移动机器人底盘以及移动机器人的制作方法

1.本技术实施例涉及机器人技术领域，特别是涉及一种移动机器人底盘以及移动机器人。


背景技术：

2.移动机器人是自动执行工作的机器装置，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统。随着机器人性能不断地完善，移动机器人的应用范围大为扩展，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用。
3.移动机器人底盘是移动机器人的重要组成部分，其直接影响移动机器人运行的稳定性、准确性和可靠性。发明人发现在地面不平时，底盘整体的颠簸振动幅度比较大，避震效果不佳。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术提供了一种移动机器人底盘以及移动机器人，其可减少底盘整体的颠簸振动的优点。
5.根据本技术实施例的第一方面，提供一种移动机器人底盘包括底盘框架、前桥总成和后桥总成；所述后桥总成包括后桥固定结构、两个后轮、后轮驱动机构和悬挂机构；所述两个后轮固定在所述后桥固定结构的两端；所述后轮驱动机构通过所述悬挂机构与两个所述后轮连接；所述悬挂机构包括两个悬挂转轴、两个悬挂拖曳臂、两个后桥半轴、差速器和两个悬挂避震器；两个所述悬挂转轴分别铰接在所述底盘框架的两侧；两个所述悬挂拖曳臂的一端分别固定在两个所述悬挂转轴上，两个所述悬挂拖曳臂的另一端分别通过两个所述悬挂避震器固定在所述底盘框架上；两个所述后桥半轴分别与两个所述悬挂拖曳臂转动连接，且所述后轮驱动机构的输出端与所述差速器的输入端连接，所述差速器的两路输出端分别连接两个所述后桥半轴，两个所述后轮分别固定在两个所述后桥半轴上；所述悬挂转轴在所述底盘框架上的铰接点、所述悬挂避震器在所述悬挂拖曳臂上的铰接点、所述悬挂避震器在所述底盘框架上的铰接点依序连线形成悬挂角度；所述悬挂角度的角度范围为80度至110度。
6.本技术实施例通过将所述悬挂转轴在所述底盘框架上的铰接点、所述悬挂避震器在所述悬挂拖曳臂上的铰接点、所述悬挂避震器在所述底盘框架上的铰接点依序连线形成的悬挂角度的角度范围设计在80度至95度范围，进而使两个后桥悬挂避震器的受力处于线性区域，使得两个悬挂避震器能够均匀适中的避震效果，更好的缓冲吸振，而且能够有效地抑制地面高低不平引起的底盘整体的颠簸振动，能够有效降低跨越障碍引起的冲击振动。
7.进一步地，在移动机器人底盘未加载负载时，所述悬挂角度的角度范围为80度至85度；在移动机器人底盘加载了负载时，所述悬挂角度的角度范围为85度至95度，以基本保持底盘在实际运行中悬挂角度s处于90度直角附近，进而进一步确保两个悬挂避震器的受
力处于线性区域，使得两个悬挂避震器能够均匀适中的避震效果，减少底盘整体的颠簸振动。
8.进一步地，所述前桥总成包括前桥固定结构、两个前轮、前轮转向驱动机构、转向联动机构和前轮状态调整机构；所述前桥固定结构包括前桥框架、前桥主梁和前桥主梁旋转座；所述前桥主梁通过所述前桥主梁旋转座固定在所述前桥框架上；两个所述前轮固定在所述前桥主梁的两端；所述前轮转向驱动机构通过所述转向联动机构与两个所述前轮连接；所述移动机器人底盘还包括前轮状态调整机构；所述前轮状态调整机构包括第一自转轴、第二自转轴、第一轴承座、第二轴承座和第三轴承座；所述第一轴承座、第二轴承座和第三轴承座沿着与所述前桥主梁垂直的方向依序固定在所述前桥框架上；所述第一自传轴两端分别通过所述第一轴承座和第二轴承座固定，所述第二自传轴通过所述第三轴承座固定；所述第一自传轴上位于所述第一轴承座和所述第二轴承座之间的外露部分套设有所述前桥主梁旋转座；所述第二自传轴外露于所述第三轴承座的部分套设有所述前轮转向驱动机构，以避免被动适应地面的两个前轮，在遇到地面不平时摇晃、振动过大，再配合着因自身重量而始终压置于地面上的两个后轮，可使底盘的四个轮子尽量保持同时着地的状态，从而使移动机器人底盘平稳移动，减少地面不平引起机器人底盘摇晃、摆动、振动等不稳定状态，进而进一步提高移动机器人底盘的稳定性。
9.根据本技术实施例的第二方面，提供一种移动机器人，包括机身和以及上述任一所述的移动机器人底盘；所述机身固定在所述移动机器人底盘上。
