四轮全向转动巡检机器人底盘的制作方法

本发明属于机器人领域，具体为应用于变电站运维巡检机器人四轮全向转动功能的底盘。

背景技术：

国内外现有变电站四轮巡检人目前驱动导向方式为：

（1）四轮驱动

优点：运动机动性能好，可零转弯半径，越障能力强，可适应多种地面，负载能力强；缺点：易打滑、控制精度低(姿态)，尤其体现在转弯过程中，里程计反馈误差大；

（2）导向舵轮+驱动轮

优点：类似后驱汽车传动结构，姿态与位置控制解耦，具有一定的越障能力，传动效率高，负载能力强；缺点：转弯半径大；

（3）四轮驱动+360度导向

优点：姿态与位置控制解耦，具有较好的越障能力，传动效率高，负载能力强，可全向、全姿态、零半径转弯；缺点：传动结构设计、运动学模型、解耦控制复杂。

采用第三种方式目前还有很多问题需要解决，其中，机器人底盘的合理设计为这种方案的实现提供了机械结构基础，这其中重点需要解决为四个车轮预留足够空间、有效降低车体重心、电气布局合理等问题。

现有中，也出现了一些关于机器人底盘的相关申请文件，分别为一种轮腿式机器人底盘悬挂装置（申请号为2012103852288）和一种用于四轮移动机器人底盘的悬架（申请号为2014103068843），这些申请文件都存在结果复杂，不易维护等问题。

技术实现要素：

根据现有技术的不足，提供一种四轮全向转动巡检机器人底盘，解决了四个全向转动轮子需要较大的空间，承重点分布在四个车轮和底盘的结合处，结合部如何设计坚固，底盘内部元件分布需将重心设计在正中央，尽量保障四个支垂直方向压力均衡，防止某个轮及其传动轴提前损坏，内部主要部件的腔室合理分布，保证电气走线的合理便捷性等问题。

本发明按以下技术方案实现：

一种四轮全向转动巡检机器人底盘，该底盘自下而上依次由用于盛放电池的电池挂载层，用于安装控制电气部件的主容纳层和用于起到升降和支撑作用的升降机构安装层连接组成。

优选的是，所述电池挂载层为一个正前面开放的长方体电池腔室，所述电池腔室的封闭面两侧各安装有一个侧耳，所述电池腔室通过两侧的侧耳固定安装在主容纳层底部正中央；所述电池腔室的开口面两端各安装有一个外护板，所述外护板上设置有多个排气孔。

优选的是，所述主容纳层包括底部横向承重支架、上部承重支架、主控计算机安装腔室和转向机构安装位。

优选的是，所述底部横向承重支架由两根主横梁和设置在两根主横梁之间的多个纵向横梁组成；所述上部承重支架为一个框型骨架，所述底部横向承重支架和上部承重支架之间通过多个立向承重柱连接，从而形成一个主承重框架。

优选的是，所述主控计算机安装腔室为一个设置在底部横向承重支架和上部承重支架之间的腔室，在腔室的的中心区域安装有主控制计算机，在该腔室两侧设置有多个控制板卡安装点。

优选的是，所述转向机构安装位分布在底部横向承重支架的四个角上，所述转向机构安装位包括安装位支架、转向机构固定臂、转向电机和编码器，所述转向电机和编码器分别安装在转向机构固定臂上，所述转向机构固定臂安装在安装位支架上，所述安装位支架安装在立向承重柱上；所述转向电机通过车轮转轴与车轮相连。

优选的是，所述电池腔室的四个角处设置为能够使得车轮具备360度无阻挡转动空间的弧形角。

优选的是，所述升降机构安装层包括连接环、机器人顶部外壳支架、云台升降支架；所述连接环沿着整个上部承重支架的内框边沿布置，所述机器人顶部外壳支架和云台升降支架的底端分别穿过连接环后固定在主容纳层内。

优选的是，所述主容纳层的前端中间处设置有前防护支撑板，所述主容纳层的前端中间处设置有后防护支撑板。

优选的是，所述主容纳层的前端和后端两侧各设置有一个手持把手，并通过连接把手支撑块增加手持把手的稳定性。

本发明有益效果：

1、采用分层设计方法，保证机器人部件的合理布局，使得整体重心位于中央并保持较低高度，增加了机器人行进的稳定性；同时电源线、控制板卡通信线路、升降机构电气连接几乎以主控制计算机为中心向四周和上下布置，极大提高了布线的合理、便捷、可靠性。

2、最底层中央仅仅设置一个相对小的电源安装腔室，使得其周围具有足够的空间满足车轮绕其安装传动轴360度转动，使得底盘驱动系统可采用每个驱动轮独立运动转向，可行进中转向，原地360度转向。

