自移动机器人的制作方法

本实用新型涉及一种自移动机器人，属于小家电制造技术领域。

背景技术：

扫地机器人在工作时驱动轮要根据地面的情况变化而进行浮动调节从而增大机器人的越障能力，通常该浮动越障机构通过拉簧的作用来实现，例如专利文献US8474090和CN205083396U中公开的悬臂驱动轮机构，该机构通过悬臂将驱动轮安装到清洁机器人底盘上，用一根在悬臂与机器人底盘之间的拉簧将驱动轮偏斜到远离机器人底盘的一个位置，在清洁时，扫地机器人通过重力克服弹簧力将轮子偏斜到另一个位置。采用该机构时当扫地机器人在遇到台阶或障碍时底盘被顶高，驱动轮在拉簧的作用下偏斜到远离机器人底盘的一个位置，在此过程拉簧会释放一定的弹簧力，从而使扫地机器人在越障时使驱动轮能提供的驱动力减小，从而降低扫地机器人的越障能力。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种自移动机器人，通过设置在壳体上的受力部以及设置在底座上的施力部，使得当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮行走至凹坑处时，驱动轮组件除受到自身的重力外，还受到一施力部施加的不变小的力矩，从而增加驱动轮与地面之间的摩擦力，增强了自移动机器人的驱动力和越障能力。

本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

本实用新型一种自移动机器人，所述自移动机器人包括机体及设置在机体底座上的驱动轮组件，所述驱动轮组件包括壳体，所述壳体的一端通过第一旋转轴可旋转的设置在自移动机器人的底座上，所述壳体的另一端设有驱动轮，所述自移动机器人上还设有越障组件，所述越障组件被设置为在驱动轮从最高位置切换至最低位置时，为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩。

优选地，所述越障组件包括设置在壳体上的受力部以及设置在底座上的施力部。

具体地，所述施力部包括压板和动力件，所述压板通过第二旋转轴可旋转的设置在底座上，所述受力部位于第二旋转轴与第一旋转轴之间，所述压板在动力件的作用下与受力部相抵顶，从而施加作用力于所述驱动轮组件。

为了给压板提供动力，所述动力件为套设在第二旋转轴上的扭簧，所述扭簧的一端与所述压板相抵顶。

为了保证动力的力矩，所述压板与所述受力部抵顶的一侧包含一段弧形的压力段。

优选地，所述驱动轮处于最高位置时，所述压板对受力部施加作用力的方向通过第一旋转轴。或者，所述驱动轮处于最高位置时，所述受力部和第一旋转轴的连线与所述压板对受力部施加作用力的方向存在一夹角，所述夹角的范围为0°＜a≤90°。

具体地，所述压板包括与受力部抵顶的施力端、以及产生动力的动力端，所述第二旋转轴设置在施力端与动力端之间，所述动力件包括第一磁铁和第二磁铁，第一磁铁设置在所述动力端上，第二磁铁设置在所述底座上，所述第二磁铁位于第一磁铁下方，所述第二磁铁与第一磁铁之间为斥力。

为了增大动力件所提供的动力，所述动力件还包括设置在所述底座上的第三磁铁，所述第三磁铁位于第一磁铁上方，所述第三磁铁与第一磁铁之间为吸力。

具体地，所述施力部包括竖直设置的弹簧以及弹簧底部的弹簧滚轮组件，所述弹簧上端固定在底座上，弹簧滚轮组件包括弹簧滚轮支架与弹簧滚轮，所述弹簧滚轮支架上端固定在弹簧底部，下端通过弹簧滚轮轴将弹簧滚轮可旋转的设置在弹簧滚轮支架上，所述受力部包含一固定在壳体上与弹簧滚轮抵顶的曲面结构。

