底盘悬架机构、行走运动系统的制作方法

本实用新型属于机器人精密设备技术领域，尤其涉及一种底盘悬架机构、行走运动系统。

背景技术：

机器人底盘系统是机器人整机系统的核心部件之一，而底盘系统的重要功能是实现机器人驱动行走功能及减振功能，所以悬架机构一直是机器人底盘系统研制过程中难点之一。现有的悬挂机构在竖直方向减振的功能较好。但是无法实现其它方向减振作用，例如沿前进车轮中心轴线方向的轴向力导致的侧向振动，故在机器人车体运动过程中，易发生车轮内外侧磨损不一，车轮对地面附着力不同，甚至发生车轮离地而致使车体倾倒等风险。另外，一种常见的悬架结构是基于汽车的双叉臂结构演化而来的，利用安装于支撑件内侧的双叉臂组件及减振器实现车体减振，但是该类悬架的连接位置点多，具有不少于6个转动副，构件数量多，系统结构体积较大，因而无法实现在较小的空间内完成设计。况且如此复杂的结构不利于降低成本和重量，加重后续的质量优化及制造成本的压力，导致提高了系统稳定性的风险系数值。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种底盘悬架机构、行走运动系统，旨在解决现有悬架机构对轴向力导致的侧向振动无法进行有效减振，导致机器人行走过程中发生侧偏的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种底盘悬架机构，包括：支架，支架包括第一连接板和第二连接板，第一连接板的第一端与第二连接板的第一端连接呈l型，第一连接板的靠近第二连接板的侧壁设有第一连接座，第二连接板的第二端设有第二连接座；减振器组件，减振器组件具有第一连接端和第二连接端，第一连接端连接于第一连接座；摆臂组件，摆臂组件具有第三连接端和第四连接端，第三连接端连接于第二连接座；第二连接用于与轮子的连接侧壁可转动地连接，第四连接端用于与轮子的连接侧壁可转动地连接；其中，第一连接端与第二连接端的连线为减振器组件的中心轴线，从第一连接端至第二连接端的方向上，在减振器组件进行减振施力过程中，该中心轴线朝向远离第二连接板的方向倾斜设置。

进一步地，减振器组件包括减振器、第一连接轴和第二连接轴，减振器的第一端与第一连接座通过第一连接轴铰接，减振器的第二端与第三连接座通过第二连接轴铰接。

进一步地，摆臂组件包括连接臂、第三连接轴和第四连接轴，连接臂的第一端与第二连接座通过第三连接轴铰接，连接臂的第二端与第四连接座通过第四连接轴铰接。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种行走运动系统，该行走运动系统包括：固定座、转向动力源、轮毂电机和如前述的底盘悬架机构，第一连接板背离第二连接板的一侧固定连接有支撑连接部，支撑连接部可转动地连接于固定座，转向动力源具有动力连接端，动力连接端与支撑连接部同轴连接，轮毂电机包括定子部和由定子部驱动转动的转子部，定子部的连接侧壁与所述第二连接端、所述第四连接端可转动地连接。

进一步地，行走运动系统还包括轴承部，轴承部具有可相对转动的内圈和外圈，内圈固定地套在支撑连接部上，固定座设有装配通孔，外圈固定设置在装配通孔内。

进一步地，轴承部包括偶数个圆锥滚子轴承，相邻两个圆锥滚子轴承的其中一个的圆柱滚子相对于支撑连接部中心轴线的倾斜方向与另一个的圆柱滚子相对于支撑连接部中心轴线的倾斜方向相反。

进一步地，轴承部还包括轴承限位套，相邻两个圆锥滚子轴承之间设有轴承限位套，轴承限位套的两端分别抵顶于两个圆锥滚子轴承的外圈。

进一步地，转向动力源包括舵机和转接机构，舵机连接于固定座，动力连接端为舵机的输出转轴，动力连接端与支撑连接部通过转接机构传动连接。

进一步地，转接机构包括第一法兰盘和联轴器，动力连接端设有第二法兰盘，第一法兰盘与第二法兰盘固定连接，第一法兰盘设有连接轴头，连接轴头与支撑连接部通过联轴器连接，且动力连接端、连接轴头和支撑连接部三者同轴设置。

