一种适用于户外清扫作业的四轮独立驱动独立转向移动机器人平台的制作方法

本发明涉及清扫机器人领域，涉及自动清扫，尤其是涉及一种面向室外清扫作业的移动机器人平台，主要用于室外垃圾的清扫。

背景技术：

随着经济的发展，社会现代化程度正在飞速提高，机器人也逐渐进入人们的日常生活。清扫机器人作服务机器人的一种，能够代替传统的人工清洁工作，市场前景广阔。清扫机器人可以代替人类实现对地面垃圾的清扫和收集，具有较高的清扫效率。但是市面上的清扫机器人主要是用于室内的小型扫地机器人和用于室外道路的大型道路清扫车，对于室外例如停车位之间的地面等区域无法完成清扫。

目前较多移动机器人采用瑞典轮或麦克纳姆轮，但是这两种轮子因为机械结构的原因不适合在室外环境下使用。

本发明提出了的一种四轮独立驱动独立四轮转向的室外清扫作业移动机器人平台，为了运动灵活，采用四轮独立驱动独立转向的驱动方案，为了适应户外颠簸路面，采用平行四边形连杆缓冲结构。本发明运动平稳，运动精度高，转向灵活，适用于狭小空间工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供的一种四轮独立驱动四轮独立转向的室外清扫作业移动机器人平台，它使用四轮独立驱动四轮独立转向的方案实现在地面的全方位移动，使用设计的平行四边形连杆缓冲结构方案实现车体在一些路况差的路面的平稳行驶，从而实现地面垃圾的清扫和收集，运动可靠性高，清扫效率高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：本发明的面向室外清扫作业的移动机器人平台由驱动机构、悬架机构、清扫机构、控制系统组成。其中驱动机构由四组伺服电机和四组轮毂电机组成，悬架机构由平行四边形连杆、固定悬架和弹簧组成，清扫机构由三组扫刷、密封箱体、吸气结构组成，控制系统由主控制模块、驱动执行模块、供电模块、传感器模块组成。

所述的清扫机构由三组扫刷、密封箱体、吸气软管组成，三组扫刷上面的电机带动刷盘旋转，负责将地面的垃圾清扫到机器人底部密封箱体的下面，中心软管道与垃圾收集车相连接，由垃圾收集车中的吸风机提供吸力，在进行清扫工作时，吸风机会通过管道将机器人底部的垃圾通过密封箱体和软管道吸到垃圾收集车中。

所述的驱动机构由四组伺服电机和四个轮毂电机组成，轮毂电机负责驱动，伺服电机负责控制车轮的转向。通过运动学反解以及正解，建立机器人平台速度与各个车轮速度的关系式，从而实现机器人的全方位移动。

所述悬架机构由两个弹簧以及平行四边形连杆连接固定悬架减震机架组成，一方面可以保证移动机器人平台的四个轮子同时着地，另一方面可以起到减震作用。

本发明的优点在于：

1、采用四轮独立驱动四轮独立转向可以实现零半径转弯，转向灵活，车轮采用四轮驱动，可提供较大驱动力适用性较强。

2、采用平行四边形连杆悬架结构，可以起到缓冲作用，从而使移动机器人平台适应户外复杂路况。

3、采用扫刷向中心收集垃圾，通过密封箱体连接软管，软管连接垃圾车提供吸力，可提高垃圾清扫效率。

附图说明

图1是移动机器人平台的整体结构图。

图2是移动机器人平台的四连杆悬架机构结构图。

图3是移动机器人平台的悬架和转向机构细节图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是的一种四轮独立驱动四轮独立转向的室外清扫作业移动机器人平台，包括壳体、悬架机构、清扫机构、车身机构、密封箱体、吸气结构，所述的悬架结构呈h形分布设置在所述的车体结构的底板上，在该底板上固定的驱动轮上分别设置转向机构，通过伺服电机的转动带动每个轮毂电机的转向。

图1是该平台的整体结构图。本发明主要由壳体(1)、清扫机构(2)、悬架机构(3)、车身结构(4)、密封箱体(5)、吸气结构(6)组成。其中悬架结构(3)是该平台的核心部分。

图2是该平台的转向机构和悬架机构图，图3是转向、悬架机构的细节图。

进一步，所述的转向机构包括直流伺服电机(310)、水平垂直转换减速器(309)、转向电机隔板(307)、伺服电机固定支架(308)、轮毂电机(306)。

进一步，直流伺服电机(310)的输出轴与水平垂直转换减速器(309)连接，水平垂直转换减速器(309)与伺服电机固定支架(308)、转向电机隔板(307)通过固定电机轴和螺母进行固定连接，转向电机隔板(307)与轮毂电机(306)通过螺栓进行固定。工作时，直流伺服电机(310)的输出轴转动，带动所连接的水平垂直转换减速器(309)转动，从而转向电机隔板(307)转动，进而带动轮毂电机(306)进行转向。