本实用新型还提供一种自移动机器人，所述自移动机器人包括机体及设置在机体底座上的驱动轮组件，所述驱动轮组件包括壳体，所述壳体的一端通过第一旋转轴可旋转的设置在自移动机器人的底座上，所述壳体的另一端设有驱动轮，所述自移动机器人上还设有越障组件，所述越障组件包括设置在壳体上的受力部以及通过第二旋转轴可旋转的设置在底座上的施力部，所述施力部包括压板和动力件，所述压板在动力件的作用下与受力部相抵顶，从而施加作用力于所述驱动轮组件。具体的，所述受力部为设置在第二旋转轴与第一旋转轴之间的滚轮；所述动力件为套设在第二旋转轴上的扭簧，所述扭簧的一端与所述压板相抵顶，所述压板与所述受力部抵顶的一侧包含一段弧形的压力段；或者，所述动力件包括第一磁铁和第二磁铁，所述压板包括与受力部抵顶的施力端、以及产生动力的动力端，所述第二旋转轴设置在施力端与动力端之间，第一磁铁设置在所述动力端上，第二磁铁设置在所述底座上，所述第二磁铁位于第一磁铁下方，所述第二磁铁与第一磁铁之间为斥力。

综上所述，本实用新型通过设置在壳体上的受力部以及设置在底座上的施力部，使得当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮行走至凹坑处时，驱动轮组件除受到自身的重力外，还受到一施力部施加的不变小的力矩，从而增加驱动轮与地面之间的摩擦力，增强了自移动机器人的驱动力和越障能力。

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例一驱动轮组件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一驱动轮最高位置下驱动轮组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一驱动轮最低位置下驱动轮组件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二驱动轮最高位置下驱动轮组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二驱动轮最低位置下驱动轮组件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例二驱动轮伸出过程中驱动轮组件所受力矩的示意图；

图7为本实用新型实施例三驱动轮组件的结构示意图；

图8为本实用新型实施例三驱动轮最高位置下驱动轮组件的结构示意图；

图9为本实用新型实施例三驱动轮最低位置下驱动轮组件的结构示意图；

图10为本实用新型实施例四驱动轮组件的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种自移动机器人，所述自移动机器人包括机体及设置在机体底座10上的驱动轮组件，所述驱动轮组件包括壳体100，所述壳体100的一端通过第一旋转轴110可旋转的设置在自移动机器人的底座10上，所述壳体100的另一端还设有驱动轮200，所述驱动轮200用于驱动自移动机器人行走。所述驱动轮200能够以第一旋转轴110为中心旋转，具体来说，当自移动机器人在平面行走时，所述驱动轮组件由于受到自移动机器人的重力及底座10的限位作用，驱动轮200相对于机体底座10处于最高位置，而当自移动机器人机体被拿起或者驱动轮200不接触地面保持悬空时，驱动轮200受到自身重力作用，以第一旋转轴110为中心向下旋转至最低位置。需要说明的是，上述最低位置可能会变化，如机体被拿起(驱动轮不接触地面)的驱动轮能达到的最低位置通常比自移动机器人在地毯或爬坡时的驱动轮能达到的最低位置低。此处的高低，以驱动轮距离机器人底座的距离作为参考，距离自移动机器人底座距离越大，则驱动轮的位置越低。

所述自移动机器人上还设有越障组件，所述越障组件被设置为在驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩，即驱动轮组件向下伸出后越障组件为驱动轮组件提供动力的力矩变大或者基本不变。需要说明的是，此处采用“基本不变”而不是“不变”是因为即使本领域技术人员在设计时将产品设计为所提供的力矩不变，但是由于理论与实际的差距，产品在生产装配时难免存在误差，且产品在使用时会发生磨损，实际产品并不能精确地保证驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，越障组件为驱动轮组件的力矩不变。特别的，所述基本不变的含义为驱动轮200在最低位置时越障组件所提供的力矩与驱动轮200在最高位置时越障组件所提供的力矩相比，其变化量≤驱动轮200在最高位置时越障组件所提供的力矩的10％。

需要补充的是，所述驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，越障组件为驱动轮组件提供基本不变的力矩可以由多种方式实现，如驱动轮200从最高位置切换至最低位置的过程中，越障组件提供的力矩基本不变；或者越障组件提供的力矩先变小后变大；或者越障组件提供的力矩先变大后边小；或者越障组件提供的力矩大小上下波浪浮动。类似的，所述驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，越障组件为驱动轮组件提供变大的力矩也可以由多种方式实现，如驱动轮200从最高位置切换至最低位置的过程中，越障组件提供的力矩持续变大；或者越障组件提供的力矩先变小后变大；或者越障组件提供的力矩先变大后边小；或者越障组件提供的力矩大小上下波浪浮动。换句话说，驱动轮200从最高位置切换至最低位置的过程中至少存在部分运动阶段，此时所述越障组件为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩，从而保证驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩。

