CN216724418U - 一种商业扫地机器人的行走驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种商业扫地机器人的行走驱动系统，属于清洁电器技术领域，包括减速电机、传动带组件、驱动轮组件、传动箱体、传动箱盖、转轴、第一弹簧安装架、第二弹簧安装架、拉伸弹簧、限位开关以及驱动固定座。本实用新型在机械结构上，将整个中间传动机构的传动比分配成了两级，一级传动比是基于行星减速器，二级传动比是基于传动带组件，在总传动比不变的情况下，两级划分可以减小单独由减速器充当中间传动机构所分担的传动比，从而可以降低噪音，减小机械摩擦阻力，进而减小机器人反向驱动时的阻力，本系统输出扭矩大、噪音低、反驱阻力小，且中间传动机构的寿命、可靠性更高。

Description

一种商业扫地机器人的行走驱动系统

技术领域

本实用新型属于清洁电器技术领域，尤其涉及一种商业扫地机器人的行走驱动系统。

背景技术

以人们的居家生活来说，扫地机器人的出现，使室内的清洁卫生工作可以由机器人自动完成，大大解放了劳动力，方便了人们日常的生活。关于扫地机器人，目前常见的以家用扫地机器人为主，这种扫地机器人体积小巧，智能化水平较高，能够帮助人们完成室内的大部分区域的清洁任务。从清扫效果即洁净度来看，也基本能够满足人们的预期。然而，这种扫地机器人仅仅适用于小面积室内自动化清扫，对于如商场、大型商务办公区、机场等一些场所，却存在清扫覆盖率低、续航能力不足、作业效率低的缺点，因而在该领域中的应用存在着局限性。商用扫地机器人的出现，这些家用扫地机器人所面临的不能解决的问题迎刃而解。

正如商用扫地机器人能够解决家用扫地机器人所不能解决的如清扫覆盖率低、作业效率低、续航能力不足等问题，决定了商用扫地机器人在本体结构和性能要求方面与传统家用扫地机器人存在着显著区别，比如在整机的体积、重量上会比传统家用扫地机器人大很多，对功能部件的寿命、可靠性的要求也更为严格。然而现在扫地机器人中行走驱动在商用扫地机器人这块的应用却存在着局限性，通常为了使机械结构更紧凑、噪音低、输出扭矩大，中间齿轮箱大多采用了多齿轮组塑料结构，而在商用扫地机器人行走驱动方面，由于自重较大，且通常对扫地机器人还要求具备必要的爬坡、越障、脱困等功能要求，基于常规多塑料齿轮组式的传动机构容易受到冲击的影响导致轮齿断裂，齿轮强度难保证。此外，多级齿轮组增大了整个传动机构的减速比，虽然能增大传动扭矩，但是传动机构的噪音难把控，而且机器人反向驱动时的阻力也会大大增加。因此，基于现有的多塑料齿轮组式的中间传动机构所设计的行走驱动单元并不能满足商用扫地机器人的使用要求。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种商业扫地机器人的行走驱动系统，解决了现有行走驱动机构并不能满足商用扫地机器人的实际使用工况要求，本系统输出扭矩大、噪音低、反驱阻力小，且中间传动机构的寿命、可靠性更高。

为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：

本方案提供了一种商业扫地机器人的行走驱动系统，包括减速电机、传动带组件、驱动轮组件、传动箱体、传动箱盖、转轴、第一弹簧安装架、第二弹簧安装架、拉伸弹簧、限位开关以及驱动固定座；

所述减速电机分别与所述传动带组件和所述传动箱体连接，所述传动带组件与所述驱动轮组件连接，所述驱动轮组件与所述传动箱体连接，所述传动带组件位于所述传动箱体的封闭腔体内，所述转轴同时穿过所述传动箱体和所述驱动固定座上对应的安装孔，并通过螺母锁紧，所述传动箱体相对于所述驱动固定座绕转轴上下摆动，所述第一弹簧安装架与所述传动箱体连接，所述第二弹簧安装架与所述驱动固定座连接，所述拉伸弹簧的一端挂钩与所述第一弹簧安装架连接，所述拉伸弹簧的另一端挂钩与所述第二弹簧安装架连接，所述限位开关位于所述驱动固定座的一侧面上。

进一步地，所述减速电机通过输出法兰上的螺纹孔与所述传动箱体安装端面的螺钉连接。

再进一步地，所述减速电机包括电机、行星减速器和编码器；

所述减速电机经所述行星减速器和所述传动带组件将动力传递至所述驱动轮组件上；所述行星减速器的输入端与所述电机的输出轴固定连接，所述行星减速器的输出端与所述驱动轮组件连接；所述电机与所述编码器连接。

