驱动轮组及其操作方法、搬运机器人与流程

本公开的实施例涉及一种驱动轮组及其操作方法、搬运机器人。

背景技术：

随着智能科技的发展，智能机器人越来越广泛地应用到人们的生产和生活中。为了满足用户的不同需求，需要开发适应各种场景的智能机器人，因此，例如搬运机器人等移动类型机器人应运而生。搬运机器人通常采用驱动轮组实现运动功能，在驱动轮组的带动下，搬运机器人可以根据需要按照既定路线运动或转向。

技术实现要素：

本公开至少一个实施例提供一种驱动轮组，包括：驱动装置、车轮和制动器；其中，所述驱动装置与所述车轮传动连接，配置为驱动所述车轮绕第一轴向转动；所述制动器与所述车轮连接，配置为可使所述车轮无法绕所述第一轴向转动。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述车轮的数量为一个。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述制动器配置为与所述车轮的轮轴或轮毂摩擦连接以使所述车轮无法绕所述第一轴向转动。

例如，本公开一实施例提供的驱动轮组还包括转向装置，其中，所述转向装置配置为带动所述驱动装置、所述车轮和所述制动器绕第二轴向转动。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述转向装置带动所述驱动装置、所述车轮和所述制动器绕所述第二轴向转动的角度大于90度。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述转向装置包括第一电机、转向蜗杆、转向涡轮和回转支承内圈；所述第一电机与所述转向蜗杆传动连接，所述转向蜗杆与所述转向涡轮啮合，所述转向涡轮与所述回转支承内图固定连接；所述转向涡轮带动所述驱动装置、所述车轮和所述制动器绕所述第二轴向转动。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述车轮与所述转向涡轮转动连接。

例如，本公开一实施例提供的驱动轮组还包括车轮轴承座，其中，所述车轮轴承座设置在所述转向涡轮上，所述车轮设置在所述车轮轴承座上。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述驱动装置包括第二电机和链轮副，所述第二电机设置在所述转向涡轮上，所述链轮副分别与所述车轮的轮轴和所述第二电机传动连接以带动所述车轮绕所述第一轴向转动。

例如，本公开一实施例提供的驱动轮组还包括电机驱动器和电机座；其中，所述电机驱动器设置在所述转向涡轮上且与所述第二电机电连接；所述电机座设置在所述转向涡轮上，所述第二电机设置在所述电机座上。

例如，本公开一实施例提供的驱动轮组还包括导电滑环，其中，所述导电滑环设置在所述转向涡轮的中心位置处，并且分别与所述电机驱动器和所述制动器电连接。

例如，在本公开一实施例提供的驱动轮组中，所述制动器与所述转向涡轮固定连接。

本公开至少一个实施例还提供一种驱动轮组，包括驱动装置和一个车轮，其中，所述驱动装置包括一个电机，所述电机与所述车轮传动连接，配置为驱动所述车轮绕第一轴向转动。

本公开至少一个实施例还提供一种搬运机器人，包括本公开任一实施例所述的驱动轮组。

例如，本公开一实施例提供的搬运机器人还包括回转支承外圈，其中，所述驱动轮组的回转支承内圈可相对于所述回转支承外圈绕第二轴向转动，以使所述搬运机器人实现转向。

本公开至少一个实施例还提供一种如本公开任一实施例所述的驱动轮组的操作方法，包括：驱动所述车轮绕所述第一轴向转动，使所述驱动轮组开始运动；驱动所述车轮停止绕所述第一轴向转动，使所述驱动轮组停止运动；以及驱动制动器制动以使所述车轮无法绕所述第一轴向转动，使所述驱动轮组无法运动。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为一种双轮驱动轮组在接触地面不平时发生打滑现象的示意图；

图2为本公开一实施例提供的一种驱动轮组在接触地面不平时的运动示意图；

图3为本公开一实施例提供的一种驱动轮组的仰视示意图；

图4为图3中所示的驱动轮组的立体示意图；

图5为图3中所示的驱动轮组的后视示意图；以及

图6为本公开一实施例提供的一种搬运机器人的示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

由于应用场景的复杂多变，为了便于智能机器人(例如搬运机器人)可以在地面上平稳地行进，需要使智能机器人使用的驱动轮组适应不同的运动环境。通常的驱动轮组包括两个车轮，即为双轮驱动轮组，包括一个主动轮和一个从动轮。双轮驱动轮组往往通过驱动主动轮转动来带动从动轮一起转动，因此在双轮驱动轮组行进时，驱动轮组的主动轮和从动轮同时接触地面。但是当车轮接触的地面不平坦时，双轮驱动轮组容易出现打滑现象。

