保持移动机器人的底盘平衡的结构的制作方法

本实用新型涉及移动机器人技术领域，尤其是一种保持移动机器人的底盘平衡的结构。

背景技术：

轮式移动机器人因结构简单，运动灵活，控制方便等优点被广泛应用于送餐，导购，陪护，安保等领域，同时无轨化的要求也对机器人的机械性能提出了更高的要求，移动机器人的快速发展，对底盘的机械系统的要求也越来越高，尤其是底盘在移动过程中的平衡性。

常规的机器人移动底盘可以分为无悬挂结构和有悬挂结构两种。无悬挂底盘的驱动轮子数量大于三个时，由于安装等原因，所有轮子很难同时着地，易出现打滑等问题，需要通过微调保证在平整地面上每个轮子承受的压力相同。在非平整地面上则无法保证全轮接地，会导致驱动力下降、机身不稳定等问题。有悬挂底盘与汽车底盘相似，通常利用弹性元件实现全轮接地，同时缓冲震动。弹性元件的使用给机器人的上层结构姿态带来了不确定性，随机的晃动、倾斜、摇摆等状态可能影响基本功能的实现。在移动机器人领域，减震功能一般没有必要，底盘及上层结构的姿态稳定性更有价值。

现有的轮式移动机器人在驱动上多采用主动轮双轮差速驱动，从动轮辅助支撑。专利CN200810023553.3公开了一种摇杆式四轮机器人，其差动平衡器的壳体固联在机器人主箱体上，其伸出轴与两摇杆的联接节联接，两支腿、联接节及锥形齿轮换向器构成摇杆，轮子与支腿末端的锥形齿轮换向器联接，这样便构成了摇杆式四轮机器人，采用了齿轮差动平衡器，该差动平衡器可以将左右摇杆的摆角进行线性平均，即与固联差动平衡器壳体的机器人主箱体的摆角为左右两摇杆摆角的和的一半，保证了机器人在复杂的地形上移动时，机器人主箱体的相对平衡。这种结构把四个轮子都安装在摇杆上，为了保持底盘前后平衡，受力全部集中在内部的几个锥形齿轮上，对齿轮的强度、加工精度和装配精度要求很高，如果有变形或者配合间隙，导致整个底盘会前后晃动。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种移动机器人在遇到障碍物时保持底盘平衡的结构。

本实用新型所采用的技术方案是：保持移动机器人的底盘平衡的结构，包括

底盘，用于支撑移动机器人主体；

轮子，包括至少3个非直线排列的轮子，所述轮子连接在底盘上，用于驱动底盘移动，其中至少有两个轮子通过摇臂连接在底盘上，其余轮子固定连接在底盘上；

所述摇臂能够围绕其与底盘的连接点在垂直底盘的方向上摆动，轮子可以单独随着障碍物移动而不带动底盘倾斜，保证机器人在遇到障碍物时整个底盘基本不倾斜；

还包括平衡臂，平衡臂设置在轮子之间的底盘上，平衡臂的两端能够围绕其连接点在平行底盘的方向上摆动，摇臂通过平衡连杆固定连接在平衡臂的两端，遇到障碍物时，平衡臂能够将随着摇臂偏移的平衡连杆复位，从而保证机器人在遇到障碍物时整个底盘保持平衡不倾斜。

进一步地，所述轮子包括前轮和后轮，其中至少两个轮子为后轮，后轮通过摇臂连接在底盘上，平衡臂连接在前轮和后轮之间的底盘上，将摇臂连杆机构安装在后轮上，保证向前运动越障时，车轮受到障碍物的反作用力时形成最大的摆动力矩。

进一步地，摇臂与平衡连杆或底盘的两个连接点的连线垂直于底盘，平衡连杆与平衡臂的连接点在纵向上不低于平衡连杆与摇臂的连接点，使得只需较小的力平衡臂就能够将偏移的平衡连杆复位。

进一步地，平衡臂通过转轴连接在底盘上，转轴连接在平衡臂的中心位置，保证未遇到障碍物时平衡臂两端受力相等，进而保持底盘的平衡。

本实用新型的有益效果是：

(1)部分轮子安装摇臂连杆机构，部分轮子固定连接在地盘上，遇到障碍物时，通过摇臂的摆动，既能够避免底盘随着轮子移动而较大角度的倾斜，又能避免受力全部集中在平衡装置上。

