机器人底盘及机器人的制作方法

本发明涉及运输领域，尤其是涉及一种机器人底盘及机器人。

背景技术：

机器人(robot)是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。

现在市场上出现了各种各样的机器人，以满足消费者在生活和工作上的多种需求。由于人类在野外工作具有一定的危险性等因素，野外工作的机器人根据野外工作的需要而产生。但是野外路面不平坦，现有的机器人行驶在野外的不平坦的路面或者遇到路障时，由于过障能力低容易出现移动困难等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人底盘及机器人，以缓解现有技术中的机器人行驶在野外的不平坦的路面或者遇到路障时过障能力低容易出现移动困难等问题。

本发明第一方面提供一种机器人底盘，包括：车架、车轮以及连接在车架和车轮之间的侧弯臂；侧弯臂为两条，车架设置在两条侧弯臂之间；每条侧弯臂的中部与车架通过第一铰轴铰接，每条侧弯臂的两端分别连接有车轮，车轮可同连接的侧弯臂一起绕第一铰接轴的轴线在竖直方向上相对于车架运动。

进一步的，侧弯臂的中部为呈水平设置的平肩部，侧弯臂的两端分别为用于与车轮连接的连接端，连接端的高度高于平肩部。

进一步的，连接端呈弧形设置，弧形的连接端的圆心位于连接端的靠近地面的一侧。

进一步的，侧弯臂沿第一铰接轴所在的竖线轴对称设置。

进一步的，每条侧弯臂的上方均设有用于限制侧弯臂摆动幅度的挡板，挡板与车架固定连接且挡板与侧弯臂之间的距离小于侧弯臂的长度。

进一步的，挡板的下方平行设有两个安装座，两个安装座之间形成用于放置侧弯臂的间隙，第一铰接轴依次穿过一个安装座、侧弯臂的中部以及另一个安装座，以实现侧弯臂的中部与挡板铰接。

进一步的，挡板的延伸方向与侧弯臂的延伸方向相同，且挡板在延伸方向的长度小于侧弯臂在延伸方向的长度。

进一步的，底盘还包括设置在两个侧弯臂之间的横梁，横梁的两端分别与两个侧弯臂的端部对应连接。

进一步的，横梁的两端分别与对应的侧弯臂的端部万向连接。

进一步的，万向连接为球角连接。

进一步的，底盘还包括球头连杆组，横梁的两端分别与侧弯臂的端部通过球头连杆组连接；球头连杆组包括两个球头连杆，其中，一个球头连杆的头部与侧弯臂的端部铰接，另一个球头连杆的头部与横梁铰接，两个球头连杆的杆部相互之间通过螺纹连接固定。

进一步的，横梁为t形，包括根部和两个端部，根部与车架连接，端部与对应的侧弯臂的端部连接。

进一步的，底盘还包括固定设置在车架的横梁铰支座，横梁的根部与横梁铰支座的中部通过第二铰接轴铰接，横梁可绕第二铰接轴的轴线摆动。

进一步的，底盘还包括行走电机减速机以及车轮支架；行走电机减速机固定安装在车轮支架且行走电机减速机的输出端与车轮传动连接；车轮、行走电机减速机以及车轮支架共同组成动力组件；每条侧弯臂的两端分别安装有动力组件，且每条侧弯臂的两端与对应的车轮支架固定连接。

进一步的，每组动力组件还包括转向舵机和转向舵机安装座；转向舵机安装在转向舵机安装座；转向舵机安装座同时与车轮支架、侧弯臂安装固定。

进一步的，转向舵机与车轮支架通过法兰连接。

本发明第二方面提供一种机器人，包括上述的机器人底盘。

本发明提供一种机器人底盘，包括：车架、车轮以及连接在车架和车轮之间的侧弯臂；侧弯臂为两条，车架设置在两条侧弯臂之间；每条侧弯臂的中部与车架通过第一铰接轴铰接，每条侧弯臂的两端分别连接有车轮，车轮可同连接的侧弯臂一起绕第一铰接轴的轴线在竖直方向上相对于车架运动。当机器人行驶到有障碍物的路面时，其中一个车轮行驶到障碍物的上部，车轮带动相对应的侧弯臂绕第一铰接轴的轴线转动，相对于车架在竖直方向上运动一定的幅度；同时，由于一个车轮向上抬起，给与与侧弯臂的另一个端部相连接的车轮向下的分力，使得该车轮始终保持抓地状态，提升了机器人的过障能力，降低了由于机器人的过障能力低带来的行驶困难的问题。

