一种万向轮总成以及清洁机器人的制作方法

1.本实用新型涉及行走设备领域，尤其涉及一种万向轮总成以及清洁机器人。


背景技术：

2.带行走轮的行走设备在移动的过程中，面临越障的问题。例如，清洁机器人、agv小车、服务机器人等移动机器人，在地面上行走时会遇到凸起的障碍物，此时移动机器人需要进行过坎越障。
3.清洁机器人等行走设备的行走轮直径较小时，其越障性能较弱，行走轮的直径越大，其越障性能越好。但是，行走轮直径越大，装置的整机高度就越高。而一些行走设备对整机高度有要求，例如，室内清洁机器人需要进入座椅等家具的底部清洁地面，若整机高度增加，会导致清洁机器人的清洁区域减小。
4.相关技术中的清洁机器人，整机高度的限定与提高过坎越障能力的需求存在矛盾。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的之一在于：提供一种万向轮总成，保证整体高度的同时，提高越障通过性。
6.本实用新型实施例的目的之二在于：提供一种清洁机器人，保证整机高度的同时，提高越障通过性。
7.为达上述目的之一，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种万向轮总成，包括：
9.安装架，用于与行走设备主体连接；
10.万向轮主体，包括与所述安装架转动连接的轮座、设于所述轮座下侧的支撑轮以及辅助轮；所述支撑轮与所述辅助轮分别与所述轮座转动连接；在z方向上，所述支撑轮相对所述辅助轮向下凸出；在y方向上，所述辅助轮相对所述支撑轮向前凸出。
11.为达上述目的之二，本实用新型采用以下技术方案：
12.一种清洁机器人，包括：
13.机器人本体，包括底盘；
14.如上技术方案所述的万向轮总成，通过所述安装架与所述底盘可拆连接。
15.本实用新型的有益效果为：
16.该万向轮总成采用双级轮设计，辅助轮先上障碍随后支撑轮上障碍，降低越障阻力，在满足总成整体高度要求的同时，提高设备越障能力；万向轮总成设置安装架，方便实现万向轮总成与设备底盘的快速安装；
17.该清洁机器人，在满足整机高度要求的同时，提高了越障能力，万向轮总成与设备底盘独立，可快拆万向轮组成，方便维修。
附图说明
18.下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
19.图1为本实用新型实施例所述万向轮总成的分解结构示意图；
20.图2为本实用新型实施例所述万向轮总成的其一角度的结构示意图；
21.图3为本实用新型实施例所述万向轮总成的另一角度的结构示意图；
22.图4为图3中的a部放大图；
23.图5为图3中的b部放大图；
24.图6为本实用新型实施例所述轮座的结构示意图；
25.图7为本实用新型实施例所述轮座过坎的原理示意图之一；
26.图8为本实用新型实施例所述轮座过坎的原理示意图之二。
27.图中：10、安装架；20、轮座；21、第一卡接槽；22、第二卡接槽；23、第一容纳槽；24、第二容纳槽；25、第一过孔；30、第一安装轴；41、支撑轮； 42、第一轮轴；51、辅助轮；52、第二轮轴；60、推力球轴承；61、第一圈部； 62、球组件；63、第二圈部；71、第一螺栓；72、第一螺母；73、垫片；80、第二紧固件；90、轴套；91、障碍物。
具体实施方式
28.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下侧”和“下面”包括第一特征在第二特征正下侧和斜下侧，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.为了解决在移动机器人等行走设备的相关技术中存在的“若为了提高行走设备过坎能力，增大行走轮直径，则导致行走设备整机过高，设备工作空间受限，但是，若为了确保行走设备整机高度，以使行走设备能够进入到大部分工作区域，则行走设备的过坎能力减弱”这一技术问题，本实用新型提出一种万向轮总成。该万向轮总成，可实现行走设备的行走与转向。
32.本实用新型的万向轮总成，通过设计具有高度差的两级轮组，在保证万向轮总成整体高度的同时，实现分级过坎，降低过坎越障阻力。并且，该万向轮总成作为独立模块，设
