全向越野机器人

文档序号:296776 发布日期:2021-11-26 浏览:29次 >En<

阅读说明:本技术 全向越野机器人 (Omnidirectional cross-country robot ) 是由 贾振中 蒋世兴 林世远 何锐 尹思源 车海川 张驰 于 2021-08-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种全向越野机器人,包括车体及多个运动模块,运动模块包括轮组、旋转组件及主动悬挂组件,主动悬挂组件包括安装板、摆杆及悬挂驱动机构,摆杆设置有两个,两个摆杆在竖直方向上依次设置且相互平行,摆杆的一端转动连接于安装板,摆杆的另一端转动连接于支座,悬挂驱动机构连接于摆杆,悬挂驱动机构用于驱动摆杆转动,安装板连接于车体。设置主动悬挂组件,通过悬挂驱动机构驱动摆杆转动,能够主动带动轮组相对地面抬起或压下,以适应不同的行走环境,锐角转弯时,可控制轮组压向地面,使脚轮始终贴合地面,以避免锐角转弯过程中脚轮悬空,提高运动稳定性。(The invention discloses an omnidirectional cross-country robot which comprises a vehicle body and a plurality of motion modules, wherein each motion module comprises a wheel set, a rotating assembly and an active suspension assembly, each active suspension assembly comprises a mounting plate, two swing rods and a suspension driving mechanism, the two swing rods are sequentially arranged in the vertical direction and are mutually parallel, one ends of the swing rods are rotatably connected to the mounting plate, the other ends of the swing rods are rotatably connected to a support, the suspension driving mechanisms are connected to the swing rods, the suspension driving mechanisms are used for driving the swing rods to rotate, and the mounting plates are connected to the vehicle body. Set up the initiative and hang the subassembly, rotate through hanging actuating mechanism drive pendulum rod, can the initiative drive wheelset relative ground lift up or push down to adapt to different walking environment, during the acute angle turn, steerable wheelset presses to ground, makes the truckle laminate ground all the time, in order to avoid acute angle turn in-process truckle unsettled, improvement motion stability.)

全向越野机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域,尤其是涉及一种全向越野机器人。

背景技术

相关技术中,出现了主动分离式偏置脚轮,其英文简称为ASOC(Active SplitOffset Caster),每个ASOC包括两个同轴的独立驱动的脚轮、连接两脚轮的连杆及偏置杆,偏置杆的一端垂直连接于连杆,偏置杆的另一端用于连接运动平台。以不同的速度驱动两个脚轮,能够在偏置杆远离连杆的一端实现任意方向、任意速度的运动,当两个脚轮的速度发生变化时,偏置杆远离连杆的一端能够在短时间内作出响应,在短时间内向任意方向快速移动。采用ASOC模块的机器人能够进行高效的全向移动,能够实现快速锐角转弯,但锐角转弯时,脚轮会出现腾空现象,运动稳定性不佳。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种全向越野机器人,能够避免锐角转弯时脚轮腾空,提高运动稳定性。

本发明实施例提供的全向越野机器人,包括车体及运动模块,所述运动模块设置有多个,所述运动模块包括轮组、旋转组件及主动悬挂组件;其中,所述轮组包括脚轮、脚轮驱动件及脚轮连杆,所述脚轮与所述脚轮驱动件均设置有两个,两个所述脚轮分别设置于所述脚轮连杆的两端,两个所述脚轮同轴,每个所述脚轮均连接有一个所述脚轮驱动件,所述脚轮驱动件用于驱动所述脚轮转动;所述旋转组件包括支座及旋转连杆,所述旋转连杆的一端转动连接于所述支座,所述旋转连杆能够绕所述旋转连杆的中心轴转动,所述旋转连杆的另一端转动连接于所述脚轮连杆,所述脚轮连杆的轴线与所述旋转连杆的中心轴位于不同的平面内;所述主动悬挂组件包括安装板、摆杆及悬挂驱动机构,所述摆杆设置有两个,两个所述摆杆在竖直方向上依次设置且相互平行,所述摆杆的一端转动连接于所述安装板,所述摆杆的另一端转动连接于所述支座,所述悬挂驱动机构连接于所述摆杆,所述悬挂驱动机构用于驱动所述摆杆转动,所述安装板连接于所述车体。

本发明实施例提供的全向越野机器人,至少具有如下有益效果:设置主动悬挂组件,通过悬挂驱动机构驱动摆杆转动,能够主动带动轮组相对地面抬起或压下,以适应不同的行走环境,锐角转弯时,可控制轮组压向地面,使脚轮始终贴合地面,以避免锐角转弯过程中脚轮悬空,提高运动稳定性。

