CN219312869U - 一种四轮八驱全方位转向机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能机器人技术领域，具体涉及一种四轮八驱全方位转向机器人底盘。针对现有四转四驱机器人底盘运动稳定性差以及路面适应能力不足的缺陷，改进后的方案包括：配套的轮胎和轮毂电机，以及与轮毂电机对应的摇摆臂悬挂组件；摇摆臂悬挂组件包括摇摆臂、减震器，以及与轮毂电机对应的电机轴固定座；减震器的一端与摇摆臂远离地面的一端转动连接，并且减震器的另一端与电机轴固定座转动连接；摇摆臂悬挂组件还包括限定电机轴固定座沿着铅锤方向上行或下移的方向限定组件。采用改进后的方案，可以优化底盘的运动稳定性能，还可以提升底盘的路面适应能力。

Description

一种四轮八驱全方位转向机器人底盘

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，更具体地说，涉及一种四轮八驱全方位转向机器人底盘。

背景技术

随着新技术如人工智能和物联网的不断发展以及工业4.0时代的到来，越来越多的轮式机器人开始在物流、仓储、巡逻以及安全监控等不同工作环境下作业。

目前，市面常见的轮式机器人底盘有两轮、四轮以及六轮等形式。其中，四轮非四驱的机器人底盘大多存在有里程偏差、转向幅度较大、机动性能与适应性相对较差等问题。工程人员为解决前述问题，提出四转四驱式移动机器人底盘，该类型底盘可以实现四轮独立驱动，灵活性高。然而，现有的四转四驱式机器人底盘的零件种类复杂、零件数量多，导致加工成本高昂且后期检查及维修难度大，同时底盘的可靠性差，路面适应性不如人意；此外，在室外环境工作时，现有的四转四驱式机器人底盘在防水防尘方面的性能较差，杂质容易进到底盘的内部、进而侵蚀内部的器件，进而加速了整个设备的老化。

图8-图10示出一种四转四驱机器人底盘，其中：

图8是四转四驱机器人底盘的爆炸图，图9是四转四驱机器人底盘的驱动机构的爆炸图，图10是减震件的结构示意图；

从图8可以看到四转四驱机器人底盘的整体结构，其驱动机构包括旋转驱动模块31、减震模块32和连接件33，旋转驱动模块31通过连接件33与减震模块32连接，车轮4安装在减震模块32上并与其驱动连接；从图9和图10可以更具体地看出，减震模块32包括支架321和减震件322，减震件322安装在支架321上，连接件33还包括联动件333，连接件33内部贯通，联动件333安装于连接件33内，且联动件333的一端与传动组313远离驱动电机312的一端驱动连接，另一端与支架321固定连接，车轮4与减震件322可拆卸连接；减震件322一端上包括缓冲件323和连杆324，缓冲件323一端与减震件322转动连接，另一端与车轮4可拆卸连接，连杆324一端与缓冲件323转动连接，另一端与支架321转动连接。

上述的四转四驱机器人底盘在颠簸路面上行驶时，车轮轴会随着缓冲件323摆动，运动稳定性差，路面适应能力不足。

因此，仍需对现有机器人底盘进行结构优化，以解决运动稳定性差和路面适应能力不足的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有四转四驱机器人底盘运动稳定性差以及路面适应能力不足的缺陷，提供一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，以优化运动稳定性能，提升路面适应能力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，包括配套的轮胎和轮毂电机，以及与所述轮毂电机对应的摇摆臂悬挂组件；

所述摇摆臂悬挂组件包括摇摆臂、减震器，以及与所述轮毂电机对应的电机轴固定座；所述减震器的一端与所述摇摆臂远离地面的一端转动连接，并且所述减震器的另一端与所述电机轴固定座转动连接；

其中，所述摇摆臂悬挂组件还包括限定所述电机轴固定座沿着铅锤方向上行或下移的方向限定组件。

优选的，所述方向限定组件包括滑动连接的直轨、滑动件；

所述直轨和所述滑动件，或是分别固定在所述摇摆臂、所述电机轴固定座上，或是分别固定在所述电机轴固定座、所述摇摆臂上。

优选的，所述电机轴固定座是角码；所述滑动件是带法兰的直线轴承；所述滑动件穿设并固定在所述电机轴固定座上；所述滑动件的法兰与所述电机轴固定座远离地面的一侧贴合。

优选的，所述方向限定组件设置有两组，且两组所述方向限定组件关于所述减震器呈对称分布。

优选的，所述减震器和所述电机轴固定座，二者中至少有一者与所述轮毂电机的电机轴居中对齐。

优选的，所述摇摆臂悬挂组件还包括驱动所述摇摆臂转动的转向组件；

所述一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括底盘骨架、器件安装板；所述器件安装板位于所述底盘骨架内，并且与所述底盘骨架固定连接；所述转向组件安装在所述底盘骨架上；