进一步地，联轴器为u型开口件，u型开口件包括顺序连接的第一直壁、弧形壁和第二直壁，第一直壁开有第一通孔和第二通孔，第一通孔与第二通孔沿弧形壁的中心轴线方向间隔设置，第二直壁设有第三通孔和第四通孔，第三通孔与第一通孔相对应，第四通孔与第二通孔相对应，连接轴头开有第五通孔，支撑连接部开有第六通孔，转接机构还包括连接螺钉，一根连接螺钉依次穿过第一通孔、第五通孔和第三通孔后与螺母锁紧，另一根连接螺钉依次穿过第二通孔、第六通孔和第四通孔后与螺母锁紧。

本实用新型至少具有以下有益效果：

应用该底盘悬架机构装配成型机器人的行走运动系统，该底盘悬架机构采用第一连接板和第二连接板装配成型的支架进行装配，l型形式的支架即限定了该底盘悬架机构的装配空间大小，从而适应机器人的行走运动系统的对狭小装配空间的要求，利用减振器组件、摆臂组件组成了能够有效减振部分，由于减振器组件的中心轴线朝向远离第二连接板的方向倾斜设置，因而在行走运动系统承载机器人重量时，此时减振器组件被挤压而产生竖直向下分力和平行于轮子中心轴线的轴向分力，竖直向下分力平衡机器人重量重力，轴向分力平衡所承受到的轴向力。这样，该底盘悬架机构不仅能够实现竖直方向有效减振，对于轴向力导致的侧偏振动也能够实现有效减振，消除了轮子侧边磨损的情况，因而机器人行走运动始终保持平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的底盘悬架机构的装配结构示意图；

图2为图1的分解图；

图3为本实用新型实施例的行走运动系统的主视图；

图4为图3的俯视图；

图5为图4中c-c方向的剖视图；

图6为图5中d处的放大图；

图7为本实用新型实施例的行走运动系统的分解图；

图8为本实用新型实施例的行走运动系统中联轴器的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

10、支架；11、第一连接板；111、第一连接座；12、第二连接板；121、第二连接座；20、减振器组件；21、减振器；22、第一连接轴；23、第二连接轴；30、摆臂组件；31、连接臂；32、第三连接轴；33、第四连接轴；40、装配板；41、第三连接座；42、第四连接座；210、固定座；211、装配通孔；220、转向动力源；221、动力连接端；2211、第二法兰盘；222、舵机；2221、传动齿轮组；2222、舵机电机；223、转接机构；2231、第一法兰盘；2232、联轴器；22321、第一直壁；22322、弧形壁；22323、第二直壁；230、轮毂电机；231、定子部；232、转子部；240、支撑连接部；250、轴承部；251、圆锥滚子轴承；252、轴承限位套；51、装配螺钉；52、连接螺钉。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的底盘悬架机构应用在机器人的行走运动系统中，对机器人行走过程进行减振防护。该底盘悬架机构包括支架10、减振器组件20和摆臂组件30，其中，支架10包括第一连接板11和第二连接板12，第一连接板11的第一端与第二连接板12的第一端连接呈l型，第一连接板11的靠近第二连接板12的侧壁设有第一连接座111，第二连接板12的第二端设有第二连接座121，减振器组件20具有第一连接端和第二连接端，第一连接端连接于第一连接座111，第二连接端用于与轮子的连接侧壁可转动地连接(与连接侧壁相背的轮子的另一侧壁背离第二连接板12)，摆臂组件30具有第三连接端和第四连接端，第三连接端连接于第二连接座121，第四连接端用于与轮子的连接侧壁可转动地连接，并且，第一连接端与第二连接端的连线为减振器组件20的中心轴线，从第一连接端至第二连接端的方向上，在减振器组件20进行减振施力过程中，该中心轴线朝向远离第二连接板12的方向倾斜设置。

