平衡悬架底盘及机器人的制作方法

本实用新型涉及底盘领域，具体地，涉及一种平衡悬架底盘及机器人。

背景技术：

机器人底盘驱动，是机器人行走部件，包含底盘结构、驱动电机、驱动板、电源板等。其基本工作原理是上位机(计算机)给定移动指令，通过驱动板计算，驱动电机工作，从而完成机器人室内行走。

目前机器人底盘大都采用3轮、4轮、6轮。其优缺点描述如下：

3轮布局：2个驱动轮1个随动轮，优点：每个轮均为负载轮，能与地面充分接触，驱动轮无离地风险。缺点抗倾覆性差，未能实现原地转弯。

4轮布局：驱动轮2个，随动轮2个，十字轴布局，优点原地转弯，缺点4点接触，驱动轮有离地风险，从而导致行驶牵引力不足；

悬架方式：驱动轮采用悬架结构，2个随动轮刚性连接底盘基板，在机器人越过垂直台阶时，会导致驱动轮与地面接触点不确定，因两驱动轮的垂直载荷靠弹簧等悬架原件传递，因弹性元件传递不均以及地面局部不平，会导致驱动轮与地面接触不充分，最后导致打滑、偏航等风险。

随动轮悬架：驱动轮无悬架、底盘垂直负载靠两驱动轮和后随动轮支撑，前随动轮为辅助轮，带单轮悬架；优点驱动轮不离地，并保持一定驱动力，缺点垂直负载应分配在2个驱动轮以及后随动轮上，必须靠后，平地行驶时机器人会有轻微的连续俯仰姿态，减速避障模式、下坡驻坡等实际场景更为明显，靠配重块解决增加机器人负载，带来的是电池能耗和成本。

6轮结构同4轮驱动轮悬架，2个驱动轮，4个随动轮，6轮全部为负载轮，不能保证驱动轮承受的垂直负载最大，多点与地面接触极易造成驱动轮离地，弹簧等悬架原件传递给驱动轮负载以及地面局部不平，极易打滑、偏航等风险。

因此有必要研发一种既能保证驱动轮垂直负载最大，又能平地以及垂直台阶前后随动轮自适应地形的平衡悬架底盘及机器人来满足机器人在实际应用场景的地面通过性以及行走姿态的稳定性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种平衡悬架底盘及机器人，该平衡悬架底盘既能保证驱动轮提供最大驱动力，又能满足机器人通过平地以及垂直台阶等地形时，前后随动轮独立悬架自适应地形，来满足机器人在实际应用场景的地面通过性以及行走姿态的稳定性。。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面提供了平衡悬架底盘，包括：

基板；

驱动轮及万向轮，所述驱动轮及所述万向轮设置在所述基板底部；

减震支架，所述驱动轮连接于所述减震支架，所述减震支架设置于所述基板底部；

其中，所述万向轮包括安装支架、上支架、下支架及轮体，所述上支架顶部通过滚动体连接于所述安装支架，所述下支架通过铰接轴铰接于所述上支架，所述上支架与所述下支架之间设置有弹簧，所述轮体铰接于所述下支架底部，所述万向轮通过所述安装支架设置于所述基板底部。

优选地，所述驱动轮为两个，所述两个驱动轮对称设置于所述基板两侧，所述万向轮为两个，两个所述万向轮分别设置在所述基板的前端与后端，与两个所述驱动轮呈“十”字分布。

优选地，所述驱动轮为两个，所述两个驱动轮对称设置于所述基板两侧，所述万向轮为四个，四个所述万向轮平均分为两组对称设置于所述基板的前端及后端，与两个所述驱动轮呈圆形分布或平行分布。

优选地，还包括连接板，所述连接板设置于所述基板底部，连接两个所述驱动轮。

优选地，还包括减震器及驱动轮压板，所述减震支架通过所述减震器设置于所述基板底部，所述驱动轮通过所述驱动轮压板设置在所述减震支架上。

优选地，还包括橡胶垫及限位杆，所述橡胶垫用于设置在所述弹簧与所述上支架之间及所述弹簧与所述下支架之间，所述限位杆连接于所述上支架，位于所述上支架底部。

优选地，所述弹簧相对于所述上支架的安装角度为80°-100°。

优选地，所述上支架包括连接部及铰接部，所述连接部顶部设置有凹槽，所述连接部通过所述凹槽及所述滚动体连接于所述安装支架，所述连接部底部设置有第一弹簧安装凸起，所述铰接部连接于所述连接部的下端，所述上支架通过所述铰接部及所述铰接轴铰接于所述下支架。

优选地，所述上支架铰接于所述下支架的一端，所述轮体通过轮安装轴铰接于所述下支架底部，所述下支架顶部设置有第二弹簧安装凸起，所述弹簧通过所述第一弹簧安装凸起及所述第二弹簧安装凸起设置在所述上支架及所述下支架之间。