本发明提供的机器人包括上述机器人底盘，由此，该机器人所达到的技术优势及效果同样包括机器人底盘所达到的技术优势及效果，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的机器人底盘的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的机器人底盘的主视图；

图3为本申请实施例提供的机器人底盘的后视图；

图4为本申请实施例提供的机器人底盘的俯视图；

图5为本申请实施例提供的机器人底盘的顺时针差速转弯的示意图；

图6为本申请实施例提供的机器人底盘的带转弯半径方式转弯的示意图；

图7为本申请实施例提供的机器人底盘一个车轮过障碍物的示意图；

图8为本申请实施例提供的机器人底盘两个车轮过障碍物的示意图；

图9为本申请实施例提供的机器人的安装座与侧弯臂铰接处的局部放大图。

图标：

100-机器人底盘；110-车架；111-挡板；112-安装座；120-侧弯臂；121-平肩部；122-连接端；123-第一铰接轴；130-横梁；131-根部；132-固定端；140-横梁铰支座；141-第二铰接轴；150-球头连杆；210-车轮；220-车轮支架；230-行走电机减速机；240-转向舵机安装座；250-转向舵机；200-障碍物。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

野外工作的机器人由于能够代替人类在野外开展工作，受到了很多野外工作者的青睐。但是野外的工作环境非常复杂，这给机器人正常的工作开展带来了不可控因素。例如，野外的路面高低不平，经常会有障碍物，野外工作的机器人在经过障碍物时，可能会出现车体倾斜发生侧翻。因此，是否能够顺利的通过高低不平的路面或者障碍物，成为机器人能否继续开展工作的前提。机器人的过障能力也就成为了野外工作的机器人能否顺利开展工作的关键因素。

基于此，本申请实施例提供的机器人底盘及机器人，以提升机器人在复杂环境的过障能力以及适应性能，满足机器人野外工作的需要。

为便于对本实施例进行理解，首先对本申请实施例所公开的一种机器人底盘进行详细介绍。

如图1所示，该机器人底盘100包括车架110、车轮210以及连接在车架110和车轮210之间的侧弯臂120；侧弯臂120为两条，车架110设置在两条侧弯臂120之间；每条侧弯臂120的中部与车架110通过第一铰接轴123铰接，每条侧弯臂120的两端分别连接有车轮210，车轮210可同连接的侧弯臂120一起绕第一铰接轴123的轴线在竖直方向上相对于车架110运动。

本申请实施例提供的机器人底盘100，当机器人行驶到有障碍物的路面时，如图7所示，其中一个车轮210行驶到障碍物的上部，车轮210带动相对应的侧弯臂120绕第一铰接轴123的轴线转动，车轮210与侧弯臂120的端部相对于车架110在竖直方向上运动，与侧弯臂120的另一个端部相连接的车轮210始终保持抓地状态；并且，由于车轮210没有直接与车架110连接，而是与侧弯臂120连接，车轮210的抬起对车架110的影响较小，车架110能够保持一定的稳定状态。此设计提升了机器人的过障能力，降低了由于机器人的过障能力低带来的行驶困难的问题。

其中，车架110即为底盘本体，用于支撑、安装机器人的结构部件的同时，与车轮210连接，以满足机器人的正常行驶。车架110的结构可以有多种类型，作为一种实现方式，车架110可以为围成的中空的框架，框架的中空的空间和框架的外部均可以安装机器人的结构部件。此类框架的优点就是为机器人的结构部件的安装提供充足的空间。作为另一种实现方式，车架110可以为板状结构，例如：长方形板体。此类车架的优点为结构更加稳定，承载重量的能力更强。车架110的上方用于承载机器人的结构部件，下方或者外围用于安装机器人的车轮。本申请一个实施例采用的车架110为长方形的板状结构。