本领域技术人员可以根据实际需要选取合适的方式来实现越障组件为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩。进一步地，当驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，本实用新型并不限制越障组件为驱动轮组件提供动力的力矩变大或者基本不变，即使驱动轮200在最低位置时越障组件所提供的力矩小于驱动轮200在最高位置时越障组件所提供的力矩，但只要驱动轮200从最高位置切换至最低位置的过程中，至少存在部分运动阶段，所述越障组件为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩便可。

具体来说，所述越障组件包括设置在壳体100上的受力部以及设置在底座10上的施力部。当自移动机器人静止在平坦地面上或者在平面上正常行走时，所述驱动轮组件由于受到自移动机器人的重力及底座10的限位作用，驱动轮200处于最高位置，此时，所述施力部对受力部施加的作用力方向通过第一旋转轴110，即施力部产生的力矩为零。施力部虽然向受力部施加了作用力，但该作用力远小于自移动机器人机体本身的重力，故驱动轮200处于最高位置；当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200受到自身重力，绕第一旋转轴110旋转伸出，使得受力部和施力部的相对位置发生变化，所述施力部对受力部施加的作用力方向向下偏离，产生有效力矩，从而使得驱动轮组件除受自身重力外，还受到施力部施加的作用力的有效力矩，该作用力增强了驱动轮200与地面之间的摩擦力，有利于其越过障碍。所述施力部对受力部施加的作用力的大小及力矩可以通过改变施力部及受力部的形状进行调整。

需要补充的是，也可以改变施力部对受力部的相对位置，使得在自移动机器人静止在平坦地面上或者在平面上正常行走时，施力部对受力部施加的作用力方向不通过第一旋转轴110，即此时施力部已经对受力部施加了向下的作用力的有效力矩，但是由于自移动机器人的重力作用，驱动轮200仍处于最高位置，当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200受到自身重力及施力部施加的作用力，绕第一旋转轴110旋转向下伸出。

本实用新型还公开一种如上所述的自移动机器人的行走方法，所述行走方法包括：

自移动机器人从平面行走至障碍物处，驱动轮从最高位置切换至最低位置时，越障组件为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩。

本实用新型还公开另一种如上所述的自移动机器人的行走方法，所述行走方法包括：

自移动机器人从平面行走至障碍物处，驱动轮从最高位置运动至最低位置的过程中至少存在部分运动阶段，所述越障组件为驱动轮组件提供变大或基本不变的力矩。

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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的前提下所得到的所有其他实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例一

图1为本实用新型实施例一驱动轮组件的结构示意图；图2为本实用新型实施例一驱动轮最高位置下驱动轮组件的结构示意图；图3为本实用新型实施例一驱动轮最低位置下驱动轮组件的结构示意图。如图1至图3所示，在本实施例中，所述施力部包括压板320和动力件，所述压板320通过第二旋转轴300可旋转的设置在底座10上，所述受力部位于第二旋转轴300与第一旋转轴110之间，所述压板320在动力件的作用下与受力部相抵顶，从而施加作用力于所述驱动轮组件。为了减少受力部与施力部之间的摩擦，所述受力部可采用滚轮330或圆柱等。所述动力件为套设在第二旋转轴300上的扭簧310，所述扭簧310的一端与所述压板相抵顶。所述压板320与所述受力部抵顶的抵顶的一侧包含一段弧形的压力段，其形状可以根据扭簧310的初始扭力以及第一旋转轴110、第二旋转轴300和受力部的相对位置进行调整，从而实现驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，越障组件为驱动轮组件提供变大的力矩。所述压板320在扭簧310所提供的扭力作用下与滚轮330接触，通过滚轮330对驱动轮组件施加作用力。本实施例中，随着自移动机器人的行走环境发生变化，施力部与受力部之间的相对位置也会发生变化，且在扭簧310的作用力下，施力部与受力部始终保持接触。

