CN220548944U - 一种轮式机器人及其行走控制机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种行走控制机构，包括驱动模块和转向模块，驱动模块包括与轮式机器人的轮毂电机电连接的驱动控制PCB，转向模块包括转向壳体、设置于转向壳体内的转向控制组件，驱动控制PCB安装于转向壳体内，转向控制组件的输出端与轮式机器人的滚轮相连。如此，通过驱动控制PCB和转向控制组件共同实现对轮式机器人的行走控制，并合理利用转向壳体内的剩余空间来安装驱动模块中的驱动控制PCB，从而将驱动控制PCB集成在转向模块中，使得驱动控制PCB不再单独安装在车体上，进而不再单独占用车体安装空间，因此能够减小对车体安装空间的占用，有利于电子元器件在车体上的布局规划。本实用新型还公开一种轮式机器人，其有益效果如上所述。

Description

一种轮式机器人及其行走控制机构

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种行走控制机构。本实用新型还涉及一种轮式机器人。

背景技术

随着机器人产业的逐渐发展，机器人产品应用日益广泛。其中，轮式机器人由于运行速度快、噪音低、效率高、越障能力强、地形适应性强等优点而成为主流。

轮式机器人的主体部分可以划分为两大块，即机身和底盘总成。其中，机身主要用于安装电子元器件和承载物品，而底盘总成主要用于通过滚轮或轮胎等实现行走和转向。同时，轮式机器人按运动方式可以分为差速机器人、阿克曼转向机器人以及四轮四转机器人等。

目前，轮式机器人主要采用四轮四转机器人结构。四轮四转机器人的底盘总成主要包括4个滚轮、4个轮毂电机，以及驱动模块和转向模块等。其中，驱动模块主要用于通过驱动控制PCB控制4个轮毂电机的工作状态，如转速、正反转、制动等，从而分别控制4个滚轮的滚动状态；而转向模块主要用于控制各个滚轮的滚动方向，比如左转、右转、回旋等。

在现有技术中，由于滚轮上的安装空间极小，通常只够安装轮毂电机，导致驱动模块中的驱动控制PCB无法直接安装在滚轮或轮毂上，只能安装在车体上的电池仓内，并且，为避免驱动控制PCB与电池仓内安装的电池或其它电子元器件产生触碰或短路导致损坏，通常还会在车体安装空间内增设控制盒来专门安装驱动控制PCB，如此导致驱动控制PCB大幅挤占了车体安装空间，导致电池仓等部件的安装空间被迫缩小，进而导致电池容量变小、轮式机器人的续航变短，并且，安装在车体上的其它电子元器件的布局规划更加困难。

因此，如何减小对车体安装空间的占用，有利于电子元器件在车体上的布局规划，是本领域技术人员面临的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种行走控制机构，能够减小对车体安装空间的占用，有利于电子元器件在车体上的布局规划。本实用新型的另一目的是提供一种轮式机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种行走控制机构，包括驱动模块和转向模块，所述驱动模块包括与轮式机器人的轮毂电机电连接的驱动控制PCB，所述转向模块包括转向壳体、设置于所述转向壳体内的转向控制组件，所述驱动控制PCB安装于所述转向壳体内，所述转向控制组件的输出端与轮式机器人的滚轮相连。

优选地，所述驱动控制PCB的数量与所述轮毂电机的数量相同，且各所述驱动控制PCB分别与各自对应的所述轮毂电机形成电连接。

优选地，所述转向控制组件包括转向电机、与所述转向电机的输出轴动力连接的传动组件、与所述传动组件的输出端动力连接的转向轴，所述转向轴与所述滚轮相连。

优选地，所述驱动控制PCB与所述转向电机电连接，以对所述转向电机供电和通信。

优选地，所述转向电机的输出轴与所述转向轴在所述转向壳体内呈平行分布。

优选地，所述传动组件包括与所述转向电机的输出轴相连的主动齿轮和与所述主动齿轮啮合的从动齿轮，所述从动齿轮固定在所述转向轴上。

优选地，所述转向控制组件还包括套接于所述转向轴上的轴承组件，所述轴承组件在所述转向轴上的套接位置相比于所述从动齿轮在所述转向轴上的固定位置更靠近所述转向壳体的内部。

