悬挂轮及轮式机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及轮式机械技术领域，特别涉及一种悬挂轮及轮式机器人。
【背景技术】
[0002]传统的轮式机器人一般依靠三个或四个行进轮进行移动，由电机驱动其中至少一个行进轮提供移动力，而剩余的行进轮则主要用于辅助机器人保持行进的平衡及稳定性，另有转向系统调整行进轮角度控制机器人的移动方向。
[0003]现有技术中室内机器人有几种常用的行进轮布置方式:第一种是四轮布置式:四个轮大小基本相同，每两个一组均匀布置在机器人底部四角，转向时由其中一组偏转一定角度带动整个机器人完成方向调整；第二种是三行进轮式:三个轮大小基本相同并均匀布置在机器人底部(等腰三角形布置，对于形状规则的圆形机器人则呈等边三角形布置)，其中有两个轮为一组、另一个单独布置，转向时由单独布置的轮偏转一定角度带动整个机器人完成方向调整。第三种是两行进轮式:两个行进轮为对称布置在底部的两侧，转向时直接将两行进轮偏转一定角度带动整个机器人完成方向调整。可以看出，采用现有技术的方式，转向轮与跟随轮之间有一定距离，这导致机器人实际转弯半径较大，不利于其在室内狭小的空间自由活动。
[0004]现有技术的两行进轮方案很难控制机器人运动时的平衡，必须另外设置至少一个辅助轮帮助稳定机体。此外两轮同时转向的方案仍存在一定的转弯半径，机器人在室内行动的自由度仍然受到了限制。
【实用新型内容】
[0005]针对现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题如何使两轮系统稳定自由地移动，且可在狭小空间里实现原地转向。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供一种悬挂轮，包括:行进轮、悬挂臂、驱动连杆和电机；其中，
[0007]悬挂臂一端连接行进轮中轴，另一端连接驱动连杆；
[0008]驱动连杆另一端连接机体；
[0009]电机固定安装在悬挂臂或机体上，电机还同时连接行进轮中轴；
[0010]悬挂臂包括高度调整机构，所述高度调整机构包括可伸缩组件，所述可伸缩组件在悬挂臂长度方向上伸展或收缩。
[0011 ] 优选地，所述可伸缩组件为套筒式或活塞式结构。
[0012]优选地，所述高度调整机构还包括液压或气压组件，通过所述液压或气压组件调整所述套筒式或活塞式结构的伸展/收缩程度。
[0013]优选地，所述悬挂轮上还包括减震机构。
[0014]优选地，所述减震机构为弹簧减震机构。
[0015]优选地，所述弹簧减震机构一端固定连接机体，另一端固定连接驱动连杆。
[0016]另一方面，本实用新型还同时提供一种轮式机器人，包括:两套独立设置的如上所述的悬挂轮，两套所述悬挂轮分别设置在机体底部两侧对称位置。
[0017]优选地，所述机器人还包括两套独立的驱动控制系统，两套悬挂轮中的电机各自与一套驱动控制系统耦接。
[0018]优选地，所述机器人的机体包括车架，每个悬挂轮与一个车架配合，所述机体通过车架固定连接/安装悬挂轮相应组件。
[0019]优选地，每个所述车架两端还各设置有一个辅助轮。
[0020]本实用新型的技术方案中，提供了自带电机且具备高度调节功能的悬挂轮，通过该悬挂轮的使用，可维持机器人运动过程中机体的平衡，保证机器人行进的稳定性，且机器人可实现原地转向。
【附图说明】
[0021]图1a是本实用新型的一个实施例中悬挂轮的结构示意图；
[0022]图1b是本实用新型的一个实施例中悬挂轮越障示意图。
[0023]图2是本实用新型轮式机器人实现原地转向(零转弯半径)示意图。
[0024]其中，各附图标记说明如下:1 一辅助轮，2—行进轮，3—车架，4一编码器，5—电机，6—悬架弹費，7—悬挂臂，8—驱动连杆，9一障碍物；201 —第一彳丁进轮(正转)，202—第一电机，203—第一编码器，204—第二编码器，205—第二电机，206—第二彳丁进轮(反转)。
【具体实施方式】
[0025]为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述。
[0026]传统的轮式机器人需要至少三个轮子来维持机体的稳定性，这使得机器人设计、安装和维护的成本较高，同时由于轮体移动受限，转向时存在一定的转弯半径，也使机器人在室内行动的自由度受到了限制。本实用新型提供了一种独立驱动的悬挂轮，通过悬挂系统保证两轮机器人机体的稳定性。
[0027]如图1a所示，在本实用新型的一个实施例中，悬挂轮包括:行进轮2、悬挂臂7、驱动连杆8和电机5 ;其中，悬挂臂7 —端连接行进轮2中轴，另一端连接驱动连杆8 ;驱动连杆8另一端连接机体；电机5固定安装在悬挂臂7或机体(图中未示出)上，电机5还同时连接行进轮2中轴为行进轮2提供驱动力；悬挂臂7包括高度调整机构，所述高度调整机构包括可伸缩组件，所述可伸缩组件在悬挂臂长度方向上伸展或收缩。本实用新型中，通过该可伸缩组件的伸展和收缩改变所述悬挂臂的长度，进而可调整轮体与机体间距，使得机器人仅采用两个悬挂轮即可保持行进过程中机体始终平衡。