侧弯臂120的作用主要包括连接在车轮210与车架110之间，缓冲车轮210升高给与车架110的倾斜力。侧弯臂120的结构可以为臂状结构，也可以为其他结构，只要能够实现两端连接车轮210、中部可以与车架110铰接即可，本实施例的侧弯臂120为臂状结构。具体的，如图1、图2所示，侧弯臂120的中部为呈水平设置的平肩部121，侧弯臂120的两端分别为用于与车轮210连接的连接端122，连接端122的高度高于平肩部121。例如，连接端可以呈弧形设置，弧形的连接端122的圆心位于连接端122的靠近地面的一侧。连接端122的高度高于平肩部121，即连接端122的高度高于第一铰接轴123的高度，弧形的连接端122的最高点与第一铰接轴123所在的水平面呈夹角设置。一方面，当一个与弧形的连接端122连接的车轮210被障碍物顶起时，此弧形的连接端122向平肩部121和另一个弧形的连接端122所传递的竖直向下方向上的分力更大，能够使与另一个弧形的连接端122连接的车轮210与地面的接触更加稳固；另一方面，设定弧形的连接端122，可以在不提升车架110高度的同时，适当增加车轮210的尺寸，以提升机器人底盘100的行驶速度。需要说明的是，弧形的连接端122的圆心位于连接端122的靠近地面的一侧，可以理解为侧弯臂120安装在车架110上时，弧形的连接端122为向上凸起的圆弧，即，弧形的连接端122的圆心位于连接端122的靠近地面的一侧。

进一步的，通常情况下，车轮210的尺寸和型号基本都是相同的，为了确保侧弯臂120的两端连接的车轮210以及整体的车架110在行驶过程中的稳定性，侧弯臂120沿第一铰接轴123所在的竖线轴对称设置。具体的，侧弯臂120在安装在车架110上后，侧弯臂120的两端安装的车轮210即为机器人的前轮和后轮，当前轮和后轮的尺寸和型号相同时，前轮和后轮距离第一铰接轴123的距离可以相同。假设铰接轴在竖直方向上有一条虚拟的竖线，那么侧弯臂120沿第一铰接轴123所在的竖线轴对称设置。

需要说明的是，车架110设置在两条侧弯臂120之间，不仅包括侧弯臂120的中部铰接在车架110的外周壁的情况，还包括侧弯臂120中部铰接在车架110的内部的情况。示例性的，当车架110为长方形板体时，长方形板体的相对的两侧内部各开有一个长方形的空间，侧弯臂120安装在该空间内，侧弯臂120的中部与该长方形空间的两个相对的内侧壁铰接。

在一些实施例中，为了避免侧弯臂120绕第一铰接轴123的摆动幅度过大带来机器人底盘100的不安稳，如图1、图2所示，每条侧弯臂120的上方均设有用于限制侧弯臂120摆动幅度的挡板111，挡板111与车架110固定连接且挡板111与侧弯臂120之间的距离小于侧弯臂120的长度。此设定可以避免极端情况下侧弯臂120的端部的一个车轮210抬起过高、另一个车轮210下降过低造成机器人底盘100无法正常工作。挡板111的延伸方向与侧弯臂120的延伸方向相同，且挡板111的长度小于侧弯臂120的长度。需要说明的是，延伸方向即挡板111安装固定后的长度方向，也为侧弯臂120安装固定后的长度方向。具体的，在车架110和挡板111之间立设有立板，挡板111平设在立板上且一侧与立板的上端固定连接，侧弯臂120设在挡板111的下方且侧弯臂120的中部与挡板111铰接。挡板111的下方设有两块平行设置的安装座112，如图9所示，两个安装座112之间形成设定的用于放置侧弯臂120的间隙，第一铰接轴123依次穿过一个安装座112、侧弯臂120的中部以及另一个安装座112，实现侧弯臂120的中部与挡板111铰接。具体地，如图9所示，侧弯臂120的中部(即平肩部121)上设置有一突起部，该突起部安装于两个安装座112之间形成的间隙中，该突起部和安装座112上对应的位置处设置有通孔，第一铰接轴123依次穿过一个安装座112、平肩部121上的突起部以及另一个安装座112，实现侧弯臂120的中部与挡板111铰接。该突起部与平肩部121可以为一体成型设计，或者该突起部通过连接件连接，或者该突起部通过焊接、粘贴等方式与平肩部121固定连接。