具体来说，当自移动机器人静止在平坦地面上或者在平面上正常行走时，所述驱动轮组件由于受到自移动机器人的重力及底座10的限位作用，驱动轮200处于最高位置，此时，所述扭簧310所储存的扭力使得压板320以第二旋转轴300为中心朝向滚轮330旋转，从而对滚轮330施加作用力，在本实施例中，如图2所示，上述作用力的方向通过第一旋转轴110，力矩为零，即此时上述作用力并没有为驱动轮组件旋转伸出提供有效动力。而当自移动机器人机体被顶起(例如，爬坡时，机体前段被顶起，或者在地毯行走时，机体被地毯毛顶起)或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200受到自身重力，带动驱动轮组件以第一旋转轴110为中心旋转伸出，压板320对滚轮330施加的作用力的方向发生变化，驱动轮组件在转动时滚轮330沿着压板320的表面滚动，压板320与滚轮330接触点的法线方向和滚轮330与第一旋转轴110的中心线之间的夹角在不断增大，产生增大的力矩。驱动轮组件除受自身重力外，还受到扭簧310的扭力，换句话说，当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200从最高位置切换至最低位置时，所述驱动轮组件旋转伸出的力矩增大，有利于其越过障碍。

实施例二

图4为本实用新型实施例二驱动轮最高位置下驱动轮组件的结构示意图；图5为本实用新型实施例二驱动轮最低位置下驱动轮组件的结构示意图；图6为本实用新型实施例二驱动轮伸出过程中驱动轮组件所受力矩的示意图。如图4至图6所示，本实施例与实施例一相比，施力部与受力部的相对位置发生变化，使得驱动轮200处于最高位置时，滚轮330和第一旋转轴110的连线与所述压板320对滚轮330施加作用力的方向存在一夹角a，优选的夹角a的范围为0°＜a≤90°，在本实施例中，a为30°，此时扭簧310的扭转角度为90°。当驱动轮200处于最低位置时，滚轮330和第一旋转轴110连线与所述压板320对滚轮330施加作用力的方向的夹角a为90°，扭簧310的扭转角度为45°，驱动轮200从正常行走状态到越障状态压板扭簧310的扭力减小一半但压板作用点到第二旋转轴的力臂增大一倍，所以该越障组件可以保持驱动轮200在最低位置和最高位置下所受的力矩不变或基本不变。结合图6，图6中纵坐标为以第一旋转轴110为旋转轴，施力部施加在驱动轮组件上的力矩M，横坐标为驱动轮组件旋转伸出的距离L，从图6可以看出，驱动轮组件旋转伸出的过程中，施力部施加在驱动轮组件上的力矩不变，始终为M1。换句话说，当自移动机器人机体被顶起(例如，爬坡时，机体前段被顶起，或者在地毯行走时，机体被地毯毛顶起)或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200从最高位置切换至最低位置，所述驱动轮组件旋转伸出的力矩不变，有利于其越过障碍。

需要说明的是，本实用新型并不限制上述角度a以及扭簧310的扭转角度，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计。

实施例三

图7为本实用新型实施例三驱动轮组件的结构示意图；图8为本实用新型实施例三驱动轮最高位置下驱动轮组件的结构示意图；图9为本实用新型实施例三驱动轮最低位置下驱动轮组件的结构示意图。如图7至图9所示，在本实施例中，与上述实施例不同的是，所述压板包括与受力部抵顶的施力端410、以及产生动力的动力端420，所述第二旋转轴300设置在施力端与动力端之间，所述动力件包括第一磁铁430和第二磁铁440，第一磁铁430设置在所述动力端上，第二磁铁440设置在所述底座上，所述第二磁铁440位于第一磁铁430下方，所述第二磁铁与第一磁铁之间为斥力。类似的，所述受力部为固定在施力部与第一旋转轴110之间的滚轮430。进一步地，还可以在所述底座10上的第三磁铁450，所述第三磁铁位于第一磁铁430上方，所述第三磁铁与第一磁铁之间为吸力。即第三磁铁450与第一磁铁430的相对面不为同极(如第三磁铁450的N极对着第一磁铁430的S极)，第二磁铁440与第一磁铁430相对面为同极(如第二磁铁440的N极对着第一磁铁430的N极)，通过第一磁铁430与第二磁铁440以及第三磁铁450之间的磁力作用，所述动力端420在磁力的作用下受到向上旋转的作用力，由于杠杆作用，所述施力端410受到向下旋转的作用力，从而通过滚轮330对驱动轮组件施加旋转伸出的作用力。