优选地，所述转向壳体包括第一安装腔和第二安装腔，所述转向电机安装于所述第一安装腔内，所述转向轴及所述驱动控制PCB均安装于所述第二安装腔内。

优选地，所述第二安装腔内设置有支撑凸台和若干个连接点位，所述转向轴安装于所述支撑凸台内，所述驱动控制PCB同时与各所述连接点位相连。

本实用新型还提供一种轮式机器人，包括车体和与所述车体相连的行走控制机构，其中，所述行走控制机构具体为上述任一项所述的行走控制机构。

本实用新型所提供的行走控制机构，主要包括驱动模块和转向模块。其中，驱动模块主要包括驱动控制PCB，该驱动控制PCB与轮式机器人的轮毂电机电连接，主要用于控制轮毂电机的工作状态，进而控制轮式机器人的滚轮的滚动状态。转向模块主要包括转向壳体和转向控制组件。其中，转向壳体为转向模块的主体结构，主要用于安装和容纳转向模块的其余零部件，同时，转向壳体内的剩余空间还用于安装驱动模块中的驱动控制PCB，以将驱动控制PCB集成设置在转向模块的转向壳体中，使得驱动控制PCB不再单独安装在车体上，进而不再单独占用车体安装空间。转向控制组件也安装在转向壳体内，其输出端与轮式机器人的滚轮相连，主要用于控制轮式机器人的滚轮的转向状态。如此，本实用新型所提供的行走控制机构，通过驱动控制PCB控制轮毂电机的工作状态，进而控制轮式机器人的滚轮的滚动状态，并通过转向控制组件控制轮式机器人的滚轮的转向状态，两者共同实现对轮式机器人的行走控制；同时，本实用新型合理利用转向壳体内的剩余空间来安装驱动模块中的驱动控制PCB，从而将驱动控制PCB集成在转向模块中，使得驱动控制PCB不再单独安装在车体上，进而不再单独占用车体安装空间，因此能够减小对车体安装空间的占用，有利于电池仓等电子元器件在车体上的布局规划。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1的右侧视图。

图3为图1中所示A-A方向纵剖截面视图。

图4为图1中所示B-B方向纵剖截面视图。

图5为转向壳体的具体结构示意图。

图6为图5的侧视图。

其中，图1—图6中：

驱动控制PCB—1，转向壳体—2，转向控制组件—3，安装支架—4；

第一安装腔—21，第二安装腔—22，支撑凸台—23，连接点位—24；

转向电机—31，传动组件—32，转向轴—33，轴承组件—34；

主动齿轮—321，从动齿轮—322。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1、图2、图3、图4，图1为本实用新型所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的右侧视图，图3为图1中所示A-A方向纵剖截面视图，图4为图1中所示B-B方向纵剖截面视图。

在本实用新型所提供的一种具体实施方式中，行走控制机构主要包括驱动模块和转向模块。

其中，驱动模块主要包括驱动控制PCB1，该驱动控制PCB1与轮式机器人的轮毂电机电连接，主要用于控制轮毂电机的工作状态，进而控制轮式机器人的滚轮的滚动状态。当然，驱动模块还可包括轮毂电机等。

转向模块主要包括转向壳体2和转向控制组件3。

其中，转向壳体2为转向模块的主体结构，主要用于安装和容纳转向模块的其余零部件，同时，转向壳体2内的剩余空间还用于安装驱动模块中的驱动控制PCB1，以将驱动控制PCB1集成设置在转向模块的转向壳体2中，使得驱动控制PCB1不再单独安装在车体上，进而不再单独占用车体安装空间。