应用该底盘悬架机构装配成型机器人的行走运动系统，该底盘悬架机构采用第一连接板和第二连接板装配成型的支架进行装配，l型形式的支架即限定了该底盘悬架机构的装配空间大小，从而适应机器人的行走运动系统的对狭小装配空间的要求，利用减振器组件、摆臂组件组成了能够有效减振部分，在减振器组件20进行减振施力过程中，由于减振器组件的中心轴线朝向远离第二连接板的方向倾斜设置，因而在行走运动系统承载机器人重量时，此时减振器组件被挤压而产生竖直向下分力和平行于轮子中心轴线的轴向分力，竖直向下分力平衡机器人重量重力，轴向分力平衡所承受到的轴向力。这样，该底盘悬架机构不仅能够实现竖直方向有效减振，对于轴向力导致的侧偏振动也能够实现有效减振，消除了轮子侧边磨损的情况，因而机器人行走运动始终保持平稳。

在本实施例中，为了方便并简化减振器组件20、摆臂组件30、轮子之间的装配关系，方便组装工作，因此，底盘悬架机构还包括装配板40的第一端设有第三连接座41，装配板40的第二端设有第四连接座42，第二连接端连接于第三连接座41，第四连接端连接于第四连接座42，装配板用于装配轮子(即轮子装配在装配板40上并实现转动行走)。

如图2所示，该底盘悬架机构的减振器组件20包括减振器21、第一连接轴22和第二连接轴23，减振器21的第一端与第一连接座111通过第一连接轴22铰接，减振器21的第二端与第三连接座41通过第二连接轴23铰接。减振器21的第一端与第一连接轴22构成减振器组件20的第一连接端，减振器21的第二端与第二连接轴23构成减振器组件20的第二连接端。进一步地，摆臂组件30包括连接臂31、第三连接轴32和第四连接轴33，连接臂31的第一端与第二连接座121通过第三连接轴32铰接，连接臂31的第二端与第四连接座42通过第四连接轴33铰接。装配完成后，装配板40由减振器21和连接臂31进行限制，使得装配板40不会脱离支架10，并且由于减振器21被设计装配成为其中心轴线朝向远离第二连接板12的方向倾斜，因此，装配板40不会靠向第二连接板12。当该底盘悬架机构装配上轮子并方式在地面上，此时，由于底盘以及底盘上装配的电子器件及电气器件的重力，此时，连接臂31以第三连接轴32的中心轴线为转动轴线向上摆动，且减振器21受到挤压，由于初始状态下减振器21的中心轴线朝向远离第二连接板12方向倾斜(即轮子被安装完成后的自然状态也相对于第二连接板12倾斜的)，此时在底盘重力的挤压下则回正并挤压减振器21的弹簧，则弹簧具有水平分力和竖直分力，水平分力能够平衡运动过程中轮子受到的侧向力，竖直分力能够平衡运动过程中竖直方向的颠簸振动(主要是因为路面不平以及进行越障引起颠簸振动)而实现减振功能。

根据本实用新型的另一方面，如图3至图7所示，提供了一种行走运动系统，该行走运动系统被安装至机器人底盘上，即可行走运动。具体地，该行走运动系统包括固定座210、转向动力源220、轮毂电机230和前述的底盘悬架机构，转向动力源220提供转向动力，轮毂电机230则提供行走所需动力。第一连接板11背离第二连接板12的一侧固定连接有支撑连接部240，支撑连接部240可转动地连接于固定座210，转向动力源220具有动力连接端221，动力连接端221与支撑连接部240同轴连接。当动力连接端221输出动力带动支撑连接部240相对于固定座210转动，从而使得行走运动系统实现转向。轮毂电机230包括定子部231和由定子部231驱动转动的转子部232，定子部231中包括了电机，启动电机即可带动转子部232转动，定子部231通过装配螺钉51可拆卸地连接固定于装配板40(当然，定子部231与装配板40之间也可采用焊接方式进行固定)，定子部231与装配板40的连接处位于第三连接座41和第四连接座42之间。

在本实施例的行走运动系统中，其还包括轴承部250，轴承部250具有可相对转动的内圈和外圈，内圈固定地套在支撑连接部240上，固定座210设有装配通孔211，外圈固定设置在装配通孔211内。通过将轴承部250设置在支撑连接部240和装配通孔211的孔壁之间，如此，在支撑连接部240转动时，相对于支撑连接部240与装配通孔211孔壁之间直接接触滑动摩擦，轴承部250能够辅助减少摩擦(滚动摩擦小于滑动摩擦)。

