CN220483446U - 自平衡机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自平衡机器人，包括：底盘、行走机构、升降机构以及控制处理器。行走机构位于底盘的底部，用于控制底盘的运动方向；升降机构与底盘和行走机构配合安装，用于带动行走机构的升降；控制处理器用于基于底盘的姿态控制升降机构以抬升或降低行走机构的高度以使得底盘始终保持水平状态。本实用新型的自平衡机器人，通过控制处理器检测底盘的姿态，并基于底盘的姿态控制行走机构和升降机构，通过行走机构控制底盘的运动方向，通过升降机构控制行走机构的升降，以使得底盘在不平稳路况下运动时，依然能保持处于水平状态，保证底盘上的载物能被平稳的送达目的地。

Description

自平衡机器人

技术领域

本实用新型是关于机器人技术领域，特别是关于一种自平衡机器人。

背景技术

传统服务型机器人提供服务过程中，遇到不平稳的路面或者上、下坡时，底盘会出现一定的倾斜，从而无法保证底盘上的装载物被平稳地送到目的。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自平衡机器人，其能够始终保持底盘处于水平状态，保证底盘上的装载物被平稳地送到目的。

为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种自平衡机器人，包括：底盘、行走机构、升降机构以及控制处理器。

行走机构位于底盘的底部；升降机构与底盘和行走机构配合安装；控制处理器用于基于底盘的姿态控制行走机构和升降机构，以通过行走机构控制底盘的运动方向，通过升降机构控制行走机构的升降使得底盘始终保持水平状态。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述行走机构包括主动行走机构、或者主动行走机构和从动行走机构。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述主动行走机构包括行走轮、行走驱动组件和转弯驱动组件，所述行走驱动组件与行走轮配合安装，所述行走驱动组件用于控制行走轮的转动，所述转弯驱动组件与行走驱动组件配合安装，所述转弯驱动组件用于通过控制行走驱动组件的转动。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述行走驱动组件包括第一支架和行走电机，所述行走轮转动安装于第一支架上，所述行走电机安装于第一支架上，所述行走电机用于驱动行走轮转动。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述转弯驱动组件包括第二支架和转弯电机，所述第二支架与行走驱动组件转动安装，所述转弯电机安装于第二支架上，所述转弯电机用于驱动行走驱动组件转动。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述从动行走机构包括第三支架和安装于第三支架上的万向轮。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述控制处理器包括姿态检测模块、单片机和运动控制器，所述姿态检测模块用于检测底盘的姿态并输出姿态信号，所述单片机基于姿态信号通过运动控制器控制升降机构和行走机构工作。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述主动行走机构设置有三个、或者主动行走机构和从动行走机构一共设置有三个。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述升降机构的数量等于主动行走机构的数量、或者升降机构的数量等于主动行走机构和从动行走机构的数量之和。

在本实用新型的一个或多个实施例中，所述升降机构设置有一个或两个以对应控制三个主动行走机构中的一个或两个、或者所述升降机构设置有一个或两个以对应控制总数为三个的主动行走机构和从动行走机构中的一个或两个。

与现有技术相比，根据本实用新型的自平衡机器人，通过控制处理器实时检测底盘的姿态，并基于底盘的姿态控制行走机构和升降机构，以通过行走机构控制底盘的运动方向，通过升降机构控制行走机构的升降，以使得底盘在不平稳路况下运动时，依然能保持处于水平状态，保证底盘上的载物能被平稳的送达目的地。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的自平衡机器人的行走示意图。

图2是根据本实用新型一实施例的自平衡机器人的结构示意图。

图3是根据本实用新型一实施例的自平衡机器人的部分结构示意图。

图4是根据本实用新型一实施例的自平衡机器人的控制系统图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施例进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施例的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件，或与另一元件“相连”，或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种自平衡机器人，包括：底盘10、行走机构、升降机构30以及控制处理器40。

行走机构位于底盘10的下方，行走机构用于控制底盘10的运动方向。本实施例中的行走机构为主动行走机构20。

在本实施例中，主动行走机构20设置有三个。三个主动行走机构20呈三角形布设。在其他实施例中，主动行走机构20的数量也可以根据需要设置一个、两个或者四个以上。主动行走机构20根据数量可以选择一字排开、两两并排或者呈正方形、长方形、三角形等阵列布设，也可以呈不规则形状布设。

