一种机器人底盘的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种机器人底盘。

背景技术：

移动机器人因具有较强的环境适应与感知、动态决策与规划、行为控制与执行等能力，而在消防、军事侦察、扫雷排险、防核化污染等危险与恶劣环境以及民用物料搬运等领域具有广泛的应用前景。移动机器人底盘作为移动机器人的最基本单元，用于搭载控制系统、检测系统和机械手等部件抵达作业现场执行具体的作业任务，其性能优劣直接影响着机器人的整体性能。

现有移动机器人底盘的车轮与传动轴的连接方式通常是车轮与传动轴之间间隙配合，传动轴穿过车轮上的通孔后，端部通过螺钉锁住，从而实现传动轴与车轮的固定，该种安装结构简单，安装和维护方便，但车轮与传动轴的同轴度、垂直度较差，转动时，车轮容易摆动，车轮和驱动装置需要承受较大的交变负载，此时，对驱动装置的要求较高，另外，由于车轮运行的不稳定还容易导致使底盘用寿命降低。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种机器人底盘，旨在解决现有的机器人底盘车轮安装的同轴度和垂直度低，车轮容易摆动，导致底盘运行不平稳的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种机器人底盘，其中，包括车身以及设置在车身左右两侧的车轮，所述车轮通过传动轴与所述车身相连；所述车轮包括轮毂和轮胎，所述轮毂朝向车身的一侧设置有用于车轮在传动轴上径向定位的法兰盘；所述轮毂的中心设置有用于传动轴安装的通孔，所述通孔内设置有用于车轮在传动轴上轴向定位的定心套，所述传动轴的一端穿过所述法兰盘和定心套与所述车轮相连。

所述的机器人底盘，其中，所述车身上设置有第一轴承，所述车身内设置有传动轴固定座，所述传动轴固定座上设置有第二轴承，所述传动轴的另一端穿过所述第一轴承和第二轴承与所述车身相连。

所述的机器人底盘，其中，所述车身的前后两侧设置有防撞机构，所述防撞机构包括滑轴，所述滑轴的一端连接有防撞杆，所述滑轴的另一端穿过所述车身与车身内部的滑轴安装座相连，所述滑轴用于与所述滑轴安装座相连的一端套设有弹簧。

所述的机器人底盘，其中，所述车身的内外表面设置有用于引导所述滑轴与所述滑轴安装座相连的导向件。

所述的机器人底盘，其中，所述滑轴安装座上设置有用于检测滑轴是否滑动的位移感应器。

所述的机器人底盘，其中，所述车轮包括前车轮和后车轮，所述前车轮和后车轮的传动轴上均设置有带轮，所述前车轮和后车轮之间连接有传动皮带，所述车身内设置有驱动装置，所述驱动装置与所述后车轮相连。

所述的机器人底盘，其中，所述驱动装置包括驱动电机以及与所述驱动电机相连的减速器，所述后车轮的传动轴上设置有锥齿轮，所述后车轮通过所述锥齿轮与所述减速器相连。

所述的机器人底盘，其中，所述车身的内部设置有控制装置，所述车身上设置有控制面板，所述控制装置的一端与所述驱动装置相连，所述控制装置的另一端与所述控制面板相连。

所述的机器人底盘，其中，所述车身为非一体成型车身，所述车身包括底板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板和顶板。

所述的机器人底盘，其中，所述车身上设置有若干的用于平衡车身内部气压的透气阀。

有益效果：本发明提供了一种机器人底盘，包括车身以及设置在车身左右两侧的车轮，所述车轮通过传动轴与所述车身相连；所述车轮包括轮毂和轮胎，所述轮毂朝向车身的一侧设置有用于车轮在传动轴上径向定位的法兰盘；所述轮毂的中心设置有用于传动轴安装的通孔，所述通孔内设置有用于车轮在传动轴上轴向定位的定心套，所述传动轴的一端穿过所述法兰盘和定心套与所述车轮相连。本发明技术方案的机器人底盘由于采用了定心套用于车轮在传动轴上的轴向定位，采用了法兰盘用于车轮在传动轴上的径向定位，提高了车轮的安装精度，使得底盘运行更加平稳。