计安装架10，可实现万向轮总成的快拆快装，方便维修。
33.本实用新型的万向轮总成可以应用于移动机器人中。其中，移动机器人可以为但不限于清洁机器人、服务机器人、安防机器人、agv小车 (automatedguidedvehicle，简称agv，指装备有电磁或光学等自动导航装置)。另外，移动机器人可以为室内机器人也可以为室外机器人。
34.本实用新型还提出一种清洁机器人，该清洁机器人采用上述万向轮总成，在保证整机高度的同时，提高了过坎越障通过性。
35.如图1至图8所示，在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，该万向轮总成包括安装架10与万向轮主体。该万向轮主体包括轮座20、支撑轮41、辅助轮51。安装架10设于万向轮主体的上侧，支撑轮41与辅助轮51均设于轮座 20的下侧。
36.本实施例中，为了方向对万向轮总成内的各部件的位置关系进行说明，限定万向轮总成的x、y、z方向。
37.在一实施例中，当万向轮总成安装至清洁机器人等行走设备时，行走设备的前进方向和后退方向为万向轮总成的y方向，行走设备向上和向下的方向为万向轮总成的z方向，换言之，z方向为与指向行走面的方向平行的方向。行走设备前进时，行走设备向左和向右的方向为万向轮总成的x方向。
38.本实施例中，还包括沿z方向延伸的第一安装轴30，沿x方向延伸的第一轮轴42以及第二轮轴52。
39.万向轮主体通过第一安装轴30与安装架10转动连接。万向轮主体内，支撑轮41通过第一轮轴42与轮座20转动连接，辅助轮51通过第二轮轴52与轮座20转动连接，以使万向轮主体具有相对安装架10绕竖直轴线转动的自由度，并使支撑轮41与辅助轮51分别具有相对轮座20绕水平轴线转动的自由度。
40.如图2、图3所示，在z方向上，支撑轮41的至少一部分、辅助轮51的至少一部分均相对轮座20向下凸出，以使支撑轮41的底端、辅助轮51的底端相对轮座底面更加接近行走面。在z方向上，支撑轮41的至少一部分相对辅助轮 51向下凸出，也即支撑轮41的至少一部分相对辅助轮51向下凸出，以使支撑轮41的底端相对辅助轮51的底端更加接近行走面，以使辅助轮51在常规状态下悬空。
41.在y方向上，辅助轮51相对支撑轮41向前凸出，以在万向轮向前行走时，辅助轮51先接触障碍物。
42.如图2所示，支撑轮41远离轮座20的一端与水平面相切形成的切线为第一切线l1，辅助轮51远离轮座20的一端与水平面相切形成的切线为第二切线 l2，在z方向上，第一切线l1位于第二切线l2的下方，第一切线l1与第二切线 l2之间的高度差为h。支撑轮41轮前端与竖直面相切形成的切线为第三切线，辅助轮51前端与竖直面相切形成的切线为第四切线，第四切线位于第三切线的前端。
43.其中，需要说明的是，本实用新型中的“下方”、“下侧”的限定是相对的，轮座20接近行走面一侧的方向即为“下方”、“下侧”。同理，本实用新型中的“前方”、“前侧”的限定也是相对的，在万向轮行走时，与行走方向一致的方向即为前方”、“前侧”。
44.本实用新型的万向轮总成，可通过安装架10安装于行走设备底盘，以将万向轮总成安装行走设备主体下方。当行走设备沿行走方向常规行走或越障时，支撑轮41或辅助轮
51相对轮座20转动，当行走设备需要转向调整行走方向上，万向轮主体相对安装架10转动。
45.万向轮总成具有常规行走状态以及过坎状态，万向轮总成处于常规行走状态时，辅助轮51悬空，支撑轮41保持与行走面接触。万向轮总成处于过坎状态时，由于在水平的行走方向上辅助轮51相对支撑轮41向前凸出，辅助轮51 先上障碍物随后支撑轮41上障碍物，将障碍物高度分解为至少两级，降低了过坎越障阻力，提高了过坎越障能力。
46.在图7与图8中，示意出了行走设备经过障碍的过程中，支撑轮41、辅助轮51、障碍物91之间的关系示意图。图7中，行走设备还未登上障碍物91，图7中行走设备的辅助轮51登上障碍物91；图8中的行走设备继续沿y方向向前行走，则支撑轮41随后登上障碍物91。