再进一步地，所述电机为直流无刷电机；所述驱动轮组件连接为增量式光栅编码器。

再进一步地，所述传动带组件包括小带轮、大带轮、同步带、张紧轮以及调节螺杆；

所述小带轮与所述行星减速器的输出端固定连接，所述大带轮与所述驱动轮组件固定连接，所述同步带跨套在所述小带轮和大带轮的轮齿上，所述张紧轮的侧面与所述同步带的侧面相接触；所述调节螺杆调节所述张紧轮的径向移动距离，并同步改变所述同步带的松紧度。

再进一步地，所述驱动轮组件包括芯轴、2个支撑轴承、调速垫片和驱动轮；

所述芯轴的一端与所述大带轮固定连接，所述芯轴的另一端与所述驱动轮固定连接，所述支撑轴承安装在所述传动箱体上，并支撑所述芯轴；所述调速垫片套装在所述芯轴上，并位于所述大带轮和支撑轴承之间。

再进一步地，所述驱动轮包括塑料轮芯和橡胶轮齿，所述橡胶轮齿包裹在所述塑料轮芯的外圆面上。

再进一步地，所述第一弹簧安装架通过螺钉与所述传动箱体连接，所述第二弹簧安装架通过螺钉与所述驱动固定座连接。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型在机械结构上，将整个中间传动机构的传动比分配成了两级，一级传动比是基于行星减速器，二级传动比是基于传动带组件，在总传动比不变的情况下，两级划分可以减小单独由减速器充当中间传动机构所分担的传动比，从而可以降低噪音，减小机械摩擦阻力，进而减小机器人反向驱动时的阻力。

(2)本实用新型中二级传动机构采用了同步带传动，由于同步带具有一定的弹性，可以缓冲由地面对驱动轮组件的作用所传递过来的对中间传动机构的冲击影响，进而保护减速器内部的齿轮。

(3)本实用新型中驱动轮组件采用双轴承支撑的方式，提高了支撑稳定性和承载强度。

(4)本实用新型中橡胶轮齿包裹在轮芯的外圆面上，具有一定的硬度和耐磨性，齿形结构设计也使驱动轮在爬坡、越障方面优势更明显。

(5)本实用新型中传动箱体构成了一个封闭的腔体，传动带组件设置在腔体中，可以起到密封防尘的作用。

附图说明

图1为本实用新型的系统外观示意图。

图2为本实用新型的轴侧示意图。

图3为本实用新型的系统内部结构示意图。

图4本实用新型输出轴部位的剖视图。

其中，1-减速电机，101-电机，102-行星减速器，103-编码器，2-传动带组件，201-小带轮，202-大带轮，203-同步带，204-张紧轮，2041-调节螺杆，3-驱动轮组件，301-芯轴，302-支撑轴承，303-调速垫片，304-驱动轮，3041-塑料轮芯，3042-橡胶轮齿，4-传动箱体，5-传动箱盖，6-转轴，701-第一弹簧安装架，702-第二弹簧安装架，8-拉伸弹簧，9-限位开关，10-驱动固定座。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

实施例

如图1所示，本实用新型提供了一种商业扫地机器人的行走驱动系统，包括减速电机1、传动带组件2、驱动轮组件3、传动箱体4、传动箱盖5、转轴6、第一弹簧安装架701、第二弹簧安装架702、拉伸弹簧8、限位开关9以及驱动固定座10；减速电机1分别与传动带组件2和传动箱体4连接，传动带组件2与驱动轮组件3连接，驱动轮组件3与传动箱体4连接，传动带组件2位于传动箱体4的封闭腔体内，转轴6同时穿过传动箱体4和驱动固定座10上对应的安装孔，并通过螺母锁紧，传动箱体4相对于驱动固定座10绕转轴6上下摆动，第一弹簧安装架701与传动箱体4连接，第二弹簧安装架702与驱动固定座10连接，拉伸弹簧8的一端挂钩与第一弹簧安装架701连接，拉伸弹簧8的另一端挂钩与第二弹簧安装架702连接，限位开关9位于驱动固定座10的一侧面上。第一弹簧安装架701通过螺钉与传动箱体4连接，第二弹簧安装架702通过螺钉与驱动固定座10连接。

本实施例中，如图2所示，减速电机1通过输出法兰上的螺纹孔与传动箱体4安装端面的螺钉连接。减速电机1包括电机101、行星减速器102和编码器103；减速电机101经行星减速器102和传动带组件2将动力传递至驱动轮组件3上；行星减速器102的输入端与电机101的输出轴固定连接，行星减速器102的输出端与驱动轮组件3连接；电机101与编码器103连接。电机101为直流无刷电机；驱动轮组件3连接为增量式光栅编码器。