附图说明

图1为本发明的机器人底盘的立体结构示意图；

图2为本发明的机器人底盘车轮安装结构的剖视图；

图3为本发明的定心套的结构示意图；

图4为本发明的法兰盘的结构示意图；

图5为本发明的防撞机构的剖面结构示意图；

图6为本发明的防撞机构的立体结构示意图；

图7为本发明的机器人底盘的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供的一种机器人底盘，包括车身10以及设置在车身左右两侧的车轮20，所述车轮通过传动轴30与所述车身相连；参见图2，所述车轮包括轮毂40和轮胎50，所述轮毂朝向车身的一侧设置有用于车轮在传动轴上径向定位的法兰盘60；所述轮毂的中心设置有用于传动轴安装的通孔70，所述通孔内设置有用于车轮在传动轴上轴向定位的定心套80，所述传动轴的一端穿过所述法兰盘和定心套与所述车轮相连。

现有移动机器人底盘的车轮与传动轴的连接方式是车轮与传动轴之间间隙配合，传动轴穿过车轮上的通孔后，端部通过螺钉锁住，从而实现传动轴与车轮的固定，这种车轮安装方式结构简单，维护方便，但该种安装结构的车轮与传动轴的同轴度、垂直度较差，转动时，车轮容易摆动，车轮的运行精度差，并且这种安装方式车轮和驱动装置需要承受交变负载，对驱动装置的要求较高，底盘使用寿命会降低。

为了解决上述技术问题，本发明机器人底盘使用的车轮安装结构，通过在车轮的轮毂上预安装有定心套和法兰盘，定心套用于车轮在传动轴上的轴向定位，参见图3，本发明的定心套为圆环套，圆环套由基准外圆90、基准内圆100和基准端面110等组成，当然本发明的定心套也可以直接采用现成的深沟球轴承、滚针轴承等具有高同轴度和垂直度的部件，法兰盘用于车轮在传动轴上的径向定位，参见图4，法兰盘的边缘设置有螺栓孔，用于通过螺栓穿过螺栓孔固定在轮毂的右侧，法兰盘的左侧设置有与通孔腔体外缘轮廓相适配的凹槽120，可以使得法兰盘与轮毂配合更加紧密，本发明的传动轴穿过法兰盘和定心套，并通过定心套和法兰盘对车轮垂直度和同轴度进行调整，能够实现与车轮整体具有较高的同轴度与垂直度，提高移动机器人的运行精度，降低对驱动装置的要求，解决现有技术机器人底盘的不足，本发明的机器人底盘具有运行精度高、工作稳定可靠及使用寿命长的特点。

参见图2，在一种优选的实施方式中，所述车身上设置有第一轴承130，所述车身内设置有传动轴固定座140，所述传动轴固定座上设置有第二轴承150，所述传动轴的另一端穿过所述第一轴承和第二轴承与所述车身相连。轴承可以采用深沟球轴承或滚针轴承，深沟球轴承适用于高转速甚至极高转速的运行，而且非常耐用，无需经常维护，该类轴承摩擦系数小，极限转速高，滚针轴承带有圆柱滚子，滚子细长，具有较小的截面和较高的负荷承受能力车身与传动轴通过轴承相连，便于传动轴的转动，同时，由于轴承具有较高的同轴度和垂直度，车轮安装到车身上后，车轮和车身的同轴度高，机器人底盘运行更加稳定。

参见图1，在一种优选的实施方式中，所述车身的前后两侧设置有防撞机构160，参见图5，所述防撞机构包括滑轴170，所述滑轴的一端连接有防撞杆180，所述滑轴的另一端穿过所述车身与车身内部的滑轴安装座190相连，所述滑轴用于与所述滑轴安装座相连的一端套设有弹簧200。