3、机器人底盘的中间主容纳层四个角上设置转向机构安装位，使得支撑点在大机身重量情况下长时间不变形。

附图说明

图1为本发明的四轮全向转动巡检机器人底盘的一优选实施例整体安装效果图；

图2为根据图1所示的四轮全向转动巡检机器人底盘的俯视图；

图3为根据图1所示的四轮全向转动巡检机器人底盘的整体结构示意图；

图4为根据图1所示的四轮全向转动巡检机器人底盘的主容纳层示意图；

100—电池挂载层，101—电池腔室，102—侧耳，103—外护板，104—排气孔，200—主容纳层，201—底部横向承重支架，202—上部承重支架，203—主控计算机安装腔室，204—转向机构安装位，205—把手支撑块，206—安装位支架，207—转向机构固定臂，208—车轮转轴，209—车轮，210—前防护支撑板，211—后防护支撑板，212—手持把手，300—升降机构安装层，301—连接环，302—机器人顶部外壳支架，303—云台升降支架。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施对本发明作进一步的说明。

如图1至图4所示，一种四轮全向转动巡检机器人底盘，该底盘自下而上依次由电池挂载层100，主容纳层200，升降机构安装层300中心对齐连接组成；电池挂载层100用于安装密度较大的电池，主容纳层200用于安置控制计算机、卡板等电气部件同时也是承重的核心层，升降机构安装层300用于支撑机器人顶部外壳支架302、云台升降支架303等组件，各层功能明确。

电池挂载层100为一个正前面开放的长方体电池腔室101，电池腔室101的封闭面两侧各安装有一个侧耳102，电池腔室101通过两侧的侧耳102固定安装在主容纳层200底部正中央。电池腔室101的开口面两端各安装有一个外护板103，外护板103上设置有多个排气孔104，起到通风散热作用。电池腔室101的四个角处设置为能够使得车轮209具备360度无阻挡转动空间的弧形角，即给四个全向转动209车轮预留了足够空间；同时，又降低了笨重电池的中心，增加了车体行走的稳定性。

主容纳层200包括底部横向承重支架201、上部承重支架202、主控计算机安装腔室203和转向机构安装位204。

底部横向承重支架201由两根主横梁和设置在两根主横梁之间的多个纵向横梁组成；上部承重支架202为一个框型骨架，底部横向承重支架201和上部承重支架202之间通过多个立向承重柱连接，从而形成一个主承重框架。

主控计算机安装腔室203为一个设置在底部横向承重支架201和上部承重支架202之间的腔室，在该腔室两侧设置有多个控制板卡安装点，用于安装轻小的辅助控制板卡，保证中央重心点，同时四周承重均横，方便以主控制计算机进行电气布线。

转向机构安装位204分布在底部横向承重支架201的四个角上，转向机构安装位204包括安装位支架206、转向机构固定臂207、转向电机和编码器，转向电机和编码器分别安装在转向机构固定臂207上，转向机构固定臂207安装在安装位支架206上，安装位支架206安装在立向承重柱上；转向电机通过车轮转轴208与车轮209相连。

主容纳层200四个角上设置转向机构安装位204，使得支撑点在大机身重量情况下长时间不变形，四个车轮209能够独立运动转向，可行进中转向，原地360度转向。

升降机构安装层300包括连接环301、机器人顶部外壳支架302、云台升降支架303；连接环301沿着整个上部承重支架202的内框边沿布置，机器人顶部外壳支架302和云台升降支架303的底端分别穿过连接环301后固定在主容纳层200内。

主容纳层200的前端中间处设置有前防护支撑板210，主容纳层200的前端中间处设置有后防护支撑板211，防止机器人底盘在巡检时出现被硬物撞坏的现象。

主容纳层200的前端和后端两侧各设置有一个手持把手212，并通过连接把手支撑块205增加手持把手212的稳定性。

本发明采用分层设计方法，保证机器人部件的合理布局，使得整体重心位于中央并保持较低高度，增加了机器人行进的稳定性；同时电源线、控制板卡通信线路、升降机构电气连接几乎以主控制计算机为中心向四周和上下布置，极大提高了布线的合理、便捷、可靠性。最底层中央仅仅设置一个相对小的电源安装腔室，使得其周围具有足够的空间满足车轮绕其安装传动轴360度转动，使得底盘驱动系统可采用每个驱动轮独立运动转向，可行进中转向，原地360度转向。机器人底盘的中间主容纳层四个角上设置转向机构安装位，使得支撑点在大机身重量情况下长时间不变形。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以做出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。