为了提升挡板111的稳定性，挡板111与车架110固定连接，可选的，挡板111与车架110一体固定成型设置。具体的，车架110的两侧向上方延伸出立设的立板，立板的上端向远离车架110的方向水平延伸出挡板111。一般情况下，由于第一铰接轴123穿过侧弯臂120和两个安装座112，会发生一定的转动，因此可能会带来第一铰接轴123在轴线方向上发生一定的移动，会和立板发生一定的摩擦。因此，立板正对第一铰接轴123的位置开设有大的通孔，以给第一铰接轴123的移动留出一定的空间。

为了使机器人底盘100的行驶更加安稳，如图1、图3所示，机器人底盘100还包括设置在两个侧弯臂120之间的横梁130，横梁130的两端分别与两个侧弯臂120的端部对应连接。进一步的，如图1所示，横梁130所在位置为机器人底盘的“后”部，与“后”相对的方向为“前”，横梁130的两端分别与对应的侧弯臂120的后端连接。横梁130的作用包括平衡机器人底盘100在行驶过障碍物时，在前进方向上左右两侧的车轮给与彼此的作用力，使机器人底盘100更加平稳。

具体的，横梁130为t形，包括根部131和两个固定端132(如图3所示)，根部131与车架110连接，固定端132与对应的侧弯臂120的端部连接。为了进一步的增加横梁130在两个侧弯臂120之间的灵活性，更好的平衡两个侧弯臂120之间的相互作用力，使机器人底盘100的行驶更加安稳，机器人底盘100还包括固定设置在车架110的横梁铰支座140，横梁130的根部131与横梁铰支座140的中部通过第二铰接轴141铰接，横梁130可绕第二铰接轴141的轴线摆动。

进一步的，t形的横梁130包括竖直设置的根部131，以及水平设置的梁部，梁部的两端分别是两个固定端132。t形的横梁130的根部开设有竖向设置的长椭圆形孔，t形的横梁130的梁部开设有水平向设置的长椭圆形孔，以此降低横梁130的自身重量。两个固定端132分别具有弧形的外周壁，以此降低固定端132在野外环境下与外部物体刮擦等。

需要说明的是，横梁铰支座140安装在车架110的后部，沿左右方向居中(左右方向为以机器人底盘100的向前的行驶方向为基准的左右)。横梁铰支座140的下部与车架110连接固定，上部与横梁130的根部131铰接。

为了进一步的提升横梁130的平衡性能，横梁130的两端分别与对应的侧弯臂120的端部万向连接。万向连接的方式有很多，示例性的，横梁130的两端分别与对应的侧弯臂120的端部球角连接。再示例性的，机器人底盘100还包括球头连杆组，横梁130的两端分别与侧弯臂120的端部通过球头连杆组连接；每个球头连杆组包括两个球头连杆150，其中，一个球头连杆150的头部与侧弯臂120的端部通过第三铰接轴铰接，另一个球头连杆150的头部与横梁130通过第四铰接轴铰接，两个球头连杆150的杆部相互之间通过螺纹连接固定。具体的，一个球头连杆150的头部中心开设有铰接孔，横梁130的固定端132也开设有铰接孔，第四铰接轴水平设置，依次穿设在球头的铰接孔和固定端132的铰接孔内。另一个球头连杆150的头部中心也开设有铰接孔，侧弯臂120的端部也开设有铰接孔，该第三铰接轴也水平设置，依次穿设在球头的铰接孔和侧弯臂120的端部的铰接孔内。上述的第三铰接轴和第四铰接轴平行设置。

如图1所示，将此时机器人底盘100的行进方向定为前。当机器人底盘100右侧的后车轮210经过障碍物抬起时，与该后车轮210连接的侧弯臂120的一端抬起，与该侧弯臂120的一端通过球头连杆组连接的横梁130的固定端132抬起，球头连杆组整体逆时针摆动；横梁130绕根部131的第二铰接轴141摆动，给与左后侧的车轮210向下的分力，使得左后侧的车轮210与地面保持接触，提升机器人底盘100的稳定性能。