进一步，所述的悬架机构包括悬架固定支架(301)、避震器(302)、直连杆(303)、避震器连杆固定轴(304)、连杆固定轴承(305)。

进一步，悬架固定支架(301)固定在车体上，悬架固定支架(301)和避震器(302)通过螺栓结构铰连，避震器(302)和下端的直连杆(303)通过避震器连杆固定轴(304)连接，直连杆(303)和伺服电机固定支架(308)通过连杆固定轴承(305)固定，并使直连杆(303)紧贴在伺服电机固定支架(308)和悬架固定支架(301)的侧边，保证在同一平面运动。工作时，通过四个直连杆(303)组成的平行四边形的变形使伺服电机固定支架(308)带动整个转向结构垂直方向运动，同时也会带动避震器连杆固定轴(304)压缩避震器(302)运动，从而实现缓冲减震。

进一步，所述的悬架结构(3)平行四边形连杆结构通过四个直连杆，和四个轴承连接在固定支架上，当轮子收到力时，可以通过平行四边形连杆结构和弹簧避震器连接机构一同运动，实现轮子在轮子所在的平面内的移动，从而提高缓冲作用。

进一步，所述的转向机构与车体结构连接并呈h型布置，该平台进行原地旋转时，左前轮和右前轮分别顺时针、逆时针旋转45°，左后轮、右后轮分别逆时针、顺时针旋转45°，各个轮子设定一定的转速即可进行零半径原地旋转。

进一步，所述的清扫机构(2)包括左、中、右三组扫刷，该平台工作时，每一组扫刷通过顺时针、逆时针旋转，将平台前方区域的垃圾扫入底盘下，收集到密封箱体(5)下面，从而进一步将垃圾通过吸气结构(6)的软管道吸入垃圾清扫车。

以上结合附图对本发明的具体实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

技术特征：

1.一种基于四轮独立驱动独立转向的平行四边形连杆悬架结构的户外清扫作业移动机器人平台，其特征在于：本发明主要由壳体(1)、清扫机构(2)、悬架机构(3)、车身结构(4)、密封箱体(5)、吸气结构(6)组成。其中悬架机构(3)是该平台的核心部分。该平台工作时，通过四个直连杆(303)组成的平行四边形的变形使伺服电机固定支架(308)带动整个转向结构垂直方向运动，同时也会带动避震器连杆固定轴(304)压缩避震器(302)运动，平行四边形悬架结构细节附图3，从而实现缓冲减震。通过转向结构中的四个直流伺服电机(310)和四个轮毂电机(306)之间的配合，实现灵活运动和转弯，通过安装的清扫机构(2)，完成垃圾的清扫和收集功能。

2.根据权利要求1所述的一种四轮驱动四轮转向的室外清扫作业移动机器人平台，其特征在于：所述的壳体(1)与车身结构(4)通过固定底板连接，车身的底板也将车体的四个独立的悬架转向结构连接在一起。控制盒中包括该移动机器人平台的控制系统，具体包括控制板、电池、稳压装置、传感器、电机驱动器等。

3.根据权利要求1所述的一种四轮驱动四轮转向的室外清扫作业移动机器人平台，其特征在于：所述的转向机构由悬架固定支架(301)、避震器(302)、直连杆(303)、避震器连杆固定轴(304)、连杆固定轴承(305)组成。悬架固定支架(301)固定在车体上，悬架固定支架(301)和避震器(302)通过螺栓结构铰连，避震器(302)和下端的直连杆(303)通过避震器连杆固定轴(304)连接，直连杆(303)和伺服电机固定支架(308)通过连杆固定轴承(305)固定，并使直连杆(303)紧贴在伺服电机固定支架(308)和悬架固定支架(301)的侧边，保证在同一平面运动。

4.根据权利要求1所述的一种四轮驱动四轮转向的室外清扫作业移动机器人平台，其特征在于：所述的转向机构。伺服电机轴转动时，直流伺服电机(310)的输出轴转动，带动所连接的水平垂直转换减速器(309)转动，从而转向电机隔板(307)转动，进而带动轮毂电机(306)进行转向。

5.根据权利要求1所述的一种四轮驱动四轮转向的室外清扫作业移动机器人平台，其特征在于：所述的清扫机构由三组每组两只扫刷配合密封箱体(5)、吸气结构(6)的软管道组成。

技术总结
本发明涉及一种适用于户外清扫作业的四轮独立驱动独立转向移动机器人平台，由壳体、悬架机构、清扫机构、车身结构、密封箱体、吸气结构组成。转向机构包括四组伺服电机和四组轮毂电机组成，实现移动机器人平台的驱动功能。四连杆悬架结构由两组弹簧和一对平行四边形连杆机构组成，实现在户外环境下平台在加速减速和运行于地面不平整的情况下的适应能力。清扫机构由三组清扫结构组成，每组结构由两个扫刷和电机组成，配合密封箱体和吸风结构实现地面垃圾的收集以及清扫功能，该平台会通过软管管道与安装吸风机的垃圾收集车连接，所清扫的垃圾会通过中心管道收集到垃圾清收集车中。本发明运动平稳，转向灵活，平行四边形连杆悬架结构可靠，悬架缓冲效果好，适用于狭小空间作业。本发明操作旨在提供一种适用于户外清扫作业的四轮独立驱动独立转向移动机器人平台。

技术研发人员：宋荆洲;杨鹏;张瑜;光鸿
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2020.02.04
技术公布日：2020.06.09