10.本技术实施例通过将所述悬挂转轴在所述底盘框架上的铰接点、所述悬挂避震器在所述悬挂拖曳臂上的铰接点、所述悬挂避震器在所述底盘框架上的铰接点依序连线形成的悬挂角度的角度范围设计在80度至95度范围，进而使两个后桥悬挂避震器的受力处于线性区域，使得两个悬挂避震器能够均匀适中的避震效果，更好的缓冲吸振，而且能够有效地抑制地面高低不平引起的底盘整体的颠簸振动，能够有效降低跨越障碍引起的冲击振动。
11.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
12.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
14.图1为本技术实施例示出的移动机器人底盘的俯视结构示意图；
15.图2为本技术实施例示出的悬挂结构的侧视结构示意图；
16.图3为本技术实施例示出的转向联动机构的俯视结构示意图；
17.图4为本技术实施例示出的移动机器人底盘的部分剖视结构示意图；
18.图5为本技术实施例示出的前桥总成的部分斜视结构示意图；
19.图6为本技术实施例示出的移动机器人底盘的侧视结构示意图。
具体实施方式
20.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施例方式作进一步地详细描述。
21.应当明确，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
22.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
23.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。在此所使用的词语“如果”/“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
24.下面将结合附图1至图6，对本技术实施例提供的一种移动机器人底盘进行详细介绍。
25.请参阅图1，本技术实施例提供的移动机器人底盘1000包括底盘框架1100、前桥总成1200、后桥总成1300和控制机构1400。所述前桥总成1200安装在所述底盘框架1100的前部，所述后桥总成1300安装在所述底盘框架1100的后部。所述底盘框架1100作为整个底盘的主体结构，是其他零部件的安装基座。所述前桥总成1200用于负责控制底盘的转向。所述后桥总成1300用于负责为底盘提供动力。所述控制机构1400可以包括一个或者多个处理核心，其可以用于控制所述前桥总成1200的转向和所述后桥总成1300的驱动动力。在本技术的示例性实施例中，所述控制机构1400为控制器。
26.所述后桥总成1300包括后桥固定结构1310、后轮驱动机构1320、悬挂机构1330和两个后轮1340；所述后桥固定结构1310固定在所述底盘框架1100的下侧面并位于所述底盘框架1100的后部；所述两个后轮1340固定在所述后桥固定结构1310的两端；所述后轮驱动机构1320通过所述悬挂机构1330与两个所述后轮1340连接。
27.在一个示例性实施例中，所述后桥固定结构1310包括后桥框架1311；所述后桥框架1311固定在所述底盘框架1100的下侧面并位于所述底盘框架1100的后部。
28.在一个示例性实施例中，所述后轮驱动机构1320包括后轮驱动电机1321和后轮电机驱动器(图中未示)；所述后轮电机驱动器1322的输入端与所述控制机构1400的输出端连接，以接收所述控制机构1400发送的控制指令；所述后轮电机驱动器的输出端与所述后轮驱动电机1321连接，以驱动所述后轮驱动电机1321转动。所述后轮驱动电机1321的旋转轴通过所述悬挂机构1330与两个所述后轮1340连接，以驱动两个所述后轮1340转动。