具体的，主动行走机构20包括行走轮21、行走驱动组件和转弯驱动组件。行走驱动组件与行走轮21配合安装，转弯驱动组件与行走驱动组件配合安装。行走驱动组件用于控制行走轮21转动，转弯驱动组件用于通过控制行走驱动组件转动，基于行走驱动组件和转弯驱动组件两者的控制，使得行走轮21能够保持直线行走或者转弯。

如图3所示，行走驱动组件主要包括第一支架221和行走电机222。行走轮21可以选择采用转轴、轴套、轴承等安装件转动安装于第一支架221上，行走电机222安装于第一支架221上，行走电机222的输出轴与行走轮21配合安装，行走电机222用于驱动行走轮21以它的圆心为旋转中心而转动，通过三个行走轮21的转动能够实现底盘10的前进或者后退。

如图3所示，转弯驱动组件主要包括转弯电机231。

转弯电机231可以安装在升降机构30上；也可以多设置一个第二支架232，转弯电机231则安装于第二支架232。

若不设置第二支架232，则第一支架221与升降机构30可以选择采用转轴、轴套、轴承等安装件转动配合安装，转弯电机231的输出轴与第一支架221通过齿轮组(如直齿轮、斜齿轮)配合安装，通过转弯电机231带动第一支架221转动以改变行走轮21的前进方向。例如，升降机构30上安装有轴承，第一支架221的顶部通过转轴与轴承配合安装，转轴上安装有第一齿轮，转弯电机231的输出轴上安装有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮相啮合，在转弯电机231的输出轴转动时，则带动第一齿轮、第二齿轮和转轴相继转动，最终实现第一支架221和行走轮21以垂直于水平面的轴线为旋转轴而转动。

在其他实施例中，转弯驱动组件的结构以及转弯驱动组件与行走驱动组件、升降机构30之间的传动连接结构并不限于上述描述的结构。在满足有转弯电机231的基础上，可以通过其他传动结构将转弯电机231、行走驱动组件和升降机构30相互配合安装，实现行走轮21能够以垂直于水平面的轴线为旋转轴而转动。另外，在其他实施例中，也可以采用气缸来代替转弯电机231，由于气缸的工作原理，所以气缸和行走驱动组件之间的传动连接结构也需要进行适应性改变。

如图3所示，若设置第二支架232，则可以将第二支架232与升降机构30进行固定，转弯电机231固定于第二支架232上，第二支架232则与第一支架221之间选择采用转轴、轴套、轴承等安装件转动配合安装，转弯电机231则通过上述的安装件连接结构带动第一支架221和行走轮21以垂直于水平面的轴线为旋转轴而转动。

如图3所示，第二支架232包括上层板2321、下层板2322、导向轴2323、以及导向轴套2324。导向轴2323的一端与上层板2321相连，导向轴套2324安装于下层板2322上，导向轴2323的另一端穿过导向轴套2324和下层板2321，通过导向轴2323配合导向轴套2324能够实现在行走驱动组件升降时对行走驱动组件进行导向。

下层板2322与第一支架221之间选择采用转轴、轴套、轴承等安装件转动配合安装，转弯电机231安装于下层板2322上，下层板2322与第一支架221之间的转轴上与转弯电机231的输出轴上设置有相啮合的齿轮组。

在其他实施例中，导向轴套2324也可以安装在上层板2321上。另外，也可以只设置上层板2321或下层板2322，舍弃导向轴2323、以及导向轴套2324。转弯电机231与第一支架221之间的传动方式也并不限于图3中示出的方式，比如可以采用曲柄连杆结构。

在其他实施例中，第二支架232也可以采用其他结构实现。

如图1和图2所示，升降机构30与底盘10和行走机构配合安装，升降机构30用于带动行走机构20的升降。升降机构30安装于底盘10和行走机构20之间。

在本实施例中，升降机构30采用气缸作为主要部件，气缸的伸缩杆与第二支架232固定安装。

在本实施例中，升降机构30的数量等于主动行走机构20的数量。在其他实施例中，升降机构30可以设置有一个或两个以对应控制三个主动行走机构20中的一个或两个。

如图1所示，控制处理器40用于基于底盘10的姿态控制升降机构30以抬升或降低行走机构的高度以使得底盘10始终保持水平状态。控制处理器40用于基于底盘10的姿态控制行走机构和升降机构30，通过行走机构控制底盘10的运动方向，通过升降机构30控制行走机构的升降使得底盘10始终保持水平状态。

