转向机构、机器人底盘及机器人的制作方法

[0001]
本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种转向机构、机器人底盘及机器人。


背景技术：

[0002]
随着机器人技术的发展，巡检机器人在人们日常生活中正变得越来越普遍，与传统的人工巡视、值守相比，巡检机器人的优势十分明显，尤其是一些人工难以到达，或环境比较恶略、危险的地方，巡检机器人能够很好的协助完成。
[0003]
现有的机器人中，将机器人的每个车轮单独匹配有转向电机，以适应机器人在狭窄的空间内行驶。但是，由于电机的数量过多，会造成机器人的协调控制难度较大，且成本相对较高。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型提供的一种转向机构、机器人底盘及机器人，用于解决现有技术中机器人的协调控制难度较大，且成本相对较高的技术问题。
[0005]
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0006]
一种转向机构，用于控制车轮转向，所述转向机构包括调节杆、驱动件以及至少两个连接件；
[0007]
所述调节杆上具有正螺纹段以及反螺纹段，其中一个所述连接件与所述正螺纹段螺纹连接，其中另一个所述连接件与所述反螺纹段螺纹连接，所述连接件远离所述调节杆的一端能够连接对应的车轮，所述驱动件与所述调节杆连接，并驱动所述调节杆转动，所述连接件随所述调节杆移动，以拉动并控制对应的所述车轮转向。
[0008]
在其中一个实施例中，所述转向机构还包括拉杆，所述拉杆的一端与所述连接件转动连接，另一端与所述车轮转动连接。
[0009]
在其中一个实施例中，所述驱动件与所述调节杆之间设有传动单元，所述驱动件通过所述传动单元带动所述调节杆转动。
[0010]
在其中一个实施例中，所述传动单元包括主动轮、从动轮以及同步带，所述主动轮安装于所述驱动件的输出端，所述从动轮安装于所述调节杆上，所述同步带套设于所述主动轮和所述从动轮。
[0011]
在其中一个实施例中，所述转向机构还包括导向杆，所述导向杆穿设于所述连接件，并与所述连接件之间滑动连接。
[0012]
在其中一个实施例中，所述连接件上设有轴承，所述导向杆穿设于轴承，并与所述轴承之间滑动连接。
[0013]
本实用新型还提供如下技术方案：
[0014]
一种机器人底盘，包括车架、转向机构以及多个车轮，多个所述车轮分别转动安装于所述车架，所述转向机构安装于所述车架，其特征在于，所述转向机构如以上所述的转向机构。
[0015]
在其中一个实施例中，所述机器人底盘还包括摆臂，所述摆臂的一端与所述车架连接，另一端与所述车轮转动连接。
[0016]
在其中一个实施例中，所述机器人底盘还包括转向节，所述转向节的一端与所述车轮固定连接，另一端与所述摆臂转动连接，所述连接件转动连接于所述转向节。
[0017]
在其中一个实施例中，所述摆臂与所述转向节之间通过主销转动连接，且所述主销的轴线与竖直轴线之间呈夹角设置。
[0018]
本实用新型还提供如下技术方案：
[0019]
一种机器人，包括机器人底盘，所述机器人底盘采用以上所述的机器人底盘。
[0020]
与现有技术相比，本实用新型提供的一种转向机构、机器人底盘及机器人，具有如下优点：
[0021]
通过驱动件驱动调节杆转动，调节杆上的两个连接件相向或相背运动，从而使同侧的两个车轮的转向相反，能够实现机器人原地旋转和弧形转弯的效果，通过控制机器人左右两侧的偏转角度大小和车轮的速度，可以实现机器人不同半径的转弯。
附图说明
[0022]
以下附图仅用于使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，并非是对本实用新型的限制，本领域技术人员可以根据本实用新型的技术方案获得其它附图。
[0023]
图1为本实用新型提供的一实施例的机器人的结构示意图；
[0024]
图2为图1中转向机构的结构示意图；
[0025]
图3为机器人结构示意图；
[0026]
图4为机器人结构示意图；
[0027]
图5为机器人结构示意图。
[0028]
标号说明：
[0029]
100、机器人；10、机器人底盘；11、车架；12、车轮；13、摆臂；14、转向节；15、主销；20、转向机构；21、调节杆；22、连接件；23、驱动件；231、支撑座；24、拉杆；25、传动单元；251、主动轮；252、从动轮；253、同步带；28、导向杆；281、轴承；282、安装座。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0031]
为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的实用新型创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。
[0032]
需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