47.现有技术中，万向轮总成仅设置支撑轮41，当障碍物91高度hx过高时，则行走设备过障碍物时，需要通过支撑轮41将行走设备抬升hx高度。而本实施例中，万向轮总成中，支撑轮41与辅助轮51的配合可实现分级越障。如图7、图8所示，行走设备越过障碍物分两个阶段：
48.第一阶段，先通过辅助轮51将行走设备抬升δh2高度，辅助轮51登上障碍物91，此时，支撑轮41轮底与障碍物91顶部之间的高度差由hx降低至δh3；第二阶段，接着沿行走方向y行走，支撑轮41将行走设备抬升δh3高度，支撑轮41登上障碍物91，完成越障。
49.本实用新型的行走设备越过障碍过程中，辅助轮51上升的高度δh2、支撑轮41上升的高度δh3均小于障碍物911高度hx，减小了单级爬升高度。行走设备越障作功大小与设备重量、设备上升高度相关，本实用新型相对于现有技术而言，减小了支撑轮41登上障碍物91所需要作功的大小，如此，降低行走设备越障阻力，提高了越障通过性。本实用新型的万向轮总成，在确保整体高度的同时，提高了过坎越障通过性，提高了行走设备适应性。并且，本实用新型的万向轮总成，通过安装架10与万向轮主体的配合，不仅实现了万向转动，并且通过安装架10的设置，将万向轮总成与行走设备的底盘独立分开，不用拆卸支撑轮41、辅助轮51、轮座20等结构，可直接拆卸安装架10，实现万向轮总成的快拆，便于维修。
50.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，为了保证过坎时的稳定性，设置至少两个辅助轮51。在x方向上，，两个辅助轮51分别设于支撑轮41的相对两侧，如此，辅助轮51刚爬上障碍物，两侧的辅助轮51可以稳定地撑起行走设备，避免行走设备重心偏移。本实施例中，x轴、y轴、z轴方向两两垂直。
51.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，如图3所示，在x方向上，辅助轮51设于支撑轮41的侧向，辅助轮51在x方向的投影与支撑轮41部分重合。由于辅助轮51与支撑轮41侧面投影有部分重合，在辅助轮51爬山障碍物之后，支撑轮41能够随后爬上障碍物。
52.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，在y方向上，第一轮轴42位于第一安装轴30的后侧，第二轮轴52位于第一安装轴30的前侧。两个轮轴分别位于第一安装轴30前后两侧，竖向承力更可靠。
53.本实施例中，如图2所示，在y方向上，第一轮轴42与第一安装轴30的轴间距为第一偏心距d1，第二轮轴52与第一安装轴30的轴间距为第二偏心距 d2；轮座20在y方向上的直径为d3；d1与d3的比值在0.05至0.4之间，d2与 d3的比值在0.05至0.4之间。
54.在一实施方式中，轮座20的外圈直径d3在80mm至120mm之间，d1在10mm 至45mm之间，d2为5mm至40mm之间。
55.本实施例中，d1与d3的比值为0.25，d2与d3的比值为0.1。
56.在本实用新型的一实施例中，支撑轮41在z方向上的直径为40mm至 80mm，辅助轮51在z方向上的直径为40mm至80mm。在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，辅助轮51的直径与支撑轮41直径的比例在0.5至0.75内。若支撑轮41与辅助轮51的高度差较小，辅助轮51上障碍后，对支撑轮41上障碍的阻力减小有限，若支撑轮41与辅助轮51之间的高度差较大，过坎时，辅助轮51可能不会接触到障碍。而采用本实施例的技术方案，可以对支撑轮41 与辅助轮51之间的高度差进行有效控制，分级越障效果为佳。
57.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，支撑轮41包括轮毂以及轮皮，轮毂的外周通过包胶工艺形成第一包胶层，轮皮的外周通过包胶工艺形成第二包胶层，轮皮套在轮毂的第一包胶层的外侧，通过包胶层的软胶提供缓冲，同时降低支撑轮41的胎噪音。
