一种纵向旋转铰链支架弹簧减震器悬架及机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种纵向旋转铰链支架弹簧减震器悬架及机器人。


背景技术：

2.移动机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用。根据移动方式来分，可分为：轮式移动机器人、步行移动机器人、履带式移动机器人、爬行机器人、蠕动式机器人和游动式机器人等类型移动机器人。
3.现有的轮式移动机器人底盘悬架，如图5所示，通常包括直流减速电机、驱动轮、直流减速电机安装块、滑块、弹簧导柱、连杆组件、矩形弹簧、无油寸套等，其中差速驱动单元采用直流无刷减速电机配合矩形弹簧压紧机构，结构复杂，占用底盘的空间大，同时因为零件结构种类复杂，造成底盘自重较大，且装配时带来的公差累计大，不利于机器人精确导航定位，精确对正充电桩，且零件种类多质量大带来机器人的工作续航减少。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种以解决上述的问题。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种纵向旋转铰链支架弹簧减震器悬架，包括转轴、伺服轮毂电机、轮毂电机安装组件、减震组件和纵向旋转铰链支架；所述转轴的一端与伺服轮毂电机的输出端连接，所述转轴的另一端固定连接轮毂电机安装组件；所述轮毂电机安装组件、所述减震组件和所述纵向旋转铰链支架依次首尾活动连接组成三连杆结构，所述减震组件可拆卸的活动连接在轮毂电机安装组件和纵向旋转铰链支架之间，用于改变机器人底盘离地高度。相对于现有技术的矩形弹簧加导杆形式的结构，本发明的三连杆结构占用底盘的空间减少，结构相对简单减小了装配时的累计公差。且本发明采用了伺服轮毂电机，伺服轮毂电动轮将动力装置、传动装置和控制装置都整合一起安装在轮毂内，直接替代原有的电机+减速器+轮子的结构，简化设计，使性能与实用相结合，大大节省了空间，使电机即是轮子，轮子即是电机，在空间和成本上都有显著改善，而且因为装配零件种类的减少，减小了装配公差的累计，从而提高了底盘驱动轮装配精度。
5.优选的，减震组件的一端通过第一连接轴与轮毂电机安装组件的一端活动连接，减震组件的另一端通过第二连接轴与纵向旋转铰链支架活动连接，轮毂电机安装组件的另一端通过第三连接轴与纵向旋转铰链支架的另一端活动连接。
6.优选的，第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴均与转轴平行，即轮毂电机安装组件、减震组件和纵向旋转铰链支架组成三连杆结构空间平行于伺服轮毂电机侧面，即占据整个底盘的纵向空间，从而可缩减底盘的横向空间，使机器人的整体体积减小。
7.优选的，纵向旋转铰链支架包括上铰链支架和下铰链支架，下铰链设置于上铰链的下方，所述上铰链支架和下铰链支架固定连接在机器人底盘上。纵向旋转铰链支架能够
在不改变底盘结构框架的情况下，通过更换不同行程的减震组件就可以实现底盘离地高度的变化，可以提高移动机器人底盘的通过性，满足不同应用场景的使用要求，具体的，纵向旋转铰链支架包括上铰链支架和下铰链支架，上铰链支架通过第二连接轴与减震组件连接，下铰链支架通过第三连接轴与轮毂电机安装组件，纵向旋转铰链支架结构尺寸都不变的情况下，通过更换不同行程的减震组件，拉动上铰链支架和下铰链支架，改变调节减震组件与轮毂电机安装组件的角度大小，减震组件与纵向旋转铰链支架的角度大小，轮毂电机安装组件与纵向旋转铰链支架的角度大小，从而实现机器人底盘离地高度的变化。
8.优选的，减震组件包括减震组件包括减震器和弹性元件，所述弹性元件设置于减震器的外表面，且所述弹性元件的两端与减震器相连接。
9.优选的，弹性元件是螺旋弹簧。结构简单，易于实现。
10.优选的，轮毂电机安装组件包括上安装块和下安装块，上安装块、转轴、下安装块固定连接。
11.优选的，轮毂电机安装组件是一体成型的长方体安装块，通过销轴配合固定转轴和安装块，使转轴和安装块相对静止。
12.本发明还提供了一种机器人，包括含有上述技术方案的一种纵向旋转铰链支架弹簧减震器悬架的机器人。