所述一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括安装在所述器件安装板上的主控板；所述轮毂电机和所述转向组件，均受所述主控板控制。

优选的，所述转向组件包括转向电机、与所述转向电机驱动连接的减速器、固定所述减速器的减速器固定座，以及带动所述摇摆臂随所述减速器的输出端做同向转动的传动组件；所述减速器固定座与所述底盘骨架固定。

优选的，所述一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括容纳所述底盘骨架的下壳、笼罩所述底盘骨架和所述下壳的开口端的上罩；所述下壳和所述上罩，二者均与所述底盘骨架固定。

优选的，所述传动组件包括与所述减速器固定座转动连接的传动轴、驱动连接所述传动轴的端部和所述减速器的输出端的联动件；所述传动轴远离所述减速器的一端与所述摇摆臂固定；

所述摇摆臂悬挂组件设置有四组，且四组所述摇摆臂悬挂组件在所述底盘骨架上呈矩阵排列。

本实用新型的有益效果在于：与现有的四转四驱机器人底盘相比，优化了底盘的运动稳定性能，也提升了底盘的路面适应能力。具体的，

底盘在行进过程中，若遇到颠簸路况，轮胎在与路面相互挤压或碰撞的过程中，轮胎会受到向上的推挤力，此时轮胎、轮毂电机、电机轴固定座和摇摆臂会同步上移，在方向限定组件的作用下，四者都沿着铅锤方向上行、不会发生摆动，降低了底盘的侧倾程度，使得底盘有更理想的可靠性，很好地适应多样、复杂的路况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本实用新型的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘的轴测图；

图2是本实用新型的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘的俯视图；

图3是沿图2中A-A切开的剖切图；

图4是沿图2中B-B切开的剖切图；

图5是本实用新型的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘的安装示意图(摇摆臂悬挂组件、轮胎和轮毂电机)；

图6是本实用新型的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘中摇摆臂悬挂组件的结构示意图；

图7是本实用新型的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘的又一安装示意图(摇摆臂悬挂组件、轮胎和轮毂电机)；

图8-图10是现有四转四驱机器人底盘的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，如图1-图7所示，包括：

配套的轮胎100′和轮毂电机101′，以及与轮毂电机101′对应的摇摆臂悬挂组件102′；

更具体的，摇摆臂悬挂组件102′包括摇摆臂103′、减震器104′，以及与轮毂电机101′对应的电机轴固定座105′；减震器104′的一端与摇摆臂103′远离地面的一端转动连接，并且减震器104′的另一端与电机轴固定座105′转动连接；

特别是，摇摆臂悬挂组件102′还包括限定电机轴固定座105′沿着铅锤方向上行或下移的方向限定组件106′。

上述方案与现有的四转四驱机器人底盘相比，优化了底盘的运动稳定性能，也提升了底盘的路面适应能力。具体的：

底盘在行进过程中，若遇到颠簸路况，轮胎100′在与路面相互挤压或碰撞的过程中，轮胎100′会受到向上的推挤力，此时轮胎100′、轮毂电机101′、电机轴固定座105′和摇摆臂103′会同步上移，在方向限定组件106′的作用下，四者都沿着铅锤方向上行、不会发生摆动，降低了底盘的侧倾程度，使得底盘有更理想的可靠性，很好地适应多样、复杂的路况。

如图5-图6所示，方向限定组件106′包括滑动连接的直轨107′、滑动件108′；

直轨107′和滑动件108′，

或是分别固定在摇摆臂103′、电机轴固定座105′上，即直轨107′和摇摆臂103′固定、滑动件108′与电机轴固定座105′固定；

或是分别固定在电机轴固定座105′、摇摆臂103′上，即直轨107′和电机轴固定座105′固定、滑动件108′与摇摆臂103′固定。

采用上述结构，进行导向时，运动精度高，摩擦小，底盘可靠性好；同时，该结构方便安装。

需要说明的是，方向限定组件包括但不限于上述的直轨及滑动件组合，还可以是凸块及槽组合，槽可以是方形槽或燕尾槽，凸块的形状与槽的形状匹配。

如图5-图6所示，电机轴固定座105′是角码；滑动件108′是带法兰的直线轴承；滑动件108′穿设并固定在电机轴固定座105′上；滑动件108′的法兰与电机轴固定座105′远离地面的一侧贴合。

采用上述结构，进一步提高了底盘的可靠性。具体的，电机轴固定座105′向上移动时，始终会托住滑动件108′，电机轴固定座105′与滑动件108′的接触面积大，电机轴固定座105′和滑动件108′的受力都更为均匀，可以有更长的使用寿命和更佳的导向性能。优选的，直线轴承为工程塑料直线轴承，具有自润滑特性；优选的，直线轴承为双切边直线轴承，可以节省安装空间。