58.本实施例中，第一轮轴42为金属轴，第一轮轴42穿过支撑轮41，第一轮轴42的两端分别安装至轮座20。其中，采用金属材质的第一轮轴42，提高支撑轮41的承载力、可靠性。
59.本实施例中，通过第一轮轴42相对轮座20转动，带动支撑轮41相对轮座 20转动。
60.在其他实施例中，也可以配置为支撑轮41相对第一轮轴42转动，以实现支撑轮41相对轮座20转动。
61.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，第一轮轴42与第二轮轴52的型号相同，为同种金属轴，减少物料种类。
62.在其他实施例中，也可以第一轮轴42为金属轴，第二轮轴52为塑胶轴；或者第一轮轴42与第二轮轴52均为塑胶轴。
63.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，辅助轮51通过第二轮轴52与轮座20转动连接，并且辅助轮51与第二轮轴52一体成型。如此，装配辅助轮 51时，仅需要直接将第二轮轴52安装至轮座20即可，无需再对辅助轮51与第二轮轴52进行组装，减少零件重量，减少组装步骤。
64.本实施例中，辅助轮51为塑胶轮，第二轮轴52为塑胶轴。辅助轮51与第二轮轴52采用塑胶材质，可通过注塑成型的方式实现一体成型，便于加工。并且，辅助轮51仅在万向轮总成过坎时应用，强度要求不高，采用塑胶轮与塑胶轴可降低成本，减轻重量。本实施例中的万向轮总成可以降低零件成本以及组装成本。
65.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，如图3至图6所示，通过卡装的方式实现第一轮轴42与第二轮轴52的安装，使第一轮轴42、第二轮轴52的安装更加方便，具体通过如下方式配置万向轮总成：
66.轮座20设置下方开口的第一卡接槽21，第一轮轴42卡入第一卡接槽21 内，第一卡接槽21设置第一限位部，第一限位部限制第一卡接槽21内的第一轮轴42脱出第一卡接槽21；第一轮轴42具有在第一卡接槽21内转绕轴线方向转动的自由度。
67.轮座20还设置下方开口的第二卡接槽22，第二轮轴52卡入第二卡接槽22 内，第二卡接槽22设置第二限位部，第二限位部限制第二卡接槽22内的第二轮轴52脱出第二卡接槽22；第二轮轴52具有在第二卡接槽22内转绕轴线方向转动的自由度。
68.如此，装配第一轮轴42时，仅需要将第一轮轴42由轮座20下方的开口按压卡入第一卡接槽21内，当第一轮轴42卡入第一卡接槽21内之后，第一限位部限制第一轮轴42在自重作用下由下方开口脱出第一卡接槽21。第二轮轴52 的装配方式同理，通过第二限位部限制第二轮轴52在自重作用下由下方开口脱出第二卡接槽22。
69.本实施例中，第一轮轴42、第二轮轴52的安装方式简单，万向轮主体的整体结构简单。
70.其中，第一限位部与第二限位部可以为弧形面。在其他实施例方式中，也可以采用磁吸限位等方式实现第一轮轴42与第二轮轴52的限位。
71.在其他实施例中，第一轮轴42与第二轮轴52中，也可以仅其一采用卡装的方式与轮座20组装。
72.在其他实施例中，也可以在轮座20下方设置弧形槽，将轮轴装入弧形槽内之后，再将设有弧形槽的盖板通过紧固件锁附在轮座20，将轮轴锁附在轮座20 与盖板之间。
73.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，如图3至图6所示，轮座20设置下方开口的第一卡接槽21、第一容纳槽23、第二卡接槽22以及第二容纳槽 24；第一卡接槽21与第一容纳槽23连通，第二卡接槽22与第二容纳槽24连通。第一轮轴42卡入第一卡接槽21内，支撑轮41的一部分嵌入第一容纳槽23 内；第二轮轴52卡入第二卡接槽22内，辅助轮51的一部分嵌入第二容纳槽24 内。
74.如此，通过轮座20提供轮轴安装空间，可以实现第一轮轴42与第二轮轴 52的安装，同步地，设置第一容纳槽23与第二容纳槽24，向支撑轮41与辅助轮51提供避位容纳空间，避免在将第一轮轴42装入第一卡接槽21、第二轮轴 52装入第二卡接槽22时，支撑轮41与轮座20干涉、辅助轮51与轮座20干涉。