图1为一种双轮驱动轮组在接触地面不平时发生打滑现象的示意图。如图1所示，装置10(例如可以为平板小车)的左右两侧分别设置有双轮驱动轮组，左侧的双轮驱动轮组包括一个主动轮11和一个从动轮12，右侧的双轮驱动轮组包括一个主动轮13和一个从动轮14。当装置10在水平面(例如地面)上运动时，在装置10的承重线上，装置10两侧的四个车轮11、12、13和14同时接触地面。但是，当装置10的驱动轮组接触的地面不平坦时(如图1所示的情形)，则容易出现装置10只有三个车轮甚至两个车轮实际触地的现象，例如容易造成装置10的主动轮11悬空或者主动轮11和13同时悬空，进而导致装置10的驱动轮组在运动时发生打滑现象，甚至使装置10失去控制从而引发危险。

本公开至少一实施例提供一种驱动轮组，该驱动轮组通过采用单独一个车轮的结构有效地避免了在接触的地面不平坦时由于车轮悬空而导致的轮组打滑现象。图2为本公开一实施例提供的一种驱动轮组在接触的地面不平时的运动示意图。如图2所示，装置20的左右两侧分别设置有本公开实施例提供的驱动轮组，左侧的驱动轮组包括一个车轮21，右侧的驱动轮组包括一个车轮22。当装置20在地面上行进时，在装置20的承重线上，装置20两侧的驱动轮组只有两点接触地面，因此不会造成装置20的车轮21或22悬空，避免装置20的驱动轮组出现打滑现象。需要说明的是，为了使装置20处于平衡状态，本公开实施例提供的驱动轮组可以成对使用。例如图2所示的示例中装置20的左右两侧各对称设置一个驱动轮组，在本公开的另一些示例中，装置20的左右两侧还可以各对称设置多个驱动轮组，本公开实施例对此不作限制。并且，成对使用驱动轮组，可以更好地避免打滑现象。

同时，一个车轮的结构还可以节省驱动轮组的内部空间，使得驱动轮组具有较为宽裕的轮组内部空间，从而可以利用所节省的空间对驱动轮组内部的例如导电滑环等部件进行优化和改良，以提高驱动轮组运行时的安全性和稳定性。并且，本公开实施例提供的驱动轮组还包括制动器，可以避免车轮在断电时继续转动，例如可以避免驱动轮组在停靠时车轮由于例如自身重力作用或受外力作用而转动，从而使驱动轮组实现自锁的功能。同时，在紧急情况下，驱动轮组的制动器还可以与驱动车轮转动的驱动装置(例如电机)配合，确保车轮在短时间内停止转动，使驱动轮组达到急停的效果。

本公开至少一实施例还提供上述驱动轮组的操作方法以及包括上述驱动轮组的搬运机器人。

下面，将参考附图详细地说明本公开的实施例。应当注意的是，不同的附图中相同的附图标记将用于指代已描述的相同的元件。

本公开至少一实施例提供一种驱动轮组，该驱动轮组包括驱动装置、车轮和制动器。驱动装置与车轮传动连接，配置为驱动车轮绕第一轴向转动；制动器与车轮连接，配置为可使车轮无法绕第一轴向转动。

图3为本公开一实施例提供的一种驱动轮组210的仰视示意图，图4为图3中所示的驱动轮组210的立体示意图，图5为图3中所示的驱动轮组210的后视示意图。下面结合图3至图5，对驱动轮组210的结构进行说明。

例如，驱动轮组210包括车轮211、驱动装置212、转向装置213和制动器219。驱动装置212与车轮211传动连接，配置为驱动车轮211绕第一轴向转动。制动器219与车轮211连接，配置为可使车轮211无法绕第一轴向转动。制动器219例如可以通过与车轮211的轮轴或轮毂摩擦连接等方式来防止车轮211绕第一轴向转动，从而确保车轮211不会由于自身惯性或受外力作用而转动，使驱动轮组210实现自锁的技术效果，进而提高驱动轮组210的使用安全性，避免发生意外事故。制动器219例如还可以在紧急情况下，与驱动装置212配合以确保车轮211在短时间内停止绕第一轴向转动，从而使驱动轮组210实现急停的技术效果，有助于提高驱动轮组210的运动灵活性和可控性。需要说明的是，本公开的实施例中，制动器219的具体实现方式不受限制，可以为摩擦式制动器、电磁式制动器或其他类型的制动器，相应地，制动器219与车轮211的连接方式可以根据实际需求而定，例如根据制动器219的类型和需要实现的制动效果而定。

转向装置213配置为带动车轮211、驱动装置212和制动器219绕第二轴向转动以使驱动轮组210实现转向。例如，转向装置213带动车轮211、驱动装置212和制动器219绕第二轴向转动的角度大于90度，因此通过驱动装置212和转向装置213的配合，驱动轮组210可以实现全向运动。转向装置213可以与需要驱动轮组210带动行进的对象活动连接，例如当驱动轮组210应用于平板小车或搬运机器人时，转向装置213可以与平板小车或搬运机器人的车体活动连接，从而使平板小车或搬运机器人通过驱动轮组210实现运动和转向。