上面已经介绍了侧弯臂、横梁的结构以及连接方式，接下来介绍带动机器人底盘100运动的动力组件。

如图1、图4所示，机器人底盘100还包括行走电机减速机230以及车轮支架220；行走电机减速机230固定安装在车轮支架220且行走电机减速机230的输出端与车轮210传动连接；车轮210、行走电机减速机230以及车轮支架220共同组成动力组件；每条侧弯臂120的两端分别安装有动力组件，且每条侧弯臂120的两端与对应的车轮支架220固定连接。具体的，每一个车轮210由于均与行走电机减速机230连接，因此，每一个车轮210均是驱动轮，且彼此之间相互独立，此设计增加了机器人底盘100行走过程中的灵活性。

为了进一步的提升机器人底盘100行走过程中的灵活性，每组动力组件还包括转向舵机250和转向舵机安装座240；转向舵机250安装在转向舵机安装座240；转向舵机安装座240同时与车轮支架220、侧弯臂120安装固定。转向舵机250与车轮支架220通过法兰连接。

需要说明的是，转向舵机250为现有的舵机结构，通过转向舵机250与车轮支架220之间法兰连接，来控制与其连接的车轮210的方向。

基于以上结构，接下来介绍机器人底盘100的几种运动模式。

如图1所示，当转向舵机保持不动，四个行走电机减速机同时向前转动时，车轮210带动整个机器人底盘100向前运动。相反，四个行走电机减速机同时向后转动时，车轮210带动整个机器人底盘向后运动。需要说明的是，横梁130所在的位置为后，与“后”相对的位置为前。

如图5所示，当机器人左前方和右后方的转向舵机按照顺时针方向旋转一定角度，而机器人右前方和左后方的转向舵机按照逆时针方向旋转相同的角度；同时，机器人左前方和左后方的行走电机减速机一起向后转动，而机器人右前方和右后方的行走电机减速机一起向前转动，机器人底盘可以在原地实现逆时针四轮差速转弯。需要说明的是，横梁130所在的位置为后，与“后”相对的位置为前，相应的对应出“左、右”。

当机器人右前方和左后方的转向舵机按照顺时针方向旋转一定角度，而机器人左前方和右后方的转向舵机按照逆时针方向旋转相同的角度；同时，机器人右前方和右后方的行走电机减速机一起向后转动，而机器人左前方和左后方的行走电机减速机一起向前运动，机器人底盘可以在原地实现顺时针四轮差速转弯。

如图6所示，当前面的两个转向舵机同时逆时针方向转动一定角度、后面的两个转向舵机同时顺时针转动一定角度，而四个行走电机减速机同时向前转动，机器人底盘可以实现带转弯半径方式左转弯。同理，当前面的两个转向舵机同时顺时针方向转动一定角度、后面的两个转向舵机同时逆时针转动一定角度，而四个行走电机减速机同时向前转动，机器人底盘可以实现带转弯半径方式右转弯。

如图7所示，当机器人底盘右前轮跨越障碍物200时，右前轮向上抬起，而机器人右侧的侧弯臂前端上扬、后端下摆。同时，与右侧弯臂后端连接的球头连杆向上移动，并带动横梁向左倾斜。使其他三个车轮同时着地。这样使整个机器人四个车轮同时受力，保持机器人底盘在越过障碍物过程中都会非常稳定。需要说明的是，横梁130所在的位置为后，与“后”相对的位置为前，相应的对应出“左、右”。

如图8所示，当机器人底盘的左后轮和右前轮同时跨越障碍物时，左后轮与右前轮同时向上抬起；机器人左侧的侧弯臂向下转动、右侧的侧弯臂向上转动；与侧弯臂后端连接的球头连杆和铰接的横梁平衡四个车轮的受力，使4四个驱车轮同时着地。需要说明的是，横梁130所在的位置为后，与“后”相对的位置为前，相应的对应出“左、右”。

本申请实施例还提供一种机器人，包括上述实施例的机器人底盘。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。