直于输出轴方向上的宽度，进而减少装置的整体体积。

本实施例中，金属柔轮套设在波发生器上，金属柔轮外缘沿其周向设置有若干个第一传动齿。同时，钢轮套设在金属柔轮上，钢轮内缘周向上设置有若干个与第一传动齿相配合的第二传动齿。钢轮与底盘支架相连，且钢轮能与底盘支架保持相对静止。

该结构中，波发生器在转动时能使金属柔轮发生径向形变，通过金属柔轮的第一传动齿与钢轮的第二传动齿的齿间相对错齿设计，能实现动力和运动的传递。

本实施例中，主动轮组包括输出轮毂、轮辐、用于与工作履带内侧面相接触的轮缘。输出轮毂套设在钢轮外缘上，且输出轮毂能相对钢轮转动。输出轮毂与金属柔轮相连，且金属柔轮能带动输出轮毂转动，输出轮毂外缘通过轮辐与轮缘相连，驱动电机与控制系统相连。

采用该结构，驱动电机依次通过直角减速机、输出转轴、波发生器、金属柔轮、输出轮毂、轮辐、轮缘能带动工作履带转动。

基于上述方案，本申请将减速系统、轮式输出系统结合为一体，能够大幅减小履带动力驱动机构的体积，并实现大扭矩输出。本实施例的动力驱动组件、主动轮组设计对于履带机器人的体积，促进智能机器人的小型化、多场景、高可靠运行，具有显著的进步意义。

进一步，本实施例的柔轮优选为杯状，钢轮上与金属柔轮相配合的啮合面呈圆管状，轮缘呈圆管状。作为优选，轮缘上设置有若干个工艺孔。

进一步，轮辐呈条状，轮辐为若干个且轮辐均布于输出轮毂与轮缘之间；轮辐优选为曲线状，轮辐沿轮缘的径向均匀布置，输出轮毂、轮辐、轮缘采用一体成型。

基于前述结构，本实施例的动力驱动组件由控制系统单独控制，控制方便灵活，从而可实现前进、后退和转弯等基础运动功能。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，包括底盘支架、悬挂减震单元、控制系统，所述悬挂减震单元为两个，所述悬挂减震单元设置在底盘支架两侧；

所述悬挂减震单元包括主动轮组、动力驱动组件、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组、工作履带、上支撑架，所述主动轮组、导向轮组、张紧轮组、第一承重轮组、第二承重轮组均位于工作履带内侧且与工作履带啮合连接；

所述动力驱动组件与底盘支架相连且底盘支架能为动力驱动组件提供支撑，所述动力驱动组件与主动轮组相连且动力驱动组件通过主动轮组能带动工作履带转动；

所述导向轮组为至少两组，所述导向轮组均布于上支撑架上方且导向轮组能为工作履带提供导向作用，所述上支撑架与底盘支架相连且底盘支架能为上支撑架提供支撑；

所述张紧轮组与上支撑架相连且上支撑架能为张紧轮组提供支撑，所述主动轮组位于工作履带的一端，所述张紧轮组位于工作履带的另一端且张紧轮组能对工作履带起到张紧作用以使工作履带与主动轮组、导向轮组、第一承重轮组、第二承重轮组紧密接触；

所述第一承重轮组包括第一承重支撑轮、第一减震弹簧、第一转动支撑臂，所述第一转动支撑臂、第一承重支撑轮分别为两个；所述第一转动支撑臂与上支撑架铰接且第一转动支撑臂能绕上支撑架转动，所述第一承重支撑轮设置在第一转动支撑臂的下端且第一承重支撑轮能相对第一转动支撑臂自由转动，所述第一减震弹簧的两端分别与第一转动支撑臂铰接且一个第一转动支撑臂通过第一减震弹簧能将力传递给另一个第一转动支撑臂；

将第一转动支撑臂与上支撑架的铰接点记为第一连接点，将第一承重支撑轮与第一转动支撑臂的连接点记为第二连接点，将第一减震弹簧与第一转动支撑臂的铰接点记为第三连接点，第一连接点、第二连接点、第三连接点呈三角形分布；

所述第二承重轮组包括第二承重支撑轮、第二摆臂、第二减震弹簧，所述第二摆臂的一端与上支撑架铰接，所述第二摆臂的一端与第二承重支撑轮相连且第二承重支撑轮能相对第二摆臂自由转动；所述第二减震弹簧的一端与上支撑架铰接，所述第二减震弹簧的另一端与第二摆臂铰接且第二减震弹簧能在第二承重支撑轮向上运动时施加反向作用力以实现减震效果；

所述动力驱动组件与控制系统相连。

2.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述上支撑架呈倒凸字型。

3.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述导向轮组为三组，所述导向轮组均布于上支撑架顶端。

4.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述上支撑架上设置有第一工艺孔。

5.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，两个第一转动支撑臂与上支撑架的铰接点相重合。

6.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述第二摆臂呈类L型。

7.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述第二承重轮组为两组，所述第二承重轮组分别设置在第一承重轮组两侧。

8.根据权利要求1~7任一项所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述工作履带为梯形双面齿同步带。

9.根据权利要求8所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述工作履带采用氯丁橡胶掺杂尼龙线制备而成。

10.根据权利要求1所述悬挂减震履带机器人底盘，其特征在于，所述上支撑架为两个且相互平行设置，所述第一减震弹簧位于两个上支撑架之间，第一转动支撑臂、第二摆臂、第二减震弹簧分别通过销轴与两个上支撑架铰接。

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