例如，转向装置213包括第一电机2131、转向蜗杆2132、转向涡轮2133和回转支承内圈2134。第一电机2131例如为伺服电机。第一电机2131与转向蜗杆2132传动连接，转向蜗杆2132与转向涡轮2133啮合，转向涡轮2133与回转支承内圈2134固定连接。例如，第一电机2131带动转向蜗杆2132转动，通过转向蜗杆2132与转向涡轮2133的啮合传动，使得转向涡轮2133绕第二轴向转动，从而带动驱动装置212、车轮211和制动器219也绕第二轴向转动。当转向装置213与需要驱动轮组210带动行进的对象活动连接时，驱动轮组210的回转支承内圈2134可相对于该对象的一个或多个部件(例如回转支承外圈)绕第二轴向转动，从而使与转向装置213活动连接的该对象实现转向。

例如，车轮211与转向涡轮2133转动连接，车轮211的轮轴可以随着转向涡轮2133一起绕第二轴向转动。

例如，制动器219可以设置在转向涡轮2133上，并与转向涡轮2133固定连接，从而可以随着转向涡轮2133一起绕第二轴向转动。

例如，驱动装置212包括设置在转向涡轮2133上的第二电机2121和链轮副2122，链轮副2122分别与车轮211的轮轴和第二电机2121传动连接。第二电机2121带动链轮副2122转动，从而使链轮副2122带动车轮211绕第一轴向转动。第二电机2121和链轮副2122还可以随着转向涡轮2133一起绕第二轴向转动。第二电机2121例如为伺服电机，链轮副2122例如为双排链轮副。

当驱动轮组210运动时，第二电机2121通过链轮副2122驱动车轮211转动，从而为驱动轮组210提供前进或后退的动力。第一电机2131通过转向蜗杆2132驱动转向涡轮2133以及回转支承内圈2134绕第二轴向转动，从而控制驱动轮组210的运动方向。例如，驱动轮组210绕第二轴向的转向角度大于90度。例如，驱动轮组210绕第二轴向的转向角度可以为360度，即驱动轮组210为万向轮组。本公开的实施例不限于此，驱动轮组210的转向角度也可以为180度等其他角度，例如可以通过设置转向涡轮2133与转向蜗杆2132可啮合部分在整个圆周长的比例或通过设置限位装置来实现。

例如，驱动轮组210还包括车轮轴承座216、电机驱动器217和电机座218。车轮轴承座216配置为安装车轮211。车轮轴承座216设置在转向涡轮2133上，车轮211(例如车轮211的轮轴)设置在车轮轴承座216上。电机驱动器217设置在转向涡轮2133上且与第二电机2121电连接，配置为控制第二电机2121按照设定的方向、速度和角度等参数进行转动。电机座218设置在转向涡轮2133上，第二电机2121设置在电机座218上。

例如，驱动轮组210还包括导电滑环215。导电滑环215设置在转向涡轮2133的中心位置(轴心)处，电机驱动器217和制动器219可以通过与导电滑环215电连接来进行驱动。导电滑环215用于连接与之配合的另一导电滑环(图中未示出)，例如另一导电滑环可以设置在依靠驱动轮组210带动行进的对象上，从而为驱动轮组210和与之连接的该对象提供电气连接。导电滑环间的配合连接使得该电气连接不受驱动轮组210转动的影响，例如，借助于导电滑环215，驱动轮组210绕第二轴向的转向角度可以大于90度，例如还可以大于360度，例如可以为180度、270度、360度、540度、720度等，使驱动轮组210的转向角度不受内部部件电连接的限制。同时，导电滑环间的配合连接还有助于减小驱动轮组210的厚度。

由于驱动轮组210使用仅一个车轮211，因此驱动轮组210的轮组内部空间较大，从而可以为导电滑环215提供较大的设置空间。因此，可以为驱动轮组210选择较大一级或两级的导电滑环215，从而提高导电滑环215的额定电流的安全系数，避免驱动轮组210满负荷运转，并且在驱动轮组210启动或停止时提供电流冲击余量，有效提高了驱动轮组210运行时的安全性和稳定性。例如，由于可选择较大一级或两级的导电滑环215，因此导电滑环215的额定电流较大，可以提高驱动轮组210的驱动能力和负载能力。需要说明的是，本公开的实施例中，导电滑环215的等级、额定电流、尺寸等参数不受限制，可以根据实际需求而定。