本实施例中，如图2所示，减速电机1通过输出法兰上的螺纹孔与传动箱体4的安装端面螺钉连接，包括1个电机101、1个行星减速器102和1个编码器103；为保障电机的寿命要求(通常需要保证至少能够工作两万个小时)，电机101选用的是直流无刷电机；行星减速器102的输入端与电机101的输出轴固定连接，行星减速器102输出端通过输出轴将运动传递到传动带组件3上；与常规扫地机器人行走驱动所采用的低分辨率的霍尔磁编码器不同，编码器103采用的是高分辨率的增量式光栅编码器，位置控制精度上更精确；电机101将运动输出经减速器102和传动带组件2，最终将动力传递到驱动轮组件3上。

本实施例中，如图3所示，传动带组件2包括小带轮201、大带轮202、同步带203、张紧轮204以及调节螺杆2041；小带轮201与行星减速器102的输出端固定连接，大带轮202与驱动轮组件3固定连接，同步带203跨套在小带轮201和大带轮202的轮齿上，张紧轮204的侧面与同步带203的侧面相接触；调节螺杆2041调节张紧轮204的径向移动距离，并同步改变同步带203的松紧度。

本实施例中，如图3所示，传动带组件2是由小带轮201、大带轮202、同步带203和张紧轮204组成；小带轮201与减速电机1的减速器102的输出轴固定连接，大带轮202与驱动轮组件3的芯轴301固定连接；同步带203跨套在两带轮轮齿上，张紧轮204的侧面与同步带203侧面相触，通过调节螺杆2041可以对张紧轮204的径向移动距离进行微调整，进而改变同步带203的松紧程度，减小传动间隙、防止同步带203松脱。

本实施例中，在机械结构上，将整个中间传动机构的传动比分配成了两级，一级传动比是基于减速器102，二级传动比是基于传动带组件3。通常，由于传动机构中齿轮组的高速啮合，噪音产生的部件主要来自于机构中减速机构，且减速比越大，齿轮传动时的摩擦阻力越大，噪音也就越大。本实用新型中，在总传动比不变的情况下，两级划分可以减小单独由减速器充当中间传动机构所分担的传动比，从而可以降低噪音，减小机械摩擦阻力，进而减小机器人反向驱动时的阻力。此外，二级传动机构采用了同步带传动，由于同步带203具有一定的弹性，可以缓冲由地面对驱动轮组件3的作用所传递过来的对中间传动机构的冲击影响，进而保护减速器102内部的齿轮。而且，同步带传动本身具有传动效率高、噪音低等优点，可方便对整个行走驱动单元的噪音、传动效率进行把控。

本实施例中，如图4所示，驱动轮组件3包括芯轴301、2个支撑轴承302、调速垫片303和驱动轮304；芯轴301的一端与大带轮202固定连接，芯轴301的另一端与驱动轮304固定连接，支撑轴承302安装在传动箱体4上，并支撑芯轴301；调速垫片303套装在芯轴301上，并位于大带轮202和支撑轴承302之间。驱动轮304包括塑料轮芯3041和橡胶轮齿3042，橡胶轮齿3042包裹在塑料轮芯3041的外圆面上。

本实施例中，驱动轮组件3包括1个芯轴301、2个支撑轴承302、1个调整垫片303和驱动轮304；芯轴301一端与传动带组件3中的大带轮202固定连接，一端与驱动轮304固定相连；支撑轴承302安装在传动箱体4的对应孔位上，并将芯轴301支撑，采用双轴承支撑的方式，提高了支撑稳定性和承载强度；调整垫片303套装在芯轴301上，并设置在大带轮202和支撑轴承302之间，其作用是给支撑轴承302进行轴向限位，防止芯轴302轴向窜动；驱动轮304是由ABS材质的塑料轮芯3041和橡胶轮齿3042组成，橡胶轮齿3042包裹在轮芯3041的外圆面上，具有一定的硬度和耐磨性，齿形结构设计也使驱动轮在爬坡、越障方面优势更明显。

本实施例中，传动箱盖5通过螺钉与传动箱体4固定连接，进而使传动箱体4构成了一个封闭的腔体，传动带组件2设置在腔体中，可以起到密封防尘的作用。转轴6同时穿过传动箱体4和驱动固定座10上的对应安装孔，并通过螺母锁紧；传动箱体4可相对于驱动固定座10绕轴上下摆动。传动箱体4和驱动固定座上表面设置有螺纹安装孔，弹簧安装架7通过螺钉分别与对应孔位固定连接；拉伸弹簧8的两端挂钩分别挂接在两个安装架上，且具有一定的拉伸力。当驱动轮304触地受力时，传动箱体4将绕转轴6转动，使拉伸弹簧8进一步被拉伸，进而产生驱动轮运动时所必须的对地下压力。限位开关9安装在驱动固定座10的一侧面上，当驱动轮组件3悬空时，由于受到拉伸弹簧8形变恢复力的作用，传动箱体4将绕轴反向摆动，其圆柱状侧面将触碰限位开关9的触头使其触发，从而给机器人提供一个信号反馈。最后，通过驱动固定座10上的四个安装孔可以将行走驱动模块作为一个模块化的运动部件固定安装在扫地机器人机架上。