13.本发明具备的有益技术效果是：弹簧减震器相对于矩形弹簧加导杆形式，一体化程度更高，提供更有效的差速驱动单元压紧力，有效保证驱动轮不会打滑。
14.纵向旋转铰链支架能够在不改变底盘框架的情况下，通过更换不同行程的弹簧减震器实现机器人底盘离地高度的变化，提高移动机器人底盘通过性，满足不同应用场景的使用要求。
15.纵向旋转铰链支架配合弹簧减震器悬架使用的驱动电机是伺服轮毂电机，等价于传统差速驱动底盘的直流减速电机、驱动轮，在结构上能够有效精简，同时减轻自重，轻量化可以有效提高机器人的续航时间。
16.零件种类的减少，减少装配带来公差累计，有效提高装配尺寸精度，进一步提高导航算法的数据精度，让机器人走行更精确、平顺。
附图说明
17.图1为本发明具体实施例的立体结构示意图；图2为本发明具体实施例的正视图；图3为本发明具体实施例中转轴与轮毂电机安装组件连接关系示意图；图4为本发明具体实施例中减震器与轮毂电机安装组件连接关系示意图；图5为现有轮式移动机器人底盘悬架立体结构示意图。
18.附图标记：1、伺服轮毂电机；11、转轴；12、第一连接轴；13、第二连接轴；14、第三连接轴；21、下安装块；211、连接支架；22、上安装块；221、第一凸台；222、第二凸台；223、螺栓；31、上铰链支架；32、下铰链支架；41、减震器；42、螺旋弹簧。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
20.实施例1参照图1-4所示，一种纵向旋转铰链支架弹簧减震器41悬架包括转轴11、相对于转轴11旋转的伺服轮毂电机1、相对于转轴11静止的轮毂电机安装组件、减震组件和纵向旋转铰链支架。其中减震组件的一端通过第一连接轴12与轮毂电机安装组件的一端活动连接，减震组件的另一端通过第二连接轴13与纵向旋转铰链支架活动连接，轮毂电机安装组件的另一端通过第三连接轴14与纵向旋转铰链支架的另一端活动连接。轮毂电机安装组件、减震组件和纵向旋转铰链支架通过轴依次首尾连接的方式组成三连杆的结构，且第一连接轴、第二连接轴和第三连接轴均与转轴平行，相对于现有技术的矩形弹簧加导杆形式的结构，占用底盘的空间减少，结构相对简单减小了装配时的累计公差。本发明实施例中的伺服轮毂电动轮将动力装置、传动装置和控制装置都整合一起安装在轮毂内，直接替代原有的电机+减速器+轮子的结构，极简化设计，使性能与实用相结合，大大节省了空间，使电机即是轮子，轮子即是电机，在空间和成本上都有显著改善，而且因为装配零件种类的减少，减小了装配公差的累计，从而提高了底盘驱动轮装配精度。转轴11的一端活动连接在伺服轮毂电机1的输出端，轮毂在伺服轮毂电机1的控制下相对于转轴11转动，转轴11的另一端固定连接轮毂电机安装组件，即伺服轮毂电机1在运动的过程中，转轴11和轮毂电机安装组件相对静止。具体的连接方式如图3所示，转轴11靠近轮毂电机安装组件的一端上表面车削出一平面，且平面无需贯穿转轴11的端部，即平面与转轴11的端部呈“l”型。轮毂电机安装组件包括上安装块22和下安装块21，本实施例中上安装块22和下安装块21是长方体块，上安装块22的中间位置切割成与转轴11上表面形状相匹配的截面，下安装块21的中间位置设置直径与转轴11相同的半圆弧，上安装块22与下安装块21分别置于转轴11的上下两侧且卡紧，螺栓223通过上安装块22表面设置的通孔进入下安装块21表面设置的螺纹盲孔内紧固，使螺栓223、上安装块22、下安装块21锁紧固定，且上安装块22和下安装块21的前后两侧面与伺服轮毂电机1的侧面平行。上述的连接方式，可防止转轴11在扭力作用下相对于轮毂电机安装组件发生旋转，或轮毂电机安装组件在扭力作用下相对于转轴11发生旋转。