本公开至少一实施例还提供一种驱动轮组，该驱动轮组包括驱动装置和一个车轮。驱动装置包括一个电机，该电机与车轮传动连接，配置为驱动车轮绕第一轴向转动。除不包括制动器219外，该驱动轮组与图3-5中所示的驱动轮组210基本相同，并且同样可以有效地避免在接触的地面不平坦时由于车轮悬空而导致驱动轮组出现打滑现象，具有较为宽裕的轮组内部空间。该驱动轮组的结构和技术效果可以参考上文中关于驱动轮组210的描述，在此不再赘述。

需要说明的是，本公开的各实施例中，驱动轮组的结构形式不限于上面描述的方式，可以为任意适用的结构形式，只要能实现转向和运动即可。例如，在上文描述的示例中，各个部件也可以由具有相似功能的其他部件替换，以使该驱动轮组的速度、转向角度、承重范围、尺寸、成本等参数满足实际应用需求。

本公开至少一实施例还提供一种搬运机器人，包括至少一个本公开任一实施例所述的驱动轮组。该搬运机器人可以有效地避免在接触的地面不平坦时由于车轮悬空而导致驱动轮组出现打滑现象，具有较为宽裕的轮组内部空间，提高了驱动轮组运行时的安全性和稳定性，且在至少一个实施例中该搬运机器人还具有急停以及自锁的功能。

图6为本公开一实施例提供的一种搬运机器人30的示意图。参考图6，搬运机器人30包括第一驱动轮组310、第二驱动轮组320、第三驱动轮组330、第四驱动轮组340和架体350，多个驱动轮组310-340可以为本公开任一实施例所述的驱动轮组，例如可以为图3-5中所示的驱动轮组210。

例如，架体350构成了搬运机器人30的主体结构，在搬运机器人30受到外力作用时提供一定刚度，从而为搬运机器人30的其他部件提供支撑和保护。

例如，搬运机器人30还包括多个回转支承外圈，该多个回转支承外圈分别与架体350连接为一体且与多个驱动轮组310-340一一对应。多个驱动轮组310-340设置在架体350上，例如驱动轮组310-340的回转支承内圈分别与对应的回转支承外圈通过滑动轴承或滚动轴承彼此连接并彼此相对运动，从而使多个驱动轮组310-340的回转支承内圈可分别相对于对应的回转支承外圈绕第二轴向转动，以使搬运机器人30实现转向。

例如，如图6所示，第一驱动轮组310和第二驱动轮组320相对于第一方向上的轴线成轴对称分布，第三驱动轮组330和第四驱动轮组340相对于第一方向上的轴线成轴对称分布，第一驱动轮组310和第四驱动轮组340相对于第二方向上的轴线成轴对称分布，第二驱动轮组320和第三驱动轮组330相对于第二方向上的轴线成轴对称分布。这种对称的分布方式可以使搬运机器人30在受到外力作用时各个驱动轮组受到的力大致相等，从而避免受力不均导致的部分驱动轮组过度磨损的现象，延长驱动轮组的使用寿命。

例如，驱动轮组310-340的转向角度大于90度，以使搬运机器人30实现转向。例如，驱动轮组310-340为万向轮组，即转向角度为360度，以使搬运机器人30实现全向运动。例如，依据不同需求，驱动轮组310-340的转向角度还可以大于360度。例如，在驱动轮组310-340的驱动下，搬运机器人30可以实现平面运动、上坡运动和下坡运动等，从而适用于各种场地。需要说明的是，本公开的实施例中，驱动轮组的数量和具体结构形式不受限制，可以根据实际需求而定，例如，根据搬运机器人30的尺寸、承重范围、转向角度等因素而定。

本公开至少一实施例还提供一种本公开任一实施例所述的驱动轮组的操作方法。利用该操作方法可以实现驱动轮组的运动和转向，可以有效地避免在接触的地面不平坦时由于车轮悬空而导致驱动轮组出现打滑现象，提高了驱动轮组运行时的安全性和稳定性，且在至少一个实施例中还可以实现急停以及自锁功能。

例如，在一个示例中，该驱动轮组的操作方法包括如下操作：驱动第二电机转动以带动车轮绕第一轴向转动，使驱动轮组开始运动；驱动车轮停止绕第一轴向转动，使驱动轮组停止运动；以及驱动制动器制动以使车轮无法绕第一轴向转动，使驱动轮组无法运动。

例如，在另一个示例中，该操作方法还包括：驱动第一电机转动以带动转向涡轮绕第二轴向转动，使驱动轮组转向。

需要说明的是，本公开的各实施例中，该驱动轮组的操作方法至少部分步骤可以通过软件、硬件、固件或它们的任意组合的方式体现。同样，该驱动轮组的操作方法可以包括更多或更少的步骤，这些步骤的操作顺序可以根据需求而定。虽然上文描述的操作方法的流程包括以特定顺序出现的多个步骤，但是应该清楚了解，多个步骤的顺序并不受限制。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。