29.请参阅图2，所述悬挂机构1330包括两个悬挂转轴1331、两个悬挂拖曳臂1332、两个后桥半轴1333、差速器1334和两个悬挂避震器1335。两个所述悬挂转轴1331分别铰接在所述底盘框架1100的两侧；两个所述悬挂拖曳臂1332的一端分别固定在两个所述悬挂转轴1331上，两个所述悬挂拖曳臂1332的另一端分别通过两个所述悬挂避震器1335固定在所底盘框架1100上，以使所述悬挂拖曳臂1332可绕着悬挂避震器1335相对于底盘框架1100转动，且通过这种非独立的避震悬挂，可用于在不平地面行驶或越过障碍物时缓冲冲击和吸收振动。两个所述后桥半轴1333分别与两个所述悬挂拖曳臂1332转动连接，且所述后轮驱动电机1321的旋转轴与所述差速器1334的输入端连接，所述差速器1334的两路输出端分别连接两个所述后桥半轴1333，两个所述后轮1340分别固定在两个所述后桥半轴1333上，以通过所述差速器1334自适应地分配动力给到两个所述后桥半轴1333，进而驱动两个所述后轮1340转动。
30.在一个示例性实施例中，所述悬挂转轴1331在所述底盘框架1100上的铰接点、所述悬挂避震器1335在所述悬挂拖曳臂1332上的铰接点、所述悬挂避震器1335在所述底盘框架1100上的铰接点依序连线形成悬挂角度s，所述悬挂角度s的角度范围为80度至110度。
31.本技术实施例通过将所述悬挂转轴1331在所述底盘框架1100上的铰接点、所述悬挂避震器1335在所述悬挂拖曳臂1332上的铰接点、所述悬挂避震器1335在所述底盘框架1100上的铰接点依序连线形成的悬挂角度s的角度范围设计在80度至110度范围，进而使两个后桥悬挂避震器的受力处于线性区域，使得两个悬挂避震器1335能够均匀适中的避震效果，更好的缓冲吸振，而且能够有效地抑制地面高低不平引起的底盘整体的颠簸振动，能够有效降低跨越障碍引起的冲击振动。
32.优选的，在移动机器人底盘未加载负载时，所述悬挂角度的角度范围为80度至85度；在移动机器人底盘加载了负载时，所述悬挂角度的角度范围为85度至95度。由于所述悬挂角度的过度变化，容易使两个后桥悬挂避震器的受力处于非线性区域，进而容易导致因为底盘的负载的不同或者地面高低不平而表现出过软或者过硬的避震效果。本技术实施例通过设置在移动机器人底盘未加载负载时，所述悬挂角度的角度范围为80度至85度；在移动机器人底盘加载了负载时，所述悬挂角度的角度范围为85度至95度，进而可基本保持底盘在实际运行中悬挂角度s处于90度直角附近，进而进一步确保两个悬挂避震器1335的受力处于线性区域，使得两个悬挂避震器1335能够均匀适中的避震效果，减少底盘整体的颠簸振动。在本技术的示例性实施例中，悬挂避震器1335为弹簧避震器，本技术的示例性实施例通过调节弹簧避震器的变形长度的限制，进而限制悬挂角度的变化范围，当然，也可以采用其他方式来限制悬挂角度的变化范围，例如增加额外的机械限位等方式，本技术并不加以限制。
33.在一个示例性实施例中，所述前桥总成1200包括前桥固定结构1210、两个前轮1220、前轮转向驱动机构1230、转向联动机构1240和前轮状态调整机构1250；所述前桥固定结构1210安装在所述底盘框架1100的下侧面并位于所述底盘框架1100的前部；两个所述前轮1220固定在所述前桥固定结构1210的两端；所述前轮转向驱动机构1230通过所述转向联动机构1240与两个所述前轮1220连接；所述前轮状态调整机构1250用于调整两个所述前轮1220的转动状态。
34.在一个示例性实施例中，所述前桥固定结构1210包括前桥框架1211、前桥主梁
1212和前桥主梁旋转座1213。所述前桥框架1211固定在所述底盘框架1100的下侧并位于所述底盘框架1100的前部。所述前桥主梁1212通过所述前桥主梁旋转座1213固定在所述前桥框架1211的前端。两个所述前轮1220固定在所述前桥主梁1212的两端。
35.在一个示例性实施例中，所述前轮转向驱动机构1230包括转向驱动电机安装座1231、转向驱动电机1232和转向电机驱动器(图中未示)。所述转向驱动电机安装座1231固定在所述前桥主梁1212的中部。所述转向驱动电机1232固定在所述转向驱动电机安装座1231上。所述转向电机驱动器1233的输入端与所述控制机构1400的输出端连接，所述转向电机驱动器1233的输出端与所述转向驱动电机1232的输入端连接，以接收所述控制机构1400发送的控制指令驱动所述转向驱动电机1232转动。所述转向驱动电机1232的旋转输出轴通过所述转向联动机构1240与两个所述前轮1220连接。