具体地，轴承部250包括偶数个圆锥滚子轴承251，相邻两个圆锥滚子轴承251的其中一个的圆柱滚子相对于支撑连接部240中心轴线的倾斜方向与另一个的圆柱滚子相对于支撑连接部240中心轴线的倾斜方向相反，如此，偶数个圆锥滚子轴承251之间配合不仅能够增强径向力承载能力，也能够沿支撑连接部240的中心轴线方向双向地承载轴向力。在本实施例中，圆锥滚子轴承251的数量是两个。

进一步地，如图5和图7所示，轴承部250还包括轴承限位套252，相邻两个圆锥滚子轴承251之间设有轴承限位套252，轴承限位套252的两端分别抵顶于两个圆锥滚子轴承251的外圈。通过在两个圆锥滚子轴承251之间设置轴承限位套252将两个圆锥滚子轴承251分隔开，在转向运动过程中，两个圆锥滚子轴承251之间就不会相互接触而相互干涉。

如图3、图5和图7所示，该行走运动系统的转向动力源220包括舵机222和转接机构223，采用小型的舵机222提供转向动力，如此能够进一步地实现行走运动系统的小型化设计，舵机222包括壳体、输出转轴、传动齿轮组2221和舵机电机2222，输出转轴、传动齿轮组2221和舵机电机2222装配在壳体内，并且输出转轴伸出壳体以传递动力。舵机222的壳体连接于固定座210，动力连接端221为舵机222的输出转轴，动力连接端221与支撑连接部240通过转接机构223传动连接。

如图5至图7所示，具体地，本实施例的行走运动系统的转接机构223包括第一法兰盘2231和联轴器2232，动力连接端221设有第二法兰盘2211，第一法兰盘2231与第二法兰盘2211固定连接，通过第一法兰盘2231与第二法兰盘2211对接装配固定，能够方便、快捷地实现传动连接，提高装配效率。第一法兰盘2231设有连接轴头，连接轴头与支撑连接部240通过联轴器2232连接，且动力连接端221、连接轴头和支撑连接部240三者同轴设置，将舵机222输出的转向动力依次传递实现转向。

在本实用新型实施例中，结合参见图8所示，为了适应连接轴头和支撑连接部240同轴装配的要求，因而对联轴器2232进行设计定制，即：联轴器2232为u型开口件，u型开口件包括顺序连接的第一直壁22321、弧形壁22322和第二直壁22323，第一直壁22321开有第一通孔和第二通孔，第一通孔与第二通孔沿弧形壁22322的中心轴线方向间隔设置，第二直壁22323设有第三通孔和第四通孔，第三通孔与第一通孔相对应，第四通孔与第二通孔相对应，连接轴头开有第五通孔，支撑连接部240开有第六通孔，转接机构223还包括连接螺钉52，一根连接螺钉52依次穿过第一通孔、第五通孔和第三通孔后与螺母锁紧，另一根连接螺钉52依次穿过第二通孔、第六通孔和第四通孔后与螺母锁紧。

应用本实施例的行走运动系统装配至机器人中，如图2所示，装配完成后，整体自然状态下，第一连接板11水平，则第二连接板12竖直(第一连接板11与第二连接板12相互垂直)，当将轮毂电机230放置于地面上处于平衡时，此时轮毂电机230在机器人底盘的重力作用下回正，并且设过第一连接座111与第一连接轴22之间连接处的中心点的重坠线为直线a(在平衡且静止状态下，在第一连接座111与第一连接轴22之间连接处的中心点利用线坠得到的纵向直线为重坠线)，则设减振器21的中心轴线为直线b，在平衡且静止状态下，并且轮毂电机230回正，此时直线b相对于直线a朝向远离第二连接板12的一侧倾斜，此时直线a与直线b之间的夹角β(β>0)，并且在行走运动过程中，夹角β的角度始终大于0，也就是，直线b不会越过直线a而继续靠近第二连接板12。在行走运动过程中，轮毂电机230回正并平衡时，夹角β为确定值，当夹角β的角度增大或减小时则轮毂电机230发生侧偏。当β减小时则减振器21继续被压缩，则减振器21向轮毂电机230提供回正力；当β增大时则此时轮毂电机230向远离第二连接板12的方向侧偏，在底盘重力的作用下回正。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。