在本发明的一些实施例中,所述悬挂驱动机构包括直线电机,所述直线电机包括本体及输出杆,所述输出杆连接于所述本体且能够沿所述输出杆的轴线移动,所述本体转动连接于所述安装板,所述输出杆转动连接于所述摆杆,所述输出杆与所述摆杆的连接位置位于所述摆杆的两端之间。

在本发明的一些实施例中,所述悬挂驱动机构包括电机、主动齿轮及从动齿轮,所述主动齿轮连接于所述电机的输出端,所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合,所述从动齿轮固定连接于所述摆杆,所述从动齿轮的转动轴线与所述摆杆的相对所述安装板转动的转动轴线重合,所述电机能够驱动所述主动齿轮带动所述从动齿轮转动,所述从动齿轮能够带动所述摆杆转动。

在本发明的一些实施例中,所述从动齿轮为扇形齿轮。

在本发明的一些实施例中,所述主动悬挂组件还包括避震器,所述避震器的一端转动连接于所述安装板,所述避震器的另一端转动连接于所述摆杆,所述避震器与所述摆杆的连接位置位于所述摆杆的两端之间。

在本发明的一些实施例中,所述脚轮连杆具有安装腔,所述脚轮驱动件容置于所述安装腔的内部。

在本发明的一些实施例中,所述旋转组件还包括轮组转轴,所述轮组转轴连接于所述旋转连杆的一端,所述轮组转轴的轴线与所述旋转连杆的轴线相互垂直,所述脚轮连杆具有轴孔,所述轮组转轴插接于所述轴孔内。

在本发明的一些实施例中,所述全向越野机器人还包括中央处理器,所述旋转组件还包括导电滑环,所述导电滑环连接于所述支座,所述脚轮驱动件通过线缆连接于所述导电滑环,所述导电滑环与所述中央处理器电连接。

在本发明的一些实施例中,所述全向越野机器人还包括中央处理器,所述脚轮驱动件与所述中央处理器通过CAN总线通信方式连接,所述悬挂驱动机构与所述中央处理器通过CAN总线通信方式连接。

在本发明的一些实施例中,所述全向越野机器人包括四个所述运动模块,四个所述运动模块两两相对地连接于所述车体。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明,其中:

图1为本发明提供的一些实施例的全向越野机器人的立体示意图;

图2为图1所示的全向越野机器人的运动模块的立体示意图;

图3为图2所示的运动模块的运动原理图;

图4为图2所示的运动模块的轮组的立体示意图;

图5为图4所示的轮组的爆炸示意图;

图6为图2所示的运动模块的旋转组件的立体示意图。

图7为本发明提供的一些实施例的全向越野机器人的运动模块的主动悬挂组件的立体示意图;

图8为图2所示的运动模块的主动悬挂组件的立体示意图;

图9为图8所示的主动悬挂组件的侧视图。

附图标记:

车体100,运动模块200,轮组210,脚轮211,脚轮驱动件212,脚轮连杆213,安装腔2131,轴孔2132,第四转动副2133,旋转组件220,支座221,旋转连杆222,第三转动副2221,轮组转轴223,导电滑环224,主动悬挂组件230,安装板231,摆杆232,第一转动副2321,第二转动副2322,悬挂驱动机构233,直线电机2331,本体23311,输出杆23312,电机2332,主动齿轮2333,从动齿轮2334,联动杆2335,避震器234。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例,实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本发明实施例提供的全向越野机器人,包括车体100及运动模块200,运动模块200设置有多个,运动模块200包括轮组210、旋转组件220及主动悬挂组件230;其中,轮组210包括脚轮211、脚轮驱动件212及脚轮连杆213,脚轮211及脚轮驱动件212均设置有两个,两个脚轮211分别设置于脚轮连杆213的两端,两个脚轮211同轴,每个脚轮211均连接有一个脚轮驱动件212,脚轮驱动件212用于驱动脚轮211转动;旋转组件220包括支座221及旋转连杆222,旋转连杆222的一端转动连接于支座221,旋转连杆222能够绕旋转连杆222的中心轴转动,旋转连杆222的另一端转动连接于脚轮连杆213,脚轮连杆213的轴线与旋转连杆222的中心轴位于不同的平面内;主动悬挂组件230包括安装板231、摆杆232及悬挂驱动机构233,摆杆232设置有两个,两个摆杆232在竖直方向上依次设置且相互平行,摆杆232的一端转动连接于安装板231,摆杆232的另一端转动连接于支座221,悬挂驱动机构233连接于摆杆232,悬挂驱动机构233用于驱动摆杆232转动,安装板231连接于车体。