需要说明的是，滑动件108′包括但不限于上述的直线轴承，还可以是滑块。当滑动件108′为直线轴承时，直轨107′为光轴，优选的，光轴的表面镀铬；当滑动件108′为滑块时，直轨107′为直线导轨。

如图6所示，方向限定组件106′设置有两组，且两组方向限定组件106′关于减震器104′呈对称分布。电机轴固定座105′沿着铅锤方向上行或下移时，两侧都有导向，避免了仅一侧受导向时容易卡顿的情况，也即导向效果更为顺畅，使得电机轴固定座105′的运动更为平稳，缓冲减震效果优越，底盘性能更为稳定。

如图5-图6所示，减震器104′和电机轴固定座105′，二者中至少有一者与轮毂电机101′的电机轴居中对齐。轮毂电机101′的电机轴顶推电机轴固定座105′时，居中对齐的位置关系，可以使力的方向在同一铅锤面上，很大程度地避免电机轴固定座105′的弯曲变形，保障电机轴固定座105′有正常的形态对减震器104′施力和承受轮毂电机101′的电机轴的顶推力，使得底盘可以长期保持良好的工作状态。

如图5-图6所示，摇摆臂悬挂组件102′还包括驱动摇摆臂103′转动的转向组件109′；

一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括底盘骨架110′、器件安装板111′；器件安装板111′位于底盘骨架110′内，并且与底盘骨架110′固定连接；转向组件109′安装在底盘骨架110′上；

一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括安装在器件安装板111′上的主控板120′；轮毂电机101′和转向组件109′，均受主控板120′控制。

采用上述结构，转向组件109′和轮毂电机101′的控制互相独立，二者均由主控板120′直接控制，简化控制过程，减少能量损失，使得控制更为精准和高效，从而摇摆臂103′的转向和轮毂电机101′的转动更为灵活，拓展了复杂路况下机器人底盘的适用场景。

如图5所示，转向组件109′包括转向电机112′、与转向电机112′驱动连接的减速器113′、固定减速器113′的减速器固定座114′，以及带动摇摆臂103′随减速器113′的输出端做同向转动的传动组件115′；减速器固定座114′与底盘骨架110′固定。

采用上述结构，具有以下优点：

一、提供转向力的结构部分很简单；

二、减速器113′和转向电机112′的驱动连接或配合紧密，可以长期稳定地进行驱动，转向扭力大，同时，紧密的配合可以防止产生异响，静音效果明显。

三、运动精度高。

如图1-图4所示，一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括容纳底盘骨架110′的下壳116′、笼罩底盘骨架110′和下壳116′的开口端的上罩117′；下壳116′和上罩117′，二者均与底盘骨架110′固定。通过上罩117′和下壳116′的配合，可以保护底盘骨架110′和底盘骨架110′内的器件，起到防水和防尘作用。此外，上罩117′和下壳116′的开口端不接触，二者之间的空间方便底盘骨架110′内的器件散热，使得器件可以长期保持良好性能。

如图5所示，传动组件115′包括与减速器固定座114′转动连接的传动轴118′、驱动连接传动轴118′的端部和减速器113′的输出端的联动件119′；传动轴118′远离减速器113′的一端与摇摆臂103′固定；

摇摆臂悬挂组件102′设置有四组，且四组摇摆臂悬挂组件102′在底盘骨架110′上呈矩阵排列。

采用上述结构，机器人底盘就含有四组摇摆臂悬挂组件102′，而每组摇摆臂悬挂组件102′都包含有两种驱动形式：1、在水平面上转动(即摇摆臂103′的转动)；2、在铅锤面上转动(即轮胎100′的转动)。因此，机器人底盘即为四轮八驱底盘，可以实现全方位的移动，具备高机动性，负载能力强，成本低，应用前景广阔。

其中，联动件119′包括但不限于万向节和连轴器。图5中所示出的为联轴器。

上述方案中，底盘的组成部分包括：

一、电控部分，包括主控板120′、跟转向电机112′对应的驱动器121′、电池123′，主控板120′可以接收外界的控制信号，并将控制信号传送给驱动器121′，进而控制转向电机112′和轮毂电机101′的工作状态如转动方向和转动速度；

二、车身部分，包括底盘骨架110′、器件安装板111′、上罩117′、下壳116′，可在底盘骨架110′上安装对主控板120′进行散热、降温的风扇122′，器件安装板111′可用于安装主控板120′、驱动器121′和电池123′；

三、悬架部分，包括：

摇摆臂103′，可以一体成型，也可以由多个部分组成，如摇摆臂上部124′、摇摆臂中部125′、摇摆臂下部126′，各部分通过螺钉进行固定；

减震器104′、减震器连接轴(图中未示出)及减震器固定座128′，减震器104的一端通过减震器连接轴(图中未示出)和减震器固定座128′连接到摇摆臂103′的上部(也即远离地面的一端)，减震器104′的另一端通过减震器连接轴(图中未示出)和减震器固定座128′连接到电机轴固定座105′；