转向控制组件3也安装在转向壳体2内，其输出端与轮式机器人的滚轮相连，主要用于控制轮式机器人的滚轮的转向状态。

当然，转向模块还可包括转向架等部件，以将转向控制组件3的输出端与转向架相连，再通过转向架与轮式机器人的滚轮相连。

如此，本实施例所提供的行走控制机构，通过驱动控制PCB1控制轮毂电机的工作状态，进而控制轮式机器人的滚轮的滚动状态，并通过转向控制组件3控制轮式机器人的滚轮的转向状态，两者共同实现对轮式机器人的行走控制；同时，本实施例合理利用转向壳体2内的剩余空间来安装驱动模块中的驱动控制PCB1，从而将驱动控制PCB1集成在转向模块中，使得驱动控制PCB1不再单独安装在车体上，进而不再单独占用车体安装空间，因此能够减小对车体安装空间的占用，有利于电池仓等电子元器件在车体上的布局规划。

考虑到在现有技术中，四轮四转机器人的驱动模块中共设置有两个驱动控制PCB1，以通过一个驱动控制PCB1同时控制两个轮毂电机，实现1:2的控制模式，由于一个驱动控制PCB1需要同时为两个轮毂电机提供电源、通信和控制信号，导致单个驱动控制PCB1的面积较大、占地空间较大，进而导致难以顺利集成在转向壳体2内的剩余空间中。针对此，本实施例中，驱动控制PCB1的数量与轮毂电机的数量相同，且各驱动控制PCB1分别与各自对应的轮毂电机形成电连接，即一个驱动控制PCB1仅控制一个轮毂电机，实现1:1的控制模式。如此设置，单个驱动控制PCB1的面积即可大幅缩小，从而降低占地空间，更容易集成安装在转向壳体2内的剩余空间中；此外，在某个滚轮的滚动状态出现问题时，则必然是与其对应的驱动控制PCB1出现故障，检修人员只需对对应的驱动控制PCB1进行维修或更换即可，无需理会其余的驱动控制PCB1，从而使检修、排障作业效率得到提高。

在关于转向控制组件3的一种可选实施例中，该转向控制组件3主要包括转向电机31、传动组件32和转向轴33。其中，转向电机31安装在转向壳体2内，一般呈竖直姿态布置，即转向电机31的输出轴沿垂向竖直延伸，比如沿垂向朝下延伸。传动组件32的输入端与转向电机31的输出轴形成动力连接，而传动组件32的输出端与转向轴33形成动力连接，主要用于将转向电机31输出的动力进行转化，并传递至转向轴33上，带动转向轴33进行旋转运动。转向轴33与滚轮相连，比如通过转向轴33的一端与滚轮的转轴相连，或通过转向轴33的一端与转向架相连，再通过转向架与滚轮的转轴相连，能够带动滚轮进行偏转运动，实现滚动方向转向控制。

考虑到在现有技术中，在转向壳体2中通常需要单独设置转向控制PCB来对转向电机31提供电源和通信，在将驱动控制PCB1集成安装至转向壳体2内后，转向壳体2内同时安装有两块功能重复的PCB，导致结构臃肿。针对此，本实施例中，驱动控制PCB1不仅与轮毂电机形成电连接，还同时与转向电机31形成电连接，以对转向电机31进行供电和通信。如此设置，驱动控制PCB1同时对轮毂电机和转向电机31进行供电及通信，从而在转向壳体2内只需安装一块PCB即可，节省材料成本；同时，若驱动控制PCB1同时与轮毂电机和转向电机31通过线缆形成电连接，则相比于驱动控制PCB1和转向控制PCB分别通过线缆与轮毂电机和转向电机31形成电连接的方式，能够大幅减小线缆数量，缩短线缆总长度，简化走线结构，有利于线缆梳理和布置。