36.在一个示例性实施例中，请参阅图3，所述转向联动机构1240包括转向联轴器1241、两个转向机1242、两个转向固定杆1243、转向横拉杆1244、两个转向连杆1245和两个前轮固接杆1246。两个所述转向机1242通过所述转向联轴器1241与所述转向驱动电机1232的旋转轴连接，以将所述转向驱动电机1232的动力和运动传动到两个所述转向机1242。两个所述转向固定杆1243的一端分别铰接在两个所述转向机1242上，两个转向固定杆1243的另一端分别铰接在所述转向横拉杆1244的两端，以将两个转向机1242传递过来的运动和动力传递到所述转向横拉杆1244。在所述转向横拉杆1244中部铰接有两个所述转向连杆1245，两个所述转向连杆1245分别通过两个所述前轮固接杆1246与两个所述前轮1220连接，以通过两个所述转向连杆1245拉动或推动两个所述转向前轮固接杆1246，进而拉动或推动两个所述前轮1220转动。本技术实施例通过将两个所述转向连杆1245固定在转向横拉杆1244的中间部分，而不是固定在转向横拉杆1244的两端，可以增加两个转向连杆1245的尺寸选择范围，进而可减少转向联动机构1240的设计尺寸限制，同时增加两个转向前轮1220的转向运动的范围。
37.在一个示例性实施例中，请参阅图4和图5，所述前轮状态调整机构1250包括第一自转轴1251、第二自转轴1252、第一轴承座1253、第二轴承座1254和第三轴承座1255；所述第一轴承座1253、第二轴承座1254和第三轴承座1255沿着与所述前桥主梁1212垂直的方向依序固定在所述前桥框架1211上；所述第一自传轴1241两端分别通过所述第一轴承座1253和第二轴承座1254固定，所述第二自传轴1242通过所述第三轴承座1255固定；所述第一自传轴1241上位于所述第一轴承座1253和所述第二轴承座1254之间的外露部分套设有所述前桥主梁旋转座1213；所述第二自传轴1242外露于所述第三轴承座1255的部分套设有所述前轮转向驱动机构1230。具体的，述第二自传轴1242外露于所述第三轴承座1255的部分套设有所述前轮转向驱动机构1230的转向驱动电机安装座1231，通过将所述转向驱动电机安装座1231套设在外露的所述第二自传轴1242上，可使固定在所述转向驱动电机安装座上的转向驱动电机1232、与所述转向驱动电机连接的转向联动机构1240以及与所述转向联动结构连接的前轮1220均可以相对于所述第三轴承座1255作自适应转动，进一步使被动适应地面的两个前轮1220，在遇到地面不平时，保持平稳着地，以避免被动适应地面的两个前轮1220，在遇到地面不平时摇晃、振动过大，再配合着因自身重量而始终压置于地面上的两个后轮，可使底盘的四个轮子尽量保持同时着地的状态，从而使移动机器人底盘平稳移动，减少地面不平引起机器人底盘摇晃、摆动、振动等不稳定状态，提高移动机器人底盘的稳定
性。进一步地，所述前桥主梁旋转座1213、第一自转轴1251、第一轴承座1253以及第二轴承座1254组成了一个转动副；所述前轮转向驱动机构1230、第二自转轴1252以及第三轴承座1255组成了另一个转动副，沿着与所述前桥主梁1212垂直的方向依序设置的两个转动副成为所述前桥框架1211一前一后的受力结构，可以使前桥总成受力更加均匀。
38.优选的，所述第一轴承座1253的中心轴、所述第二轴承座1254的中心轴和所述第三轴承座1255的中心轴在同一直线上，从而使前轮转向驱动机构1230、固定在所述前桥主梁1212上的两个前轮1220可以随着第一自传轴1241和第二自转轴1252一起相对于第一轴承座1253、第二轴承座1254、第三轴承座1255作自适应灵活转动，避免相互干扰卡住。
39.优选的，所述第一轴承座1253的中心轴、所述第二轴承座1254的中心轴和所述第三轴承座1255的中心轴与所述前桥框架1211的中心线重合，以使两个前轮1220可以随着第一自传轴1241和第二自转轴1252相对于第一轴承座1253、第二轴承座1254、第三轴承座1255转动相互平衡。