方向限定组件106′，该组件可以是镀铬光轴、双切边工程塑料直线轴承的组合，镀铬光轴和摇摆臂103′通过螺钉进行固定，底盘在不平坦的路面行驶时，轮体所受的压力会传递给电机轴固定座105′，又因为电机轴固定座105′和双切边工程塑料直线轴承联动，因此，双切边工程塑料直线轴承会顺着镀铬光轴上下滑动，减震器104′受挤压，会将所受压力转换为弹性势能，后续再将弹性势能释放，从而达到减震的效果。

四、驱动部分，包括：

转向组件109′，包括转向电机112′、减速器113′、减速器固定座114′、传动组件115′，传动组件115′可以是联轴器、传动轴118′、精密锁紧螺母129′、轴承(图中未示出)的组合，转向电机112′输出的转速，经由减速器113′的调整，变成合适的转速，减速器113′通过联轴器将动力传递到传动轴118′上，传动轴118′带动摇摆臂103′转动，摇摆臂103′可做360°转动，摇摆臂103′同时会通过镀铬光轴和双切边工程塑料直线轴承，带动电机轴固定座105′转动，从而使得轮体可以360°转向；

轮体，包括轮毂电机101′、轮胎100′；

具体的驱动过程是，轮胎100′的转动通过安装在其内部的轮毂电机101′实现，轮体的转向通过转向组件109′实现，实现底盘的全方位移动。

通过四组轮毂电机101′和四组转向组件109′，可以根据底盘的轮距和轴距，选择合适的运动模型，实现零转弯半径全方位多模态移动，能够在处于室外环境且无人操作的条件下，自主实现建模和导航；此外，采用本实用新型所提供的悬架部分，可以有更高的离地间隙，底盘能够同时适应室内室外的复杂环境，具有超强的灵活性，可以很好地完成不同工作任务。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，包括配套的轮胎和轮毂电机，以及与所述轮毂电机对应的摇摆臂悬挂组件；

所述摇摆臂悬挂组件包括摇摆臂、减震器，以及与所述轮毂电机对应的电机轴固定座；所述减震器的一端与所述摇摆臂远离地面的一端转动连接，并且所述减震器的另一端与所述电机轴固定座转动连接；

其特征在于，所述摇摆臂悬挂组件还包括限定所述电机轴固定座沿着铅锤方向上行或下移的方向限定组件。

2.根据权利要求1所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，

所述方向限定组件包括滑动连接的直轨、滑动件；

所述直轨和所述滑动件，或是分别固定在所述摇摆臂、所述电机轴固定座上，或是分别固定在所述电机轴固定座、所述摇摆臂上。

3.根据权利要求2所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，所述电机轴固定座是角码；所述滑动件是带法兰的直线轴承；所述滑动件穿设并固定在所述电机轴固定座上；所述滑动件的法兰与所述电机轴固定座远离地面的一侧贴合。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，所述方向限定组件设置有两组，且两组所述方向限定组件关于所述减震器呈对称分布。

5.根据权利要求4所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，所述减震器和所述电机轴固定座，二者中至少有一者与所述轮毂电机的电机轴居中对齐。

6.根据权利要求1所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，

所述摇摆臂悬挂组件还包括驱动所述摇摆臂转动的转向组件；

所述一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括底盘骨架、器件安装板；所述器件安装板位于所述底盘骨架内，并且与所述底盘骨架固定连接；所述转向组件安装在所述底盘骨架上；

所述一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括安装在所述器件安装板上的主控板；所述轮毂电机和所述转向组件，均受所述主控板控制。

7.根据权利要求6所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，

所述转向组件包括转向电机、与所述转向电机驱动连接的减速器、固定所述减速器的减速器固定座，以及带动所述摇摆臂随所述减速器的输出端做同向转动的传动组件；所述减速器固定座与所述底盘骨架固定。

8.根据权利要求6或7所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，所述一种四轮八驱全方位转向机器人底盘还包括容纳所述底盘骨架的下壳、笼罩所述底盘骨架和所述下壳的开口端的上罩；所述下壳和所述上罩，二者均与所述底盘骨架固定。

9.根据权利要求7所述的一种四轮八驱全方位转向机器人底盘，其特征在于，

所述传动组件包括与所述减速器固定座转动连接的传动轴、驱动连接所述传动轴的端部和所述减速器的输出端的联动件；所述传动轴远离所述减速器的一端与所述摇摆臂固定；

所述摇摆臂悬挂组件设置有四组，且四组所述摇摆臂悬挂组件在所述底盘骨架上呈矩阵排列。

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