为减小转向壳体2的尺寸体积，进一步减小对车体安装空间的占用，本实施例中，转向电机31的输出轴与转向轴33在转向壳体2内呈平行非共线分布。具体的，转向电机31整体安装在转向壳体2内，且转向电机31的输出轴通常沿垂向朝下延伸至转向壳体2的底部，以与安装在转向壳体2底面上的传动组件32的输入端相连。转向轴33也整体安装在转向壳体2内，由于并不直接与转向电机31的输出轴形成对接，而是通过传动组件32间接相连，因此转向轴33不与转向电机31的输出轴形成轴向对接结构，而是与转向电机31并列安装在转向壳体2内，并同样保持竖直姿态。同时，转向轴33与转向电机31的输出轴之间保持一定水平间距，以安装传动组件32。当然，转向轴33的端部(如底端)可以伸出转向壳体2，以便与滚轮相连。如此设置，转向电机31与转向轴33在转向壳体2内呈水平横向排列，使得两者充分利用了转向壳体2的内部安装空间，避免转向壳体2的高度尺寸额外增加。

在关于传动组件32的一种可选实施例中，该传动组件32主要包括主动齿轮321和从动齿轮322。其中，主动齿轮321通过花键等部件与转向电机31的输出轴相连，并与从动齿轮322啮合，而从动齿轮322也通过花键等部件与转向轴33相连。如此设置，当转向电机31运行时，动力将通过主动齿轮321和从动齿轮322的啮合传递到转向轴33上，从而带动转向轴33进行旋转运动。

当然，传动组件32的具体结构并不仅限于上述主动齿轮321与从动齿轮322啮合的齿轮传动机构，其余比如多级齿轮传动机构、齿轮齿条传动机构、蜗轮蜗杆传动机构等均可以采用或组合使用。

此外，为保证转向轴33在转向壳体2内的转向运动稳定顺畅，本实施例在转向控制组件3中增设了轴承组件34。具体的，该轴承组件34整体套接在转向轴33上，主要包括单级或多级轴承、转向隔圈、轴承上压板、轴承压圈、轴承下底板等。其中，轴承主要用于对转向轴33进行支撑和润滑，减小转向扭矩在传递过程中的损耗，并同时起到保证主动齿轮321与从动齿轮322之间的传动精度的作用；而转向隔圈、轴承上压板、轴承压圈、轴承下底板等主要用于配合轴承，起到安装、固定的作用。重要的是，轴承组件34在转向轴33上的套接位置相比于从动齿轮322在转向轴33上的固定位置更靠近转向壳体2的内部，或者说轴承组件34在转向轴33上的套接位置位于从动齿轮322的内侧。举例说明，如图3所示，轴承组件34具体套接在转向轴33的上半部分，位于转向壳体2的内部深处，同时也位于从动齿轮322的内侧，而从动齿轮322具体套接在转向轴33的下半部分，虽然也位于转向壳体2的内部，但处于轴承组件34的外侧，离转向壳体2的内部深处较远。如此设置，将轴承组件34均安装在转向壳体2的内部深处，则转向轴33在转向壳体2内的安装位置必须更大幅度地接近转向壳体2的内部深处，从而更大化利用了转向壳体2的内部空间，提高了对转向壳体2的内部空间的利用率，同时也减小了转向轴33露出在转向外壳外的长度。

如图5所示，图5为转向壳体2的具体结构示意图。

在关于转向壳体2的一种可选实施例中，该转向壳体2的内部安装空间主要包括第一安装腔21和第二安装腔22。其中，第一安装腔21与第二安装腔22互相连通，且两者通常分别占据转向壳体2的宽度方向两侧。同时，转向电机31具体安装在第一安装腔21内，而转向轴33和驱动控制PCB1具体安装在第二安装腔22内。

