CN220500492U - 一种对角驱动的万向运动底盘及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种对角驱动的万向运动底盘及机器人。该对角驱动万向运动底盘包括：两组主动轮、两组转向装置、两组万向轮和一个底板，两组所述主动轮分别安装于底板对角处的下表面，两组所述转向装置安装于底板，并与两组主动轮对应连接，以独立控制两组主动轮转向，两组所述万向轮安装于底板的另一对角处的下表面。本实用新型通过两组独立的转向装置和位于底板对角处两组独立驱动的主动轮，带动万向轮转动，使得运动底盘实现全方位运动，解决了现有技术无法在结构和驱动足够少的条件下实现直行、转弯、原地转圈等全方位运动的问题。

Description

一种对角驱动的万向运动底盘及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种对角驱动的万向运动底盘及机器人。

背景技术

随着科学技术的进步，对于机器人技术的研究越来越受到人们的重视和关注。相比较双足机器人而言，轮式运动机器人在运动速度，运行稳定性，应用范围，承载能力等多个方面都具有明显的优势，尤其是在服务机器人、巡检机器人、探测机器人等领域，轮式运动机器人的应用就更为普遍。现有大部分机器人的运动底盘多采用履带式、两轮驱动式、四轮驱动式，其中两轮驱动式因其驱动少而更节约制造成本。通常情况下，采用两轮驱动时，两组主动轮多设置为同侧，同侧设置又包括：两个前轮驱动、两个后轮驱动或同侧前后轮驱动。采用两个前轮驱动或两个后轮驱动时，当路面存在沟或坑时，同侧的两个主动轮容易同时陷入其中难以爬出；而采用同侧前后轮驱动时，需要转向电机提供更大的扭矩才能实现差速转弯，该方案对转向电机的要求较高。因此，现有技术存在无法在结构和驱动足够少的条件下实现直行、转弯、原地转圈等全方位运动的问题。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种对角驱动的万向运动底盘及机器人。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种对角驱动的万向运动底盘，包括：两组主动轮、两组转向转向电机、两组万向轮和一个底板，两组所述主动轮分别安装于底板对角处的下表面，两组所述转向装置安装于底板，并分别与两组主动轮对应连接，以独立控制主动轮转向，两组所述万向轮安装于底板的另一对角处的下表面。

作为优选，所述主动轮分别由两组相互独立的驱动装置驱动，并独立控制前进速度。

作为优选，所述主动轮为一体轮。

作为优选，所述一体轮包括轮毂、驱动装置、动力传动装置，驱动装置通过动力传动装置传动给轮毂。

作为优选，所述驱动装置包括驱动电机和驱动控制单元，所述驱动控制单元与驱动电机相连，控制驱动电机的运行状态。

作为优选，所述动力传动装置包括蜗杆、蜗轮、蜗轮同步齿轮、减速外齿轮和位于轮毂内表面的减速内齿圈，蜗杆一端与驱动电机相连，另一端与蜗轮啮合，蜗轮同步齿轮与蜗轮同步转动，与减速外齿轮相啮合，减速外齿轮与减速外齿圈啮合。

作为优选，所述转向装置包括转向电机、转向传动装置、绝对值编码器和转向控制单元，转向传动装置分别与转向电机和主动轮的轮毂相连，转向电机通过转向传动装置带动主动轮转向，转向传动装置还和绝对值编码器相连，绝对值编码器与转向控制单元相连，转向控制单元与转向电机相连，并根据绝对值编码器的数据控制转向电机进行转向。

作为优选，所述转向传动装置包括蜗杆、垂直设置的蜗轮、减速锥面齿轮，一端为锥面齿轮的传动轴和转向轮架，蜗杆一端与转向电机相连，另一端与蜗轮相啮合，减速锥面齿轮与蜗轮同步转动，与转向传动轴一端的锥面齿轮相啮合，转向传动轴与转向轮架连接，转向轮架与主动轮的轮毂相连；或所述转向传动装置包括小尺寸的主动齿轮、大尺寸的从动齿轮、减速锥面齿轮，一端为锥面齿轮的传动轴和转向轮架，主动齿轮与转向电机相连，与从动齿轮相啮合，减速锥面齿轮与从动齿轮同步转动，与转向传动轴一端的锥面齿轮相啮合，转向传动轴与转向轮架连接，转向轮架与主动轮的轮毂相连；或所述转向传动装置包括蜗杆、水平设置的蜗轮、与蜗轮同步转动的转向传动轴和转向轮架，蜗杆一端与转向电机相连，另一端与蜗轮相啮合，蜗轮与转向传动轴固定连接，转向传动轴与转向轮架连接，转向轮架与主动轮的轮毂相连。