具体来说，当自移动机器人静止在平坦地面上或者在平面上正常行走时，所述驱动轮组件由于受到自移动机器人的重力及底座10的限位作用，驱动轮200处于最高位置，此时，所述第一磁铁430虽然受到第二磁铁440以及第三磁铁450的磁力，当时由于施力端410对滚轮330施加的作用力通过第一旋转轴110，力矩为零，即所述施力部并没有为驱动轮组件旋转伸出提供有效作用力。而当自移动机器人机体被顶起(例如，爬坡时，机体前段被顶起，或者在地毯行走时，机体被地毯毛顶起)或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200受到自身重力，带动驱动轮组件以第一旋转轴110为中心旋转伸出，施力端410对滚轮330施加的作用力的方向发生变化，驱动轮组件在转动时滚轮330沿着施力端410的表面滚动，施力端410与滚轮330接触点的法线方向和滚轮330与第一旋转轴110的中心线之间的夹角在不断增大，产生增大的力矩。驱动轮组件除受自身重力外，还受到磁力作用，换句话说，当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200从最高位置切换至最低位置，所述驱动轮组件旋转伸出的力矩增大，有利于其越过障碍。

实施例四

图10为本实用新型实施例四驱动轮组件的结构示意图。如图10所示，在本实施例中，所述施力部包括竖直设置的弹簧500以及弹簧500底部的弹簧滚轮组件510，所述弹簧500上端固定在底座10上，弹簧滚轮组件510包括弹簧滚轮支架与弹簧滚轮，所述弹簧滚轮支架上端固定在弹簧500底部，下端通过弹簧滚轮轴将弹簧滚轮可旋转的设置在弹簧滚轮支架上。所述受力部包含一固定在壳体100上与弹簧滚轮抵顶的曲面结构520。所述弹簧滚轮组件510在弹簧500储存的弹力作用下通过曲面结构520对驱动轮组件施加作用力。

具体来说，当自移动机器人静止在平坦地面上或者在平面上正常行走时，所述驱动轮组件由于受到自移动机器人的重力及底座10的限位作用，驱动轮200处于最高位置，此时，所述弹簧滚轮组件510在弹簧500储存的弹力作用下通过曲面结构520对驱动轮组件施加作用力，在本实施例中，上述作用力的方向通过第一旋转轴110，力矩为零，即此时上述作用力并没有为驱动轮200组件旋转伸出提供有效动力。而当自移动机器人机体被顶起(例如，爬坡时，机体前段被顶起，或者在地毯行走时，机体被地毯毛顶起)或者驱动轮200行走至凹坑处时，驱动轮200受到自身重力，带动驱动轮组件以第一旋转轴110为中心旋转伸出，弹簧滚轮组件510对曲面结构520施加的作用力的方向发生变化，驱动轮组件在转动时弹簧滚轮沿着曲面结构520的表面滚动，弹簧滚轮与曲面结构520接触点的法线方向和弹簧滚轮与第一旋转轴110的中心线之间的夹角在不断增大，产生增大的力矩。驱动轮组件除受自身重力外，还受到弹簧500的弹力，换句话说，当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮200行走至凹坑处时驱动轮200从最高位置切换至最低位置，所述驱动轮组件旋转伸出的力矩增大，有利于其越过障碍。

综上所述，本实用新型通过设置在壳体上的受力部以及设置在底座上的施力部，使得当自移动机器人机体被顶起或者驱动轮行走至凹坑处时，驱动轮组件除受到自身的重力外，还受到一施力部施加的不变小的力矩，从而增加驱动轮与地面之间的摩擦力，增强了自移动机器人的驱动力和越障能力。