现有移动机器人底盘的防撞机构采用铰链式防撞机构，或被动的防撞缓冲机构（胶条、橡胶垫等），其防撞缓冲行程小，安全保护力度低，在碰撞过程可能造成损坏，不耐用，并且结构复杂、防护能力差。本发明的防撞机构采用了弹簧式防撞机构，其中滑轴设置有若干根，以2根为例，2根滑轴并排设置，滑轴的前端焊接有防撞杆，防撞杆的轮廓与车体的轮廓适配，滑轴的尾端设置有小直径端，小直径端上套设有弹簧，其中弹簧为预压设置，即预先压缩一定的形变距离，发生碰撞时，对于轻微碰撞形变不大，和感应器配合使用时，能够防止碰撞的误报，碰撞幅度大时，弹簧压缩，吸收碰撞动能，从而降低碰撞对车身的损坏。

参见图6，在一种优选的实施方式中，所述车身的内外表面设置有用于引导所述滑轴与所述滑轴安装座相连的导向件210。其中，导向件包括内导向件和外导向件，所述导向件包括导管以及沿所述导管径向延伸的用于对滑轴和侧板的接触位置进行密封的保护盖。导管的内径略大于滑轴的直径，以便于滑轴插入，导管上设置保护盖能够有效的防止外部颗粒进入侧板内，防止外部颗粒对滑轴滑动产生影响，同时也提高滑轴的使用寿命。

参见图6，在一种优选的实施方式中，所述滑轴安装座上设置有用于检测滑轴是否滑动的位移感应器220。

滑轴的尾端穿过滑轴固定座，并且能够左右移动一定的距离，碰撞发生后，滑轴右移推动位移传感器，位移传感器感应到发生碰撞，设置位移传感器，位移传感器与底盘内部的控制装置相连，当发生碰撞时，位移感应器感应到滑轴移动，位移传感器发送信号给控制装置控制底盘停止，能够有效的防止底盘的进一步损坏，同时控制装置发送报警信号给报警装置进行报警，能够对使用者进行及时的提醒。本发明机器人底盘上设置有防撞机构，若机器人底盘在行走中不慎发生碰撞时，能够起缓冲作用，碰撞严重时，感应器接触到滑轴并感应到滑轴滑动，触发底盘停止并报警，能很好的保护车身外部结构以及车身内部结构和电路，提升车身的安全防护性能。

参见图7，在一种优选的实施方式中，所述车轮包括前车轮230和后车轮240，所述前车轮和后车轮的传动轴上均设置有带轮（图中未示出），所述前车轮和后车轮之间连接有传动皮带250，所述车身内设置有驱动装置260，所述驱动装置与所述后车轮相连。

本发明的车轮具体包括左前车轮、左后车轮、右前车轮和右后车轮，其中，左前车轮和左后车轮构成第一驱动轮组，右前车轮和右后车轮构成第二驱动轮组，第一驱动轮组和第二驱动轮组均在后车轮设置动力，第一驱动轮组和第二驱动轮组可以通过相同或者不同的电机进行驱动，优选的，通过不同的电机进行驱动，此时只需要控制电机转速不同即可实现底盘的转向，简单方便。

参见图7，在一种优选的实施方式中，所述驱动装置包括驱动电机270以及与所述驱动电机相连的减速器280，所述后车轮的传动轴上设置有锥齿轮，所述后车轮通过所述锥齿轮与所述减速器相连。

驱动装置当然也可以与传动轴通过联轴器直接相连，联轴器是用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件，在高速重载的动力传动中，联轴器能够具有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用，驱动装置内设置有减速器，能够对车轮的转速进行调整，当底盘需要转向时，只需要控制左右车轮的转速不同，简单方便，传动轴与减速器通过锥齿轮组相连，底盘内部结构更加紧凑，使得底盘内部空间得到更加有效的利用。