作为优选，所述绝对值编码器与转向传动轴相连接，用于检测和记录主动轮的转向角度。

综上所述，本实用新型的有益效果在于：

1、通过在底板对角位置安装两组主动轮，带动万向轮运动，相比于采用两个前轮驱动或两个后轮驱动，更不容易陷入沟或坑内，即使陷入也更容易通过另一组主动轮脱坑而出。

2、通过在底板对角位置安装两组主动轮，带动万向轮运动，相比于采用同侧前后轮驱动，所需扭矩较小，仅采用普通转向电机即可实现差速转弯等全方位运动。

3、通过采用两组独立驱动的主动轮，相比于仅采用一个驱动装置驱动两个及以上的个主动轮，减少了变速装置和动力传动装置，节省了运动底盘的空间，减轻运动底盘的重量。

4、通过采用两组一体轮，将驱动装置和动力传动装置整合到轮毂内，进一步节约了底盘空间，有利于进行模块化设计。

5、通过采用绝对值编码器进行主动轮转向角度控制，能提高转向运动的抗干扰性和可靠性。

为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘的上表面结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘的下表面结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘进行直线前后运动时的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘进行垂直转弯后直线前后运动时的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘进行斜向前后运动时的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘进行差速转弯时的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘的一体轮结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种对角驱动的万向运动底盘的转向电机与主动轮连接方式示意图。

图中各附图标记为：

1、转向装置；2、主动轮；3、底板；4、万向轮；5、驱动电机；6、蜗杆；7、蜗轮；8、蜗轮同步齿轮；9、减速外齿轮；10、减速内齿圈；11、轮毂；12、转向电机；13、转向传动装置；14、绝对值编码器；15、转向轮架。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例对本实用新型作进一步详细描述。

参阅图2，本实用新型公布的对角驱动万向运动底盘，包括：两组主动轮2、两组转向装置1、两组万向轮4和一个底板3，两组主动轮2分别安装于底板3对角处的下表面，两组转向装置1安装于底板3，并分别与两组主动轮2对应连接，以独立控制主动轮2转向，两组万向轮4安装于底板3的另一对角处的下表面。

本实施例的一种实施方式，两组转向装置1既可安装于底板3的上表面，也可安装于底板3下表面。其中，当运动底盘的运用场景复杂、地面崎岖、地表有石子或障碍物时，为了不妨碍运动底盘运动，可以选择将转向装置1安装于底板3上表面；当运动底盘上表面需要为机器人主体的安装预留空间时，可以选择将转向装置1安装于底板3下表面。

本实施例的一种实施方式，主动轮2分别由两组相互独立的驱动装置驱动，并独立控制前进速度。

本实施例的一种实施方式，主动轮2为一体轮。

本实施例的一种实施方式，一体轮包括轮毂11、驱动装置、动力传动装置，驱动装置通过动力传动装置传动给轮毂11。

在其他实施例中，主动轮2也可以不包含驱动装置，而将驱动装置独立设置。

本实施例的一种实施方式，驱动装置包括驱动电机5和驱动控制单元，驱动控制单元与驱动电机5相连，控制驱动电机5的运行状态。

本实施例的一种实施方式，参阅图7，动力传动装置包括蜗杆6、蜗轮7、蜗轮同步齿轮8、减速外齿轮9和位于轮毂11内表面的减速内齿圈10，蜗杆6一端与驱动电机5相连，另一端与蜗轮7啮合，蜗轮同步齿轮8与蜗轮7同步转动，与减速外齿轮9相啮合，减速外齿轮9与减速外齿圈10啮合。

本实施例的一种实施方式，参阅图8，转向装置1包括转向电机12、转向传动装置13、绝对值编码器14和转向控制单元，转向传动装置13分别与转向电机12和主动轮2的轮毂11相连，转向电机12通过转向传动装置13带动主动轮2转向，转向传动装置13还和绝对值编码器14相连，绝对值编码器14与转向控制单元相连，转向控制单元与转向电机12相连，并根据绝对值编码器14的数据控制转向电机12进行转向。