本实施例中，本系统采用带传动组件作为二级传动机构，由于同步带具有一定的弹性，可以缓冲由地面对驱动轮的作用所传递过来的对中间传动机构的冲击影响，进而保护减速器内部的齿轮，延长整机寿命。此外，同步带传动本身具有传动效率高、噪音低等优点，可方便对整个行走驱动单元的噪音、传动效率进行控制。本系统输出扭矩大、噪音低、反向驱动阻力小，且中间传动机构耐冲击且传动效率、寿命、可靠性更高。

Claims (8)

1.一种商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，包括减速电机(1)、传动带组件(2)、驱动轮组件(3)、传动箱体(4)、传动箱盖(5)、转轴(6)、第一弹簧安装架(701)、第二弹簧安装架(702)、拉伸弹簧(8)、限位开关(9)以及驱动固定座(10)；

所述减速电机(1)分别与所述传动带组件(2)和所述传动箱体(4)连接，所述传动带组件(2)与所述驱动轮组件(3)连接，所述驱动轮组件(3)与所述传动箱体(4)连接，所述传动带组件(2)位于所述传动箱体(4)的封闭腔体内，所述转轴(6)同时穿过所述传动箱体(4)和所述驱动固定座(10)上对应的安装孔，并通过螺母锁紧，所述传动箱体(4)相对于所述驱动固定座(10)绕转轴(6)上下摆动，所述第一弹簧安装架(701)与所述传动箱体(4)连接，所述第二弹簧安装架(702)与所述驱动固定座(10)连接，所述拉伸弹簧(8)的一端挂钩与所述第一弹簧安装架(701)连接，所述拉伸弹簧(8)的另一端挂钩与所述第二弹簧安装架(702)连接，所述限位开关(9)位于所述驱动固定座(10)的一侧面上。

2.根据权利要求1所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述减速电机(1)通过输出法兰上的螺纹孔与所述传动箱体(4)安装端面的螺钉连接。

3.根据权利要求2所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述减速电机(1)包括电机(101)、行星减速器(102)和编码器(103)；

所述电机(101)经所述行星减速器(102)和所述传动带组件(2)将动力传递至所述驱动轮组件(3)上；所述行星减速器(102)的输入端与所述电机(101)的输出轴固定连接，所述行星减速器(102)的输出端与所述驱动轮组件(3)连接；所述电机(101)与所述编码器(103)连接。

4.根据权利要求3所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述电机(101)为直流无刷电机；所述驱动轮组件(3)连接为增量式光栅编码器。

5.根据权利要求4所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述传动带组件(2)包括小带轮(201)、大带轮(202)、同步带(203)、张紧轮(204)以及调节螺杆(2041)；

所述小带轮(201)与所述行星减速器(102)的输出端固定连接，所述大带轮(202)与所述驱动轮组件(3)固定连接，所述同步带(203)跨套在所述小带轮(201)和大带轮(202)的轮齿上，所述张紧轮(204)的侧面与所述同步带(203)的侧面相接触；所述调节螺杆(2041)调节所述张紧轮(204)的径向移动距离，并同步改变所述同步带(203)的松紧度。

6.根据权利要求5所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述驱动轮组件(3)包括芯轴(301)、2个支撑轴承(302)、调速垫片(303)和驱动轮(304)；

所述芯轴(301)的一端与所述大带轮(202)固定连接，所述芯轴(301)的另一端与所述驱动轮(304)固定连接，所述2个支撑轴承(302)安装在所述传动箱体(4)上，并支撑所述芯轴(301)；所述调速垫片(303)套装在所述芯轴(301)上，并位于所述大带轮(202)和2个支撑轴承(302)之间。

7.根据权利要求6所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述驱动轮(304)包括塑料轮芯(3041)和橡胶轮齿(3042)，所述橡胶轮齿(3042)包裹在所述塑料轮芯(3041)的外圆面上。

8.根据权利要求7所述的商业扫地机器人的行走驱动系统，其特征在于，所述第一弹簧安装架(701)通过螺钉与所述传动箱体(4)连接，所述第二弹簧安装架(702)通过螺钉与所述驱动固定座(10)连接。

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