21.本实施例中减震组件铰接于轮毂电机安装组件上，减震组件包括能够衰减汽车的振动、改善汽车的行驶平顺性且增强车轮和地面附着力的减震器41和支撑载荷且能抑止不平路面引起的振动和冲击的弹性元件。弹性元件选用螺旋弹簧42，螺旋弹簧42套在减震器41的外表面，且螺旋弹簧42的两端与减震器相连接。减震器41的一端通过第一连接轴12与上安装块22连接，具体连接方式如图4所示，上安装块22的上端左侧边有一向上延伸的第一凸台221，且对称设置于上安装块22的第二凸台222；第一凸台221和第二凸台222上分别设置通孔，其中第一凸台221上通孔的直径与第一连接轴12的尺寸相匹配，第一连接轴12穿过第一凸台221的通孔插入减震器41一端的通孔，然后螺栓223通过上安装块22第二凸台222上的通孔进入第一连接轴12端部的螺纹盲孔内紧固安装，从而使减震器41能够以第一连接
轴12为轴线并在平行于伺服轮毂电机1侧面的空间内旋转上升，第一连接轴12与上安装块22采用螺栓223紧固连接，连接简单可靠，且易实现。
22.减震器41的另一端通过第二连接轴13与纵向旋转铰链支架连接。本实施例中的纵向旋转铰链支架包括上铰链支架31和下铰链支架32。具体的，减震器41的另一端通过第二连接轴13与上铰链支架31连接，上铰链支架31靠近减震器41的一面设置凹槽，且凹槽侧面靠近上端的位置开设通孔，第二连接轴13穿过上铰链支架31凹槽侧面的通孔、减震器41的另一端通孔至上铰链支架31凹槽另一侧的内表面，螺栓223通过上铰链支架31凹槽另一侧面的通孔进入第二连接轴13端部的螺纹盲孔内紧固安装。上铰链支架31的下端背离凹槽的一侧设置一平面，上铰链支架31凹槽的背面设置一加强筋，从凹槽的顶端延伸至上铰链支架31下端的平面，提高上铰链支架31的承载能力。
23.下铰链支架32设置于上铰链支架31的下方，下铰链支架32铰接于下安装块21上，具体的，下安装块21远离上安装块22凸台的一侧设置有一长形连接支架211，此长形连接支架211上设置通孔；下铰链支架32靠近下安装块21的一面设置凹槽，且凹槽侧面靠下端的位置开设通孔，第三连接轴14穿过下铰链支架32凹槽侧面的通孔、长形连接支架211的通孔使下铰链支架32与下安装块21铰接。下铰链支架32的上端与上铰链支架31上设置的平面相对应的位置设置一平面。机器人底盘设置于上铰链支架31和下铰链支架32之间，具体的螺栓223通过上铰链支架31上的平面上的安装孔、机器人底盘安装孔和下铰链支架32上的平面上的安装孔紧固连接。对比现有的矩形弹簧差速驱动悬架，本发明的结构，采用轮毂电机安装组件、减震组件和纵向旋转铰链支架通过轴依次首尾连接的方式组成三连杆的结构，精简差速驱动单元冗余的复杂结构，并且零件的种类减少，采用了纵向旋转铰链支架占用底盘的空间小，也有效的减重了整个底盘的自重，提高机器人的工作续航时间。
24.实施例2与实施例1不同之处在于：轮毂电机安装组件是一体成型的长方体安装块，安装块的中间位置设置与转轴11相对应的通孔，转轴11的表面设置销，通过销轴配合固定转轴11和安装块，使转轴11和安装块相对静止。
25.以上对底盘悬架机构的结构组成进行了详细说明，以下具体介绍上述底盘悬架机构的工作过程：机器人的驱动轮着于地面滚动行走时，由于受到垂直地面向上的正压力，减震器弹簧被压缩产生了围绕纵向旋转铰链支架上支架支点的转矩力，该转矩力沿垂直地面向上的分力与地面对驱动轮垂直向上的正压力平衡，从而有效保证机器人底盘行走时，驱动轮对地面的正压力，使行走时机器人不打滑。同时纵向旋转铰链支架能够在不改变底盘结构框架的情况下，通过更换不同行程的减震组件就可以实现底盘离地高度的变化，可以提高移动机器人底盘的通过性，满足不同应用场景的使用要求，具体的，在纵向旋转铰链支架结构尺寸都不变的情况下，仅通过更换不同行程的减震组件，即通过调节减震组件与轮毂电机安装组件的角度大小，减震组件与纵向旋转铰链支架的角度大小，轮毂电机安装组件与纵向旋转铰链支架的角度大小，从而实现机器人底盘离地高度的变化。纵向铰链和伺服轮毂电机配合，很大程度精减了机器人传统底盘驱动轮+减速机+直流电机的配置，在空间和成本上都有显著改善，而且因为装配零件种类的减少，减小了装配公差的累计，从而提高了底盘驱动轮装配精度，使机器人算法导航行走时精度更高。
26.本发明还提供了一种机器人，此机器人移动底盘的悬架结构与上述纵向旋转铰链支架弹簧减震器悬架的结构相同，此处不做重复赘述。
27.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。