如图4所示，控制处理器40包括姿态检测模块41、单片机42和运动控制器43。姿态检测模块41用于检测底盘10的姿态并输出姿态信号，单片机42基于姿态信号通过运动控制器44控制升降机构30和行走机构工作。

底盘10的姿态主要是指底盘10的侧倾角、俯仰角、速度和加速度等信息。通常采用惯性导航或者陀螺等传感器来测得这些参量。

具体的，在行走轮21直线行走时，姿态检测模块41实时反馈输出姿态信号，通过单片机42实时控制运动控制器44以调整转弯电机231的角度，保证底盘10整体运动处于直线行驶状态。在转弯时，姿态检测模块41实时反馈输出姿态信号，通过单片机42实时控制运动控制器44以调整转弯电机231输出轴转动的角度，转弯完成后，控制转弯电机231让底盘10处于直线行驶状态。在底盘10行走在不平稳路面时，姿态检测模块41不断检测底盘10当前运动状态，根据姿态检测结果，通过升降机构30带动行走轮21升降从而将底盘10控制在水平状态。

实施例2

在本实施例中，行走机构包括主动行走机构20和从动行走机构。主动行走机构20和从动行走机构的数量加起来一共设置有三个。优选的，主动行走机构20设置一个，从动行走机构设置两个。在其他实施例中，主动行走机构20和从动行走机构的数量加起来可以超过三个，且从动行走机构可以设置一个或超过两个，主动行走机构20设置两个以上。

从动行走机构包括第三支架和安装于第三支架上的万向轮。第三支架和底盘10配合安装。

在本实施例中，升降机构30设置有一个或两个以对应控制总数为三个的主动行走机构20和从动行走机构20中的一个或两个，即升降机构30可以带动主动行走机构20升降，也可以带动从动行走机构升降。若主动行走机构20和从动行走机构20的总数大于三个，升降机构30可以相应增加。在其他实施例中，升降机构30的数量等于主动行走机构20和从动行走机构20的数量之和。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种自平衡机器人，其特征在于，包括：

底盘；

行走机构，位于底盘的下方，所述行走机构包括主动行走机构、或者主动行走机构和从动行走机构；

升降机构，与底盘和主动行走机构配合安装或者与底盘、主动行走机构及从动行走机构配合安装；以及

控制处理器，用于基于底盘的姿态控制行走机构和升降机构，以通过行走机构控制底盘的运动方向，通过升降机构控制行走机构的升降使得底盘始终保持水平状态，所述控制处理器包括姿态检测模块、单片机和运动控制器，所述姿态检测模块用于检测底盘的姿态并输出姿态信号，所述单片机基于姿态信号通过运动控制器控制升降机构和主动行走机构工作。

2.如权利要求1所述的自平衡机器人，其特征在于，所述主动行走机构包括行走轮、行走驱动组件和转弯驱动组件，所述行走驱动组件与行走轮配合安装，所述行走驱动组件用于控制行走轮的转动，所述转弯驱动组件与行走驱动组件配合安装，所述转弯驱动组件用于控制行走驱动组件的转动。

3.如权利要求2所述的自平衡机器人，其特征在于，所述行走驱动组件包括第一支架和行走电机，所述行走轮转动安装于第一支架上，所述行走电机安装于第一支架上，所述行走电机用于驱动行走轮转动。

4.如权利要求2所述的自平衡机器人，其特征在于，所述转弯驱动组件包括转弯电机，所述转弯电机与行走驱动组件配合安装，所述转弯电机用于驱动行走驱动组件转动。

5.如权利要求1所述的自平衡机器人，其特征在于，所述从动行走机构包括第三支架和安装于第三支架上的万向轮。

6.如权利要求1所述的自平衡机器人，其特征在于，所述主动行走机构设置有三个、或者主动行走机构和从动行走机构一共设置有三个。

7.如权利要求1或6所述的自平衡机器人，其特征在于，所述升降机构的数量等于主动行走机构的数量、或者升降机构的数量等于主动行走机构和从动行走机构的数量之和。

8.如权利要求6所述的自平衡机器人，其特征在于，所述升降机构设置有一个或两个以对应控制三个主动行走机构中的一个或两个、或者所述升降机构设置有一个或两个以对应控制总数为三个的主动行走机构和从动行走机构中的一个或两个。