根据本实用新型的另一方面提供了一种机器人，包括上述平衡悬架底盘。

本实用新型的有益效果在于：。

本实用新型具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本实用新型的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施例进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的万向轮的示意图。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的平衡悬架底盘的仰视图。

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的平衡悬架底盘的侧视图。

图4示出了根据本实用新型的一个实施例的平衡悬架底盘的示意图。

图5示出了根据本实用新型的一个实施例的驱动轮安装结构示意图。

附图标记说明：

1、安装支架；2、滚动体；3、上支架；4、铰接轴；5、下支架；6、轮安装轴；7、轮体；8、橡胶垫；9、弹簧；10、驱动轮；11、万向轮；12、减震支架；13、基板；14、负载；15、连接板；16、减震器；17、驱动轮压板；18、限位杆。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施例。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施方式1

根据本实用新型的一方面提供了一种平衡悬架底盘包括：

基板；

驱动轮及万向轮，所述驱动轮及所述万向轮设置在所述基板底部；

减震支架，所述驱动轮连接于所述减震支架，所述减震支架设置于所述基板底部；

其中，所述万向轮包括安装支架、上支架、下支架及轮体，所述上支架顶部通过滚动体连接于所述安装支架，所述下支架通过铰接轴铰接于所述上支架，所述上支架与所述下支架之间设置有弹簧，所述轮体铰接于所述下支架底部，所述万向轮通过所述安装支架设置于所述基板底部。

具体地，将负载通过基板分配在驱动轮及万向轮上；通过减震支架与减震器的组合设置既能使驱动轮获取最大的垂直负载，从而获得驱动轮与地面最大摩擦力，机器人最大的运动牵引力，同时当机器人越过垂直台阶、上下坡瞬间、路面不平等瞬间冲击力又能通过减震器运动自适应施加在万向轮，再通过万向轮来平衡承受惯量、冲击力等运动负载，从而保证机器人最小阻力越过障碍，机器人运动中产生的惯性力、力矩等动负载能在前后万向轮平均分配，从而保证机器人地面通过性以及运动姿态的稳定性。

具体地，万向轮的负载通过滚动体、上支架、铰链轴、下支架等，最终通过轮体施加到地面；当驱动轮工作前进时，克服万向轮与地面的摩擦阻力，底盘独立悬架万向轮跟随驱动轮转动；驱动轮转向时，底盘独立悬架万向轮偏距力矩驱使跟随驱动轮转向；当通过地形为垂直台阶阻力时，轮体克服弹簧的阻力绕铰链轴滚动，从而减小垂直台阶阻力，顺利越障。

作为优选方案，所述驱动轮为两个，所述两个驱动轮对称设置于所述基板两侧，所述万向轮为两个，两个所述万向轮分别设置在所述基板的前端与后端，与两个所述驱动轮呈“十”字分布。

作为优选方案，所述驱动轮为两个，所述两个驱动轮对称设置于所述基板两侧，所述万向轮为四个，四个所述万向轮平均分为两组对称设置于所述基板的前端及后端，与两个所述驱动轮呈圆形分布或平行分布。

作为优选方案，还包括连接板，所述连接板设置于所述基板底部，连接两个所述驱动轮。

作为优选方案，还包括减震器及驱动轮压板，所述减震支架通过所述减震器设置于所述基板底部，所述驱动轮通过所述驱动轮压板设置在所述减震支架上。

更优选地，减震器为4个。

具体地，每个减震支架与基板通过2个减震器连接，使驱动轮承受最大负载的同时，还可以实现Z轴的平移，y轴的微小转动等自由度，减震器的阻尼力。

作为优选方案，还包括橡胶垫及限位杆，所述橡胶垫用于设置在所述弹簧与所述上支架之间及所述弹簧与所述下支架之间，所述限位杆连接于所述上支架，位于所述上支架底部。

具体地，当冲击负载过大或弹簧失效时，可以通过限位杆与下支架接触硬限位，从而保证机器人防摔倒等运行安全。

更优选地，所述橡胶垫为多个，多个所述橡胶垫的厚度相同或不同。

具体地，当机器人底盘的负载为范围值时，底盘独立悬架万向轮承受负载不一致，在机器人底盘前后同时布局底盘独立悬架万向轮，需要增加阻尼力，来保证机器人正常的行走姿态，如不带阻尼会导致机器人在行走过程中连续点头，影响机器人正常行驶，通过在弹簧与所述上支架之间及所述弹簧与所述下支架之间设置橡胶垫为万向轮增加阻尼力，使机器人运行更为平稳。