参见图7，在一种优选的实施方式中，所述车身的内部设置有控制装置290，所述车身上设置有控制面板300，所述控制装置的一端与所述驱动装置相连，所述控制装置的另一端与所述控制面板相连。控制面板上设置有急停开关、电气开关和通讯接口等，车身内部设置有供电装置，用于为控制面板、驱动装置和控制装置进行供电。

在一种优选的实施方式中，所述车身为非一体成型车身，所述车身包括底板、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板和顶板。本发明技术方案中车身可以为一体式车身也可以是非一体式车身，机器人底盘的车身采用一体式车身，一体式车身密封性能好，但是一体式车身加工复杂，成本高；采用非一体式车身，车身各部分之间可以通过焊接、粘接或螺栓连接的方式进行连接，车身的内部采用密封胶条进行密封，此外机器人底盘的电气接口、传动轴等与车身的接口也均采用密封胶条或密封圈等进行密封，从而使得车身内部具有较高的防水效果。具体的，本发明技术方案中的车轮设置在左侧板和右侧板上，防撞机构设置在前侧板和后侧板上，传动轴固定座、控制装置、供电装置和驱动装置等设置在底板上，透气阀和控制面板等设置在顶板、前侧板或后侧板上。

参见图7，在一种优选的实施方式中，所述车身上设置有若干的用于平衡车身内部气压的透气阀310。

采用非一体式车身的移动机器人底盘，内部使用密封胶条进行密封，由于室外天气环境复杂，经常遭受温度变化、风雨侵蚀和太阳辐射，且天气转变快时，如因暴雨导致温度骤降时，车身内会产生约3磅/平方英寸的真空，这时车身内的密封胶条等密封件就承受吸力，一旦超过密封件承受能力，就会吸入空气和水分，导致密封失效，在全天候下工作，仅依靠单纯的密封防水功能是不可靠的，为了更好地适应户外环境使用，本发明技术方案在机器人底盘上设置有透气阀，透气阀包括阀体，阀体的中心设置有气道，气道上设置有用于仅能够让空气通过的防水透气膜，水、水汽和烟雾颗粒均不能通过气道，透气阀设置在车身外侧，根据车身内部的容腔体积和透气阀的排气量，可设置一个、两个或者多个，透气阀起到气压平衡同时又能防水的作用，当移动机器人底盘户外使用时，要求不能进水，但是当底盘运行时，移动机器人会发热，车身内的气体热胀冷缩会产生压差，透气阀能够允许气体自由进出，但液态水和雾状的水汽不能通过，从而起到防水透气的作用，同时极大的消除雾气和结露现象，透气阀能快速的平衡压力，降低设备壳体及密封部件所受应力，保护移动机器人底盘密封完整性，通过其透气防水的功能，以达到让车身壳体实现压力平衡，保护密封完整性，本发明技术方案的底盘结构简单，加工成本低，通过增加透气阀以后，车身能够达到了更高等级的防水防护水平（ipx7级以上），更好地适用于多种环境使用，尤其户外环境。

综上所述，本发明提供了一种机器人底盘，包括车身以及设置在车身左右两侧的车轮，所述车轮通过传动轴与所述车身相连；所述车轮包括轮毂和轮胎，所述轮毂朝向车身的一侧设置有用于车轮在传动轴上径向定位的法兰盘；所述轮毂的中心设置有用于传动轴安装的通孔，所述通孔内设置有用于车轮在传动轴上轴向定位的定心套，所述传动轴的一端穿过所述法兰盘和定心套与所述车轮相连。本发明技术方案的机器人底盘由于采用了定心套用于车轮在传动轴上的轴向定位，采用了法兰盘用于车轮在传动轴上的径向定位，提高了车轮的安装精度，使得底盘运行更加平稳。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，例如，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。