40.优选的，所述第一自传轴1241的直径大于所述第二自传轴1242的直径。由于所述转向联动机构1240的转向部分在底盘运行过程中，除了承受各个方向的作用力如冲击和振动之外，还会因为这些作用力相对于所述第一自转轴中心的偏距形成各个方向的作用力矩，通过直径较大的所述第一自转轴1251，可加强所述第一自转轴1251、所述第一轴承座1253、所述第二轴承座1254组成的转动副直接承受垂直、纵向和横向作用力的能力。由于所述第二自转轴1252和所述第三轴承座1255组成的转动副主要抵消不平衡作用力产生的作用力矩，用以避免前桥总成特别是第一自转轴1251的弯曲破坏，所述第二自转轴1252和所述第三轴承座1243组成的转动副受力较少，因此，通过直径较小的所述第二自转轴，可减轻前桥总成1200的重量和减少耗材，而通过两个不同直径的自传轴和轴承座的相互配合，提高了前桥总成1200的整体强度，可有效避免因受力不均匀造成前轮转向驱动机构1230和转向联动机构1240的形变、扭曲和振动等问题。
41.优选的，所述第一轴承座1423的外圈半径和所述第二轴承座1424的外圈半径均大于所述第三轴承座1255的外圈半径，以进一步减轻前桥总成1200的重量和减少耗材。
42.在一个示例性实施例中，两个所述前轮1220的半径均小于两个所述后轮1340的半径。实用新型人在实现实用新型的过程中发现：通过对两个所述前轮1220的越障能力和两个所述后轮1340的越障能力的分析和计算，可知两个所述后轮1340的半径和两个所述前轮1220的半径相同时，两个所述前轮1220的越障能力强于两个驱动后轮1340的越障能力，而当两个所述前轮1220的半径均小于两个所述后轮1340的半径，具体如两个所述后轮1340的大小相同，半径都记为r
w
，两个所述前轮1220的大小相同，半径都记为r
w
，r
w
>r
w
，则两个所述前轮1220和两个所述后轮1340可以获得相同的越障能力，为此设计为两个所述前轮1220的半径均小于两个所述后轮1340的半径，以避免两个所述前轮1220越过障碍物后，而两个所述后轮1340无法越过造成底盘卡死而致使底盘无法前进的情况。同时，两个所述前轮1220的半径均小于两个所述后轮1340的半径，可以使两个所述前轮1220受到的转向阻力矩减小，有利于提高底盘转向控制的灵活性。
43.请参阅图6，在一个示例性实施例中，还包括用于检测障碍物的接触传感器1500；所述接触传感器1500的输出端与所述控制机构1400连接，以将检测到的无法跨越的障碍物的信息传送到所述控制机构1400，所述控制机构1400根据无法跨越障碍信息向后轮电机驱
动器1322发出停转或后退的指令，由后轮电机驱动器1322直接驱动所述后轮驱动电机1321停转或后退。所述接触传感器安装在两个所述前轮1220的最大可越障高度和两个所述后轮1340的最大可越障高度之间的较小值。具体的，在本技术的示例性实施例中，由于两个所述前轮1220的半径均小于两个所述后轮1340的半径，两个所述前轮1220和两个所述后轮1340具有一致的越障高度，因此，为了有效检测障碍物，对无法跨越的障碍物提前预警，在本技术的示例性实施例中，所述接触传感器1500固定在所述前桥框架上并设置在所述前轮的前方，且所述接触传感器距离地面的高度为所述前轮1220的最大可越障高度h。当所述接触传感器1500碰上障碍物并检测到时，可以确定该障碍物超过了机器人底盘的越障高度，也就是两个转向前轮1220和两个驱动后轮1340都无法越过，此时，所述接触传感器1500则将检测到的无法跨越的障碍物的信息传送到所述后轮驱动电机1321，通知所述后轮驱动电机1321停止转动。
44.本技术实施例还提供一种移动机器人，所述移动机器人包括机身和移动机器人底盘；所述机身固定在所述移动机器人底盘上，所述移动机器人底盘的结构与前述结构完全相同，这里不加以赘述。
45.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
46.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。