具体地，通过更换橡胶垫，改变橡胶垫厚度，来满足不同需求的阻尼，实现弹簧变刚度特性，满足机器人平稳行走。

作为优选方案，所述弹簧相对于所述上支架的安装角度为80°-100°。

作为优选方案，所述上支架包括连接部及铰接部，所述连接部顶部设置有凹槽，所述连接部通过所述凹槽及所述滚动体连接于所述安装支架，所述连接部底部设置有第一弹簧安装凸起，所述铰接部连接于所述连接部的下端，所述上支架通过所述铰接部及所述铰接轴铰接于所述下支架。

作为优选方案，所述上支架铰接于所述下支架的一端，所述轮体通过轮安装轴铰接于所述下支架底部，所述下支架顶部设置有第二弹簧安装凸起，所述弹簧通过所述第一弹簧安装凸起及所述第二弹簧安装凸起设置在所述上支架及所述下支架之间。

实施方式2

根据本实用新型的另一方面提供了一种机器人，包括上述平衡悬架底盘。通过平衡悬架底盘的设置使机器人运行更为平稳，大大提高机器人的越障能力。

实施例：

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的万向轮的示意图。图2示出了根据本实用新型的一个实施例的平衡悬架底盘的仰视图。图3示出了根据本实用新型的一个实施例的平衡悬架底盘的侧视图。图4示出了根据本实用新型的一个实施例的平衡悬架底盘的示意图。

如图1-图4所示，其中图1中竖直方向的箭头代表负载方向，水平方向的箭头代表运动方向，该平衡悬架底盘包括：

基板13；

驱动轮10及万向轮11，所述驱动轮10及所述万向轮11设置在所述基板13底部；

减震支架12，所述驱动轮10连接于所述减震支架12，所述减震支架12设置于所述基板13底部；

其中，所述万向轮11包括安装支架1、上支架3、下支架5及轮体7，所述上支架3顶部通过滚动体2连接于所述安装支架1，所述下支架5通过铰接轴4铰接于所述上支架3，所述上支架3与所述下支架5之间设置有弹簧9，所述轮体7铰接于所述下支架5底部，所述万向轮11通过所述安装支架1设置于所述基板13底部。

其中，所述驱动轮10为两个，所述两个驱动轮10对称设置于所述基板13两侧，所述万向轮11为两个，两个所述万向轮11分别设置在所述基板13的前端与后端，与两个所述驱动轮呈“十”字分布。

其中，还包括连接板15，所述连接板15设置于所述基板13底部，连接两个所述驱动轮10。

其中，还包括减震器16及驱动轮压板17，所述减震支架12通过所述减震器16设置于所述基板13底部，所述驱动轮10通过所述驱动轮压板设17置在所述减震支架12上。

其中，还包括橡胶垫8，所述橡胶垫8用于设置在所述弹簧9与所述上支架3之间及所述弹簧9与所述下支架5之间。

其中，还包括限位杆18，所述限位杆18连接于所述上支架3，位于所述上支架3底部。

其中，所述弹簧9相对于所述上支架3的安装角度为80°-100°。

其中，所述上支架3包括连接部及铰接部，所述连接部顶部设置有凹槽，所述连接部通过所述凹槽及所述滚动体2连接于所述安装支架1，所述连接部底部设置有第一弹簧安装凸起，所述铰接部连接于所述连接部的下端，所述上支架3通过所述铰接部及所述铰接轴铰接于所述下支架5。

其中，所述上支架3铰接于所述下支架5的一端，所述轮体7通过轮安装轴6铰接于所述下支架5底部，所述下支架5顶部设置有第二弹簧安装凸起，所述弹簧通过所述第一弹簧安装凸起及所述第二弹簧安装凸起设置在所述上支架3及所述下支架5之间。

具体地，该实施例中驱动轮10为2个，分别为左驱动轮及右驱动轮，每个驱动轮对应设置有一个减震支架，左驱动轮与右驱动轮通过连接板15及驱动轮压板17连接，左右驱动轮、减震支架、驱动轮压板机连接板组成驱动轮组件，驱动轮组件通过4个减震器16设置于基板底部，驱动轮组件及减震器16组成驱动轮悬架部件。

使用时，负载14分配在两个个驱动轮10及两个万向轮上11；通过减震支架12与减震器连接点位置布局来获得两驱动轮10最大的垂直负载，从而获得驱动轮10与地面最大摩擦力，机器人最大的运动牵引力，驱动轮悬架部件与基板13通过四个减震器连接，使驱动轮10承受最大负载的同时，还可以实现Z轴的平移，y轴的微小转动等自由度，减震器的阻尼力，从而避免机器人越过垂直台阶、上下坡瞬间、路面不平等瞬间冲击力直接施加前后万向轮11，通过前后万向轮11承受惯量、冲击力等运动负载，从而保证机器人最小阻力越过障碍，机器人运动中产生的惯性力、力矩等动负载能在前后万向轮平均分配，从而保证机器人地面通过性以及运动姿态的稳定性。

本领域技术人员应理解，上面对本实用新型的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本实用新型的实施例的有益效果，并不意在将本实用新型的实施例限制于所给出的任何示例。