[0033]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领
域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]
如图1所示，本实用新型提供一种机器人100，包括能够带动机器人100移动的机器人底盘10，机器人100可以为消防机器人、巡检机器人等。
[0035]
进一步地，如图1所示，机器人底盘10包括车架11、转向机构20以及多个车轮12，多个车轮12分别转动安装于车架11，转向机构20安装于车架11，用于控制车架11上的车轮12转向，从而实现整个机器人底盘10的转向。
[0036]
优选地，车架11的两侧分别设置有两个间隔设置车轮12，转向机构20设置有两组，通过两组转向机构20分别控制机器人100两侧的车轮12转向，以使机器人100同侧的车轮12转向不同的方向，且同侧的两个车轮12转向的角度相同。
[0037]
在本实施方式中，车轮12为带有轮毂电机的车轮12。轮毂电机是将动力(图未视)、传动(图未视)以及制动装置(图未视)都整合到轮毂内，节省了机器人底盘10的布置空间，减少了动力传递路径，传动效率也得到提升。
[0038]
进一步地，如图1及图2所示，转向机构20包括调节杆21、驱动件23以及至少两个连接件22，调节杆21上具有正螺纹段(图未示)以及反螺纹段(图未示)，其中一个连接件22与正螺纹段螺纹连接，其中另一个连接件22与反螺纹段螺纹连接，每个连接件22远离调节杆21的一端能够连接对应的车轮12，驱动件23与调节杆21连接，并驱动调节杆21转动，连接件22随调节杆21移动，以拉动并控制对应的车轮12转向。
[0039]
可以理解的是，驱动件23以及调节杆21均安装在车架11上，机器人100左右两侧的两个车轮12独立控制，在需要车轮12转向时，通过驱动件23驱动调节杆21转动，调节杆21上的两个连接件22相向或相背运动，从而使同侧的两个车轮12的转向相反，从而能够实现机器人100原地旋转和弧形转弯的效果，通过控制机器人100左右两侧的偏转角度大小和车轮12的速度，可以实现机器人100不同半径的转弯。
[0040]
其中，在本实施方式中，驱动件23为驱动电机，驱动件23通过支撑座231固定安装在车架11上。当然，在其它实施方式中，驱动件23也可以为除驱动电机以外的驱动元件，只要该驱动元件能够驱动调节杆21转动即可。
[0041]
如图3所示，在机器人100弧形转弯时，即机器人100左右两侧车轮12偏转需存在角度差，故通过机器人100左右两侧转向机构20中调节杆21不同行程来实现(行程通过外设的行程开关进行触发控制)。机器人100进行左转弯时，机器人100左侧的转向机构20上的两个连接件22相向运动，右侧的转向机构20上的两个连接件22背向运动，且机器人100左侧车轮12偏转角度应大于机器人100右侧车轮12偏转角度，同时机器人100左右两侧车轮12转速也需存在差异，机器人100左侧车轮12转速需大于机器人100右侧车轮12转速；机器人100进行右转弯时，机器人100右侧的转向机构20上的两个连接件22相向运动，左侧的转向机构20上的两个连接件22背向运动，且机器人100右侧车轮12偏转角度应大于机器人100左侧车轮12偏转角度，同时机器人100左右两侧车轮12转速也需存在差异，机器人100右侧车轮12转速需大于机器人100左侧车轮12转速；车速通过轮毂电机进行控制，以尽量实现四个车轮12保持纯滚动的要求。
[0042]
如图4所示，在机器人100原地旋转时，当机器人100在狭小空间需要旋转时，驱动
件23带动调节杆21运动，由于调节杆21两侧螺纹旋向相反，故调节杆21两侧连接件22相向运动，最终通过拉动车轮12旋转，所需转动角度根据原地转向实际几何解析可得出，最终机器人100左右两侧的两个车轮均转动到预设的角度(该角度可换算到转向机构20调节杆21行程中，在调节杆21行程上设置行程开关，当触发时停止转动，实现该角度的精准控制)，此后轮毂电机驱动车轮12旋转，机器人100即可实现原地旋转，当转到需要的前进方向时转向机构20带动车轮12回到初始位置。
[0043]
进一步地，如图1所示，机器人底盘10还包括摆臂13，摆臂13的一端与车架11连接，另一端与车轮12转动连接。
[0044]
可以理解的是，摆臂13通过焊接或螺栓固定在车架11上，摆臂13能够使车轮12转动安装在车架11上，能够使得车轮12在转向机构20的作用下转动方向。同时，摆臂13可以使车轮12可以与车架11之间具有距离差，避免在转向机构20带动车轮12转向时，车轮12会触碰到车架11。
[0045]
进一步地，如图1及图5所示，机器人底盘10还包括转向节14，转向节14的一端与车轮12固定连接，另一端与摆臂13转动连接，连接件22转动连接于转向节14。
[0046]