本实施例的一种实施方式，转向传动装置13包括蜗杆、垂直设置的蜗轮、减速锥面齿轮，一端为锥面齿轮的传动轴和转向轮架15，蜗杆一端与转向电机12相连，另一端与蜗轮相啮合，减速锥面齿轮与蜗轮同步转动，与转向传动轴一端的锥面齿轮相啮合，转向传动轴与转向轮架15连接，转向轮架15与主动轮2的轮毂11相连；或转向传动装置13包括小尺寸的主动齿轮、大尺寸的从动齿轮、减速锥面齿轮，一端为锥面齿轮的传动轴和转向轮架15，主动齿轮与转向电机12相连，与从动齿轮相啮合，减速锥面齿轮与从动齿轮同步转动，与转向传动轴一端的锥面齿轮相啮合，转向传动轴与转向轮架15连接，转向轮架15与主动轮2的轮毂11相连；或转向传动装置13包括蜗杆、水平设置的蜗轮、与蜗轮同步转动的转向传动轴和转向轮架15，蜗杆一端与转向电机12相连，另一端与蜗轮相啮合，蜗轮与转向传动轴固定连接，转向传动轴与转向轮架15连接，转向轮架15与主动轮2的轮毂11相连。采用第一种方案的转向传动装置13，在长度和高度方向上的尺寸大于宽度方向上的尺寸，所以适用于运动底盘在宽度方向上空间较为有限而长度和高度上的空间较为充裕时；采用第二种方案的转向传动装置13，在宽度和高度方向上的尺寸大于长度方向上的尺寸，所以适用于运动底盘在长度方向上空间较为有限，宽度和高度上的空间较为充裕时；采用第三种方案的转向传动装置13，在长度和宽度方向上的尺寸大于高度方向上的尺寸，所以适用于运动底盘在高度方向上空间较为有限而长度和宽度方向上的空间较为充裕时。

本实施例的一种实施方式，绝对值编码器14与转向传动轴相连接，用于检测和记录主动轮2的转向角度。

本实用新型工作过程：

参阅图3，本实用新型公布的对角驱动万向运动底盘进行直线前后运动时，首先由两组转向装置1的转向控制单元向转向电机12发出主动轮2复位的命令，两组转向电机12启动，通过转向传动装置13分别带动底板3对角处的两组主动轮2转动到0°位置；然后由驱动装置的驱动控制单元向驱动电机5发出前进(后退)的命令，驱动电机5驱动主动轮2的轮毂11转动，主动轮2向前(向后)运动，底板3前进(后退)，万向轮4一起向前(向后)运动。当运动底盘经过有沟或坑的路面，其中一组主动轮2和同侧的万向轮4陷入沟或坑中时，另一组主动轮2的驱动电机5带动主动轮2的轮毂11转动，该组主动轮2的运动能带动运动底盘爬出沟或坑。

参阅图4，本实用新型公布的对角驱动万向运动底盘进行垂直转弯后直线前后运动时，首先由两组转向装置1的转向控制单元向转向电机12发出主动轮2垂直转向的命令，两组转向电机12启动，通过转向传动装置13分别带动底板3对角处的两组主动轮2逆时针转(顺时针)向90°，此时两组万向轮4不发生转向；然后由驱动装置的驱动控制单元向驱动电机5发出前进(后退)的命令，驱动电机5驱动主动轮2的轮毂11转动，主动轮2向前(向后)运动，底板3前进(后退)，此时，万向轮4逆时针(顺时针)转向90°，一起向前(向后)运动。在进行垂直转弯后直线前后运动时，车身主体不发生旋转，相比于进行差速转弯90°的运动，该方法可以在道路空间相当有限的条件下实现90°转弯，而不会弄倒周围的农作物或干扰周围的仪器设备。

参阅图5，本实用新型公布的对角驱动万向运动底盘进行斜向前后运动时，首先由两组转向装置1的转向控制单元向转向电机12发出主动轮2斜向转向的命令，启动两组转向电机12，转向电机12通过转向传动装置13带动对角处的主动轮2逆时针(顺时针)转动45°，此时两组万向轮4不发生转向；然后由驱动装置的驱动控制单元向驱动电机5发出前进(后退)的命令，驱动电机5驱动主动轮2的轮毂11转动，主动轮2斜向前(斜向后)运动，底板3斜向前进(斜向后退)，此时，万向轮4逆时针(顺时针)转向45°，一起斜向前(斜向后)运动。在进行斜向前后运动时，车身主体不发生旋转，相比于差速转弯运动，该方法可以在道路空间相当有限的条件下实现转弯，而不会弄倒周围的农作物或干扰周围的仪器设备。