如图6所示，图6为图5的侧视图。

进一步的，为便于实现转向轴33和驱动控制PCB1在第二安装腔22内的稳定安装，本实施例中，在第二安装腔22内增设了支撑凸台23和若干个连接点位24。具体的，支撑凸台23安装在第二安装腔22的底面上，通常呈矩形、圆形等块状，并具有预设高度，主要用于安装转向轴33，以使转向轴33保持竖直姿态和旋转运动自由度。连接点位24设置有多个，比如4～8个等，分别设置在第二安装腔22的各个角度位置处，以使驱动控制PCB1能够同时与各个连接点位24相连，从而实现驱动控制PCB1的稳定安装。一般的，各个连接点位24可以采用安装孔、安装槽、紧固件等部件，且各个连接点位24在第二安装腔22内的具体分布情况并不固定，需要根据驱动控制PCB1的具体形状而定。

另外，转向壳体2的底部一般通过安装支架4整体连接在车体上。

本实施例还提供一种轮式机器人，主要包括车体和与车体相连的行走控制机构，其中，由于轮式机器人采用了上述行走控制机构的实施例全部的技术方案，因此，本实施例所提供的轮式机器人同样具有上述实施例的技术方案所带来全部的技术效果，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种行走控制机构，包括驱动模块和转向模块，所述驱动模块包括与轮式机器人的轮毂电机电连接的驱动控制PCB(1)，其特征在于，所述转向模块包括转向壳体(2)、设置于所述转向壳体(2)内的转向控制组件(3)，所述驱动控制PCB(1)安装于所述转向壳体(2)内，所述转向控制组件(3)的输出端与轮式机器人的滚轮相连。

2.根据权利要求1所述的行走控制机构，其特征在于，所述驱动控制PCB(1)的数量与所述轮毂电机的数量相同，且各所述驱动控制PCB(1)分别与各自对应的所述轮毂电机形成电连接。

3.根据权利要求1所述的行走控制机构，其特征在于，所述转向控制组件(3)包括转向电机(31)、与所述转向电机(31)的输出轴动力连接的传动组件(32)、与所述传动组件(32)的输出端动力连接的转向轴(33)，所述转向轴(33)与所述滚轮相连。

4.根据权利要求3所述的行走控制机构，其特征在于，所述驱动控制PCB(1)与所述转向电机(31)电连接，以对所述转向电机(31)供电和通信。

5.根据权利要求3所述的行走控制机构，其特征在于，所述转向电机(31)的输出轴与所述转向轴(33)在所述转向壳体(2)内呈平行分布。

6.根据权利要求3所述的行走控制机构，其特征在于，所述传动组件(32)包括与所述转向电机(31)的输出轴相连的主动齿轮(321)和与所述主动齿轮(321)啮合的从动齿轮(322)，所述从动齿轮(322)固定在所述转向轴(33)上。

7.根据权利要求6所述的行走控制机构，其特征在于，所述转向控制组件(3)还包括套接于所述转向轴(33)上的轴承组件(34)，所述轴承组件(34)在所述转向轴(33)上的套接位置相比于所述从动齿轮(322)在所述转向轴(33)上的固定位置更靠近所述转向壳体(2)的内部。

8.根据权利要求3-7任一项所述的行走控制机构，其特征在于，所述转向壳体(2)包括第一安装腔(21)和第二安装腔(22)，所述转向电机(31)安装于所述第一安装腔(21)内，所述转向轴(33)及所述驱动控制PCB(1)均安装于所述第二安装腔(22)内。

9.根据权利要求8所述的行走控制机构，其特征在于，所述第二安装腔(22)内设置有支撑凸台(23)和若干个连接点位(24)，所述转向轴(33)安装于所述支撑凸台(23)内，所述驱动控制PCB(1)同时与各所述连接点位(24)相连。

10.一种轮式机器人，包括车体和与所述车体相连的行走控制机构，其特征在于，所述行走控制机构具体为权利要求1-9任一项所述的行走控制机构。