例如,如图1所示,全向越野机器人,包括车体100及多个运动模块200,参照图2及图3,运动模块200包括轮组210、旋转组件220及主动悬挂组件230,参照图4至图5,轮组210包括脚轮211、脚轮驱动件212及脚轮连杆213,脚轮211及脚轮驱动件212均设置有两个,两个脚轮211分别设置于脚轮连杆213的两端,两个脚轮211同轴,每个脚轮211均连接有一个脚轮驱动件212,脚轮驱动件212用于驱动脚轮211转动;参照图6,旋转组件220包括支座221及旋转连杆222,旋转连杆222的一端转动连接于支座221,旋转连杆222能够绕旋转连杆222的中心轴A转动,旋转连杆222的另一端转动连接于脚轮连杆213,参照图2,脚轮连杆213的轴线B与旋转连杆222的中心轴A位于不同的平面内,以实现轮组210与旋转连杆222的偏置,以不同的速度驱动两个脚轮211,能够在旋转连杆222连接脚轮连杆213的一端实现任意方向、任意速度的运动,当两个脚轮211的速度发生变化时,旋转连杆222连接脚轮连杆213的一端能够在短时间内作出响应,在短时间内向任意方向快速移动;参照图7至图9,主动悬挂组件230包括安装板231、摆杆232及悬挂驱动机构233,摆杆232设置有两个,两个摆杆232在竖直方向上依次设置且相互平行,摆杆232的一端转动连接于安装板231,摆杆232的另一端转动连接于支座221,悬挂驱动机构233连接于摆杆232,悬挂驱动机构233用于驱动摆杆232转动,安装板231连接于车体。

参照图2及图3,摆杆232与安装板231形成第一转动副2321,摆杆232与支座221形成第二转动副2322,安装板231、两个相互平行的摆杆232及支座221构成平行四边形,支座221能够相对安装板231在上下方向上平动,悬挂驱动机构233驱动摆杆232绕第一转动副2321转动,带动旋转组件220在上下方向上移动,从而带动轮组210在上下方向上移动;旋转连杆222与支座221形成第三转动副2221,两个脚轮211分别由两个脚轮驱动件212驱动,可进行差速转动,使脚轮连杆213绕第三转动副2221转动,以调整轮组210的移动方向;脚轮连杆213与旋转连杆222的形成第四转动副2133,脚轮连杆213能够绕第四转动副2133转动,在地面具有一定倾斜角度的情况下,轮组210受到压向地面的力时,两个脚轮211仍能够贴合地面,以避免脚轮211悬空。主动悬挂机构230能够使轮组210相对地面抬起或压下,以适应不同的行走环境,锐角转弯时,可控制轮组210压向地面,使脚轮211始终贴合地面,以避免锐角转弯过程中脚轮211悬空,提高运动稳定性。

在本发明提供的一些实施例中,悬挂驱动机构233包括直线电机2331,直线电机2331包括本体23311及输出杆23312,输出杆23312连接于本体23311且能够沿输出杆23312的轴线移动,本体23311转动连接于安装板231,输出杆23312转动连接于摆杆232,输出杆23312与摆杆232的连接位置位于摆杆232的两端之间。

例如,如图7所示,悬挂驱动机构233包括直线电机2331,直线电机2331包括本体23311及输出杆23312,输出杆23312连接于本体23311且能够沿输出杆23312的轴线移动,本体23311转动连接于安装板231,输出杆23312转动连接于摆杆232,输出杆23312与摆杆232的连接位置位于摆杆232的两端之间。直线电机2331的输出杆23312能够直接向摆杆232提供驱动力,驱动摆杆232向上或向下摆动,使轮组210相对地面主动抬起或压下,以适应不同的行走环境,提高运动稳定性。

可以理解的是,可根据实际使用需求选择不同类型及规格的直线电机2331。

在本发明提供的另一些实施例中,悬挂驱动机构233包括电机2332、主动齿轮2333及从动齿轮2334,主动齿轮2333连接于电机2332的输出端,从动齿轮2334与主动齿轮2333啮合,从动齿轮2334固定连接于摆杆232,从动齿轮2334的转动轴线与摆杆232的相对安装板231转动的转动轴线重合,电机2332能够驱动主动齿轮2333带动从动齿轮2334转动,从动齿轮2334能够带动摆杆232转动。

例如,如图8至图9所示,悬挂驱动机构233包括电机2332、主动齿轮2333及从动齿轮2334,主动齿轮2333连接于电机2332的输出端,从动齿轮2334与主动齿轮2333啮合,从动齿轮2334固定连接于摆杆232,从动齿轮2334的转轴与摆杆232的相对安装板231转动的转轴重合,电机2332能够驱动主动齿轮2333带动从动齿轮2334转动,从动齿轮2334能够带动摆杆232转动。电机2332产生的扭矩通过主动齿轮2333及从动齿轮2334作用于摆杆232,驱动摆杆232向上或向下摆动,使轮组210相对地面主动抬起或压下,可根据行走环境调整电机2332的扭矩,以适应不同的行走环境,缓冲运动中受到的冲击,提高运动稳定性。