75.在本实用新型的一实施例中，为了保证万向轮主体相对安装架10旋转的顺畅性，还设置了推力球轴承60，推力球轴承60用于承载沿第一安装轴30轴向的轴向力。
76.如图1所示，本实施例中，推力球轴承60设于安装架10与轮座20之间。推力球轴承60包括第一圈部61、第二圈部63以及钢球组件62，钢球组件62 设于第一全部与第二圈部63之间。第一圈部61背离第二圈部63的一侧与安装架10下侧相抵，第二圈部63背离第一全部的一侧与轮座20上侧相抵，第一安装轴30穿过第一圈部61、钢球组件62以及第二圈部63中间的轴孔。如此，行走设备主体作用于安装架10的压力传递至推力球轴承60，推力球轴承60在承载轴向力，当万向轮主体相对安装架10绕第一安装轴30转动时，第一圈部61 与第二圈部63发生相对旋转时，通过钢球组件62使旋转更加顺畅。
77.本实施例中，第一安装轴30可以通过如下任一方式配置：
78.方式一：第一安装轴30固定于安装架10，轮座20设置第一过孔25，第一安装轴30插入第一过孔25，第一安装轴30可在第一过孔25内转动，从而实现万向轮主体与安装架10的转动配合。
79.方式二：第一安装轴30固定于轮座20，安装架10设置第一过孔25，第一安装轴30插入第一过孔25，第一安装轴30可在第一过孔25内转动，从而实现万向轮主体与安装架10的转动配合。
80.本实施例中，如图1所示，为了将万向轮主体与安装架10进行组装，设置了第一螺栓71与第一螺母72，第一安装轴30设有第二过孔，第一螺栓71穿过第二过孔与第一螺母72连接，以限制轮座20与安装架10在z方向上的相对运动，使轮座20与安装架10活动连接，轮座20不会脱离安装架10，但可相对安装架10旋转。
81.本实施例中，第一螺母72的螺头与轮座20之间设置垫片73。
82.在其他实施例中，还可以通过在第一安装轴30设置螺纹孔，第一安装轴30 从第一
过孔25一端插入，螺丝从第一过孔25另一端插入并与第一安装轴30内的螺纹孔螺接，实现轮座20与安装架10的转动连接。
83.在本实用新型的万向轮总成的一实施例中，如图1所示，还设置轴套90，轴套90设在第一安装轴30的外壁与第一过孔25的内壁之间，轴套90用于保护第一安装轴30。
84.在其他实施例中，也可以在第一安装轴30的外壁与第一过孔25的内壁之间设置轴承。
85.本实用新型还提出一种清洁机器人，清洁机器人可以为但不限于家用清洁机器人、商用清洁机器人，清洁机器人具有扫刷、吸尘、擦地功能中的一种或多种。
86.在本实用新型的清洁机器人的一实施例中，该清洁机器人包括机器人本体以及上述任一实施例中的万向轮总成，机器人本体的底部设置底盘，万向轮总成设于底盘下方，万向轮总成通过安装架10可拆地安装至底盘，支撑轮41与辅助轮51位于轮座20远离底盘的一侧。
87.在本实用新型的清洁机器人的一实施例中，通过第二紧固件80将安装架10 可拆安装至底盘。
88.本实施例中，第二紧固件80设置多个，第二紧固件80可以为但不限于螺栓、螺丝。通过多个螺丝或多个螺栓将万向轮安装板锁紧于机器人本体底部的底盘。
89.在本实用新型的清洁机器人的一实施例中，第一螺栓71的直径大于第二紧固件80的直径。
90.于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左、”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
91.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”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实用新型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。
92.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
93.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。