(2)通过在底盘上设置平衡臂，使平衡臂与平衡连杆、摇臂形成摆动力矩，只需较小的力平衡臂就能够将偏移的平衡连杆复位，且工程上实现难度很低。

附图说明

图1是本实用新型保持移动机器人的底盘平衡的结构的立体图。

图2是本实用新型保持移动机器人的底盘平衡的结构的仰视图。

图3是本实用新型保持移动机器人的底盘平衡的结构的侧视图。

图4是本实用新型保持移动机器人的底盘平衡的结构的后轮越障时状态图。

图中标记为：1-底盘，2-前轮，3-后轮，4-摇臂，5-平衡臂，6-平衡连杆，7-摇臂安装座，8-障碍物，9-转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本实用新型的保持移动机器人的底盘平衡的结构，包括底盘，用于支撑移动机器人主体；

轮子，包括至少3个非直线排列的轮子，所述轮子连接在底盘上，用于驱动底盘移动，其中至少有两个轮子通过摇臂连接在底盘上，其余轮子固定连接在底盘上，所述轮子包括前轮和后轮，一般设置两个后轮，一个或者两个前轮。还可以在轮子上安装驱动电机，驱动轮子移动。为了保证未遇到障碍物时所有轮子受力相同，且保持底盘平衡，当前轮数量为一个时，前轮与两个后轮成等边三角形设置，且两个后轮同轴设置，当前轮数量为两个时，两个前轮与两个后轮成矩形设置，且两个后轮同轴设置，两个前轮也同轴设置，前轮的轴线平行于后轮的轴线。为了保证向前运动越障时，车轮受到障碍物的反作用力时形成最大的摆动力矩，将两个后轮通过摇臂连接在底盘上，摇臂通过摇臂安装座安装在底盘上，摇臂与摇臂安装座采用铰接的连接方式，安装的时候要保证摇臂能够围绕铰接点在垂直底盘的方向上摆动。

平衡臂，平衡臂连接在前轮和后轮之间的底盘上，平衡臂通过转轴连接在底盘上，为保证未遇到障碍物时平衡臂两端受力相等，平衡臂平行于后轮的轴线设置，且平衡臂的中心设置转轴连接孔。

平衡臂通过平衡连杆连接在摇臂上，平衡连杆的两端可以采用球头关节轴承，两端的球头关节轴承的轴线垂直设置，保证平衡连杆的一端在平衡臂的作用力下载平行于底盘的方向上移动，另一端在平衡臂的作用力下能够带动摇臂在垂直于底盘的方向上移动从而将倾斜的底盘复位，平衡臂的两端设置有与球头关节轴承匹配的连接轴，在摇臂与平衡连杆连接的一端设置有与球头关节轴承匹配的连接轴。

为了使得只需较小的力平衡臂就能够将偏移的平衡连杆复位，在摇臂的铰接点的正下方设置与球头关节轴承匹配的连接轴，保证摇臂与平衡连杆或底盘的两个连接点的连线垂直于底盘，由于后轮遇到障碍物时，一般是后轮下方受力后，后轮会向上移动，为了保证后轮向上移动后，只需较小的力平衡臂就能够将偏移的平衡连杆复位，一般平衡连杆与平衡臂的连接点在纵向上不低于平衡连杆与摇臂的连接点设置。

具体的，当前轮遇到障碍物时，前轮在障碍物的反作用力下向上移动，与前轮连接的底盘一端随之上移，底盘带动其上的平衡臂上移，与平衡臂连接的球头关节轴承随着平衡臂上移，与摇臂连接的球头关节轴承下移，从而带动摇臂围绕其铰接点顺时针摆动，从而带动摇臂安装座及其后轮连接的底盘一端上移至与前轮连接的底盘一端平齐，保持整个底盘的平衡；反之，如后轮遇到障碍物时，如图4所示，则摇臂围绕其铰接点逆时针摆动，带动摇臂安装座及其后轮连接的底盘一端下移至与前轮连接的底盘一端平齐，当一侧后轮摆动时，另一侧后轮将沿反方向等幅摆动。