[0028]进一步参见图la，机器人机体通过车架3固定连接悬挂轮各组件，即驱动连杆8另一端连接车架3，电机5也可固定安装在车架3上。此外，车架3两端还各设置有一个辅助轮1，正常状态下，辅助轮I略高于悬挂轮底部而不接触地面。此外，悬挂轮还可设置编码器4，编码器4固定在电机旋转轴、行进轮旋转轴或独立悬挂的计米轮上；编码器输出脉冲计数给机器人系统，根据编码器计数可计算得到行进轮的转动角度和距离、转动速度，结合两轮的转动角度得到机器人的运动角度和坐标。通过编码器的设置，不但可反馈行进轮的速度和位置，同时还可得到机器人的行驶距离及坐标信息。
[0029]在本实用新型的多个优选实施例中，可伸缩组件为套筒式或活塞式结构；高度调整机构还包括液压或气压组件，通过液压或气压组件调整所述套筒式或活塞式结构的伸展/收缩程度。优选地，所述悬挂轮上还包括减震机构；更优选地，所述减震机构为弹簧减震机构；如图1a所示，悬架弹簧6—端固定连接车架3，另一端固定连接驱动连杆8。
[0030]本实用新型进一步提供一种轮式机器人，该机器人包括两套独立设置的如上所述的悬挂轮，两套悬挂轮分别设置在机体底部两侧对称位置。图1b进一步展示了本实用新型机器人通过障碍的一个示例，其中一个辅助轮接触障碍物9而让车架受到向上的力，高度调整机构伸展使车架整体抬起，从而使机器人在该悬挂轮这一侧的底部通过高度变大，可顺利通过障碍物9并在越障过程中保持机体水平，保证了行进的稳定性。
[0031]另外，该机器人还包括两套独立的驱动控制系统，两套悬挂轮中的电机各自与一套驱动控制系统耦接。由于两行进轮是由两电机独立驱动控制，机器人可自由移动并实现灵活地转向，它们之间速度没有直接的关系。当需要实现零半径转弯时，控制系统会发出信号，使两车轮以大小相同、方向却相反的力矩运转。如图2所示，第一行进轮201在第一电机202的驱动下正向转动，第二行进轮206在第二电机205的驱动下反向转动，同时第一编码器203和第二编码器204分别对两轮的转动情况进行计数和反馈。采用上述方式，通过两个独立驱动控制的行进轮可实现原地转向(图2中原地完成了顺时针旋转90° )，保证机器人在狭小范围内灵活自由的转向和移动，大大提高了机器人在小范围空间内活动的自由度、灵活性和可靠性。
[0032]本实用新型的技术方案中，提供了自带电机且具备高度调节功能的悬挂轮，通过该悬挂轮的使用，可维持机器人运动过程中机体的平衡，保证了机器人行进的稳定性。同时本实用新型采用两套独立驱动的悬挂轮，实现了真正意义上的两轮机器人，又由于两轮独立驱动可实现原地转向，保证了机器人在小范围内灵活自由的转向和移动。
[0033]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种悬挂轮，其特征在于，所述悬挂轮包括:行进轮、悬挂臂、驱动连杆和电机；其中， 悬挂臂一端连接行进轮中轴，另一端连接驱动连杆； 驱动连杆另一端连接机体； 电机固定安装在悬挂臂或机体上，电机还同时连接行进轮中轴； 悬挂臂包括高度调整机构，所述高度调整机构包括可伸缩组件，所述可伸缩组件在悬挂臂长度方向上伸展或收缩。2.如权利要求1所述的悬挂轮，其特征在于，所述可伸缩组件为套筒式或活塞式结构。3.如权利要求2所述的悬挂轮，其特征在于，所述高度调整机构还包括液压或气压组件，通过所述液压或气压组件调整所述套筒式或活塞式结构的伸展/收缩程度。4.如权利要求1所述的悬挂轮，其特征在于，所述悬挂轮上还包括减震机构。5.如权利要求4所述的悬挂轮，其特征在于，所述减震机构为弹簧减震机构。6.如权利要求5所述的悬挂轮，其特征在于，所述弹簧减震机构一端固定连接机体，另一端固定连接驱动连杆。7.一种轮式机器人，其特征在于，所述机器人包括:两套独立设置的如权利要求1-6中任一项所述的悬挂轮，两套所述悬挂轮分别设置在机体底部两侧对称位置。8.如权利要求7所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括两套独立的驱动控制系统，两套悬挂轮中的电机各自与一套驱动控制系统耦接。9.如权利要求7所述的机器人，其特征在于，所述机器人的机体包括车架，每个悬挂轮与一个车架配合，所述机体通过车架固定连接/安装悬挂轮相应组件。10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，每个所述车架两端还各设置有一个辅助轮。
【专利摘要】本实用新型提供一种悬挂轮及轮式机器人，属于轮式机械技术领域。该悬挂轮包括：行进轮、悬挂臂、驱动连杆和电机；其中，悬挂臂一端连接行进轮中轴，另一端连接驱动连杆；驱动连杆另一端连接机体；电机固定安装在悬挂臂或机体上，电机还同时连接行进轮中轴；悬挂臂包括高度调整机构，所述高度调整机构包括可伸缩组件，所述可伸缩组件在悬挂臂长度方向上伸展或收缩。本实用新型提供了自带电机且具备高度调节功能的悬挂轮，通过该悬挂轮的使用，可维持机器人运动过程中机体的平衡，保证机器人行进的稳定性，且机器人可实现原地转向。
【IPC分类】B62D11/00, B62D61/00
【公开号】CN204674692
【申请号】CN201520407019
【发明人】汪雅楠, 张和光
【申请人】北京云迹科技有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月12日