参阅图6，本实用新型公布的对角驱动万向运动底盘进行差速转弯运动时，首先由位于弯道外侧的转向装置1的转向控制单元向转向电机12发出主动轮2快速转向360°的命令，转向电机12启动，通过转向传动装置13带动位于弯道外侧的主动轮2以较高速度进行顺时针(逆时针)转向，该主动轮2内部的驱动控制单元向驱动电机5发出以较大速度前进的命令，驱动电机5带动主动轮2的轮毂11以较大速度转动，位于弯道外侧的主动轮2以较大速度转弯前进；同时，由位于弯道内侧的转向装置1的转向控制单元向转向电机12发出主动轮2缓慢转向360°的命令，转向电机12启动，通过转向传动装置13带动位于弯道外侧的主动轮2以较低速度进行顺时针(逆时针)转向，该主动轮2内部的驱动控制单元向驱动电机5发出以较低速度前进的命令，驱动电机5带动主动轮2轮毂11以较低速度转动，位于弯道外侧的主动轮2以较低速度转弯前进，于是底板3开始差速转弯运动，并带动两组万向轮4以介于两组主动轮2之间的转向速度和前进速度开始转弯。在进行差速转弯运动时，通过调整转向角度和前进速度可以适应不同弧度和半径的弯道，实现原地转圈等运动；在道路空间充裕时，也可以通过差速转弯来实现不同角度的转弯。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，包括：两组主动轮、两组转向装置、两组万向轮和一个底板，两组所述主动轮分别安装于底板对角处的下表面，两组所述转向装置安装于底板，并分别与两组主动轮对应连接，以独立控制主动轮转向，两组所述万向轮安装于底板的另一对角处的下表面。

2.根据权利要求1所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述主动轮分别由两组相互独立的驱动装置驱动，并独立控制前进速度。

3.根据权利要求2所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述主动轮为一体轮。

4.根据权利要求3所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述一体轮包括轮毂、驱动装置、动力传动装置，驱动装置通过动力传动装置传动给轮毂。

5.根据权利要求4所述一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机和驱动控制单元，所述驱动控制单元与驱动电机相连，控制驱动电机的运行状态。

6.根据权利要求4所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述动力传动装置包括蜗杆、蜗轮、蜗轮同步齿轮、减速外齿轮和位于轮毂内表面的减速内齿圈，蜗杆一端与驱动电机相连，另一端与蜗轮啮合，蜗轮同步齿轮与蜗轮同步转动，与减速外齿轮相啮合，减速外齿轮与减速外齿圈啮合。

7.根据权利要求1所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述转向装置包括转向电机、转向传动装置、绝对值编码器和转向控制单元，转向传动装置分别与转向电机和主动轮轮毂相连，转向电机通过转向传动装置带动主动轮转向，转向传动装置还和绝对值编码器相连，绝对值编码器与转向控制单元相连，转向控制单元与转向电机相连，并根据绝对值编码器的数据控制转向电机进行转向。

8.根据权利要求7所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述转向传动装置包括蜗杆、垂直设置的蜗轮、减速锥面齿轮，一端为锥面齿轮的传动轴和转向轮架，蜗杆一端与转向电机相连，另一端与蜗轮相啮合，减速锥面齿轮与蜗轮同步转动，与转向传动轴一端的锥面齿轮相啮合，转向传动轴与转向轮架连接，转向轮架与主动轮的轮毂相连；或所述转向传动装置包括小尺寸的主动齿轮、大尺寸的从动齿轮、减速锥面齿轮，一端为锥面齿轮的传动轴和转向轮架，主动齿轮与转向电机相连，与从动齿轮相啮合，减速锥面齿轮与从动齿轮同步转动，与转向传动轴一端的锥面齿轮相啮合，转向传动轴与转向轮架连接，转向轮架与主动轮的轮毂相连；或所述转向传动装置包括蜗杆、水平设置的蜗轮、与蜗轮同步转动的转向传动轴和转向轮架，蜗杆一端与转向电机相连，另一端与蜗轮相啮合，蜗轮与转向传动轴固定连接，转向传动轴与转向轮架连接，转向轮架与主动轮的轮毂相连。

9.根据权利要求7所述的一种对角驱动的万向运动底盘，其特征在于，所述绝对值编码器与转向传动轴相连接，用于检测和记录主动轮的转向角度。

10.一种具有如权利要求1～9任意一项所述的万向运动底盘的机器人。