可以理解的是，转向节14与车轮12焊接或螺栓连接，转向机构20的连接件22与转向节14连接，通过连接件22拉动转向节14，从而能够带动车轮12的转向。转向节14的设置，能够便于车轮12安装在车架11上，同时，能够便于转向机构20与车轮12的连接。
[0047]
进一步地，摆臂13与转向节14之间通过主销15转动连接，且主销15的轴线与竖直轴线之间呈夹角设置。
[0048]
可以理解的是，摆臂13与转向节14之间通过主销15转动连接，且主销15的轴线与竖直轴线之间呈夹角设置，这样能够保证车轮12在受到侧向偏转力的情况下，产生的侧向力相对主销15的力矩是抵抗车轮12偏转方向的力矩，即具备一定自动回正能力，保证了机器人100的行驶稳定性。
[0049]
可选地，该夹角被标注为α，且α范围为4-8度。
[0050]
作为优选地，本实施例中α的大小为6度，在该角度下，能够保证主销15的力矩与车轮12产生的力矩大致相等，保证了机器人100的行驶稳定性更好。当然，在其他实施例中，α的取值可以为4度、5度、8等等，其可以根据实际的要求而设置，在此就不再赘述。
[0051]
进一步地，摆臂13以及转向节14上均开设有销孔(图未示)，主销15依次穿设于该销孔，从而实现摆臂13与转向节14之间的转动连接。
[0052]
进一步地，如图1所示，转向机构20还包括与连接件22转动的拉杆24，拉杆24的一端与连接件22转动连接，另一端与车轮12转动连接。
[0053]
可以理解的是，拉杆24的两端分别与连接件22以及转向节14转动连接。连接件22在调节杆21上的位置改变，能够改变拉杆24与车架11之间的位置以及角度，从而能够带动车轮12进行转向。
[0054]
进一步地，如图2所示，驱动件23与调节杆21之间设有传动单元25，驱动件23通过传动单元25带动调节杆21转动。
[0055]
优选地，如图2所示，传动单元25包括主动轮251、从动轮252以及同步带253，主动轮251安装于驱动件23的输出端，从动轮252安装于调节杆21上，同步带253套设于主动轮251和从动轮252。
[0056]
可以理解的是，主动齿轮与驱动件23的输出端同轴设置，从动轮252与调节杆21同轴设置，主动轮251与从动轮252的轴线平行设置，即驱动件23输出端的轴线与调节杆21的轴线平行设置。驱动件23驱动主动轮251转动，主动轮251通过同步带253带动从动轮252转动，最终使调节杆21转动。同步带253的设置能够避免同步带253与主动轮251以及从动轮252之间打滑。
[0057]
其中，主动轮251包括第一滚轮(图未示)以及固定在第一滚轮两侧的第一限位挡板(图未示)，第一限位挡板与第一滚轮之间形成与同步带253配合的第一安装槽(图未示)，通过第一限位挡板的隔挡能够避免同步带253与第一滚轮发生分离。第一滚轮开设有供驱动件23输出端安装的第一轴孔(图未视)。从动轮252包括第二滚轮(图未示)以及固定在第二滚轮两侧的第二限位挡板(图未示)，第二限位挡板与第二滚轮之间形成与同步带253配合的第二安装槽(图未示)，通过第二限位挡板的隔挡能够避免同步带253与第二滚轮发生分离。第二滚轮开设有供调节杆21安装的第二轴孔(图未视)。
[0058]
或者，传动单元25包括主动齿轮(图未视)与从动齿轮(图未视)，主动齿轮安装于驱动件23的输出端，从动齿轮安装于调节杆21上，主动齿轮与从动齿轮啮合传动。
[0059]
进一步地，如图2所示，转向机构20还包括导向杆28，导向杆28穿设于连接件22，并与连接件22之间滑动连接。
[0060]
可以理解的是，导向杆28的轴线与调节杆21的轴线平行设置，导向杆28安装在车架11上。连接件22在调节杆21带动下移动时，通过导向杆28对连接件22的运动进行导向，用以限制连接件22的运动方向，导向杆28使连接件22沿固定的方向移动，避免连接件22在受到调节杆21作用力，发生绕调节杆21转动的问题。
[0061]
其中，车架11上安装有两个安装座282，两个安装座282通过焊接或螺栓固定在车架11上，且两个安装座282分别设置在导向杆28的两端，导向杆28通过安装座282安装在车架11上，以使导向杆28的安装更加稳定。
[0062]
优选地，如图2所示，连接件22上设有轴承281，导向杆28穿设于轴承281，并与轴承281之间滑动连接。
[0063]
可以理解的是，导向杆28为圆柱体，导向杆28与轴承281同轴设置。轴承281的内圈与导向杆28滑动配合，外圈与连接件22固定连接，轴承281能够减小导向杆28与连接件22之间的摩擦力。
[0064]
其中，轴承281为直线轴承，连接件22开设有与轴承281外圈配合的安装孔，轴承281的外圈与安装孔的内壁过度配合，以方便连接件22与轴承281固定连接。
[0065]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0066]
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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