可以理解的是,可根据实际使用需求选择不同类型及规格的电机2332、不同参数的主动齿轮2333及从动齿轮2334。从动齿轮2334与摆杆232之间固定连接的方式不作限制,例如,如图8所示,可设置一联动杆2335穿设于从动齿轮2334的偏心位置并连接于摆杆232,从动齿轮2334转动时带动联动杆2335转动,从而带动摆杆232转动。

需要说明的是,上述从动齿轮2334为扇形齿轮。

例如,如图9所示,从动齿轮2334为扇形齿轮。实际使用中,摆杆232的摆动范围仅位于安装板231的一侧,从动齿轮2334仅在一定角度内进行往复转动,因此可采用扇形齿轮作为从动齿轮2334,以减少空间占用,使结构布局更为合理。

需要说明的是,上述主动悬挂组件230还包括避震器234,避震器234的一端转动连接于安装板231,避震器234的另一端转动连接于摆杆232,避震器234与摆杆232的连接位置位于摆杆232的两端之间。

例如,如图8及图9所示,主动悬挂组件230还包括避震器234,避震器234的一端转动连接于安装板231,避震器234的另一端转动连接于摆杆232,避震器234与摆杆232的连接位置位于摆杆232的两端之间。避震器234能够被动跟随摆杆232的转动而伸缩,以减轻电机2332的工作负载。

可以理解的是,可根据实际使用需求选择不同类型及规格的避震器234。

需要说明的是,脚轮连杆213具有安装腔2131,脚轮驱动件212容置于安装腔2131的内部。

例如,如图4所示,脚轮连杆213具有安装腔2131,参照图5,脚轮驱动件212容置于安装腔2131的内部,脚轮连杆213既能够连接两个脚轮211,又能够为脚轮驱动件212提供保护,防止运动中的磕碰损伤脚轮驱动件212,且能够使轮组210的结构更为紧凑。

可以理解的是,参照图5,脚轮连杆213可设置为可拆卸的壳体,以便于安装。

需要说明的是,旋转组件220还包括轮组转轴223,轮组转轴223连接于旋转连杆222的一端,轮组转轴223的轴线与旋转连杆222的轴线相互垂直,脚轮连杆213具有轴孔2132,轮组转轴223插接于轴孔2132。

例如,如图6所示,旋转组件220还包括轮组转轴223,轮组转轴223连接于旋转连杆222的一端,轮组转轴223的轴线C与旋转连杆222的轴线A相互垂直,脚轮连杆213具有轴孔2132,轮组转轴223插接于轴孔2132。通过轮组转轴223与轴孔2132的配合实现旋转连杆222与脚轮连杆213之间的转动连接,安装较为简单;轮组转轴223的轴线C与旋转连杆222的轴线A相互垂直,当轮组210的两个脚轮211的转速发生变化时,对旋转连杆222的作用力能够垂直作用于旋转连杆222与轮组转轴223连接的一端,从而提高转向的响应速度。

可以理解的是,轮组转轴223与旋转连杆222可一体成型,以提高连接的可靠性。

需要说明的是,全向越野机器人还包括中央处理器,旋转组件220还包括导电滑环224,导电滑环224连接于支座221,脚轮驱动件212通过线缆连接于导电滑环224,导电滑环224与中央处理器电连接。

例如,如图6所示,全向越野机器人还包括中央处理器,旋转组件220还包括导电滑环224,导电滑环224连接于支座221,参照图2,脚轮驱动件212通过线缆连接于导电滑环224,导电滑环224与中央处理器电连接。中央处理器用于向脚轮驱动件212发送控制信号,以控制脚轮211的转动,导电滑环224能够防止轮组210转动的过程中发生线缆缠绕,保证运动过程中电力和信号始终能够稳定传输。

需要说明的是,全向越野机器人还包括中央处理器,脚轮驱动件212与中央处理器通过CAN总线通信方式连接,悬挂驱动机构233与中央处理器通过CAN总线通信方式连接。中央处理器用于向脚轮驱动件212及悬挂驱动机构233发送控制信号,从而控制脚轮211的转动及悬挂驱动机构233的动作;CAN总线通信方式能够降低通信延迟,即,能够降低控制延迟,抗干扰能力较高,能够实现高频的运动控制。

需要说明的是,全向越野机器人包括四个运动模块200,四个运动模块200两两相对地连接于车体100。

例如,如图1所示,全向越野机器人包括四个运动模块200,四个运动模块200两两相对地连接于车体100,能够较为稳定地支撑车体100,承重能力较高,运动稳定性较好。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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