一种翻滚轮式机器人底盘的制作方法

本发明属于机器人技术领域，更具体地，涉及一种翻滚轮式机器人底盘。

背景技术：

随着工业机器人技术的不断发展，人们发现，固定于某一位置进行工作的机器人并不能满足各方面的需求，而某些复杂的应用场合需要机器人有较强的机动性和适应性。因此，人们开始研究移动机器人技术。移动机器人是一个能够进行环境感知、动念决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的移动平台。

在移动机器人领域，已经出现了各种各样的移动机器人，底盘是其中的关键技术。一般移动机器人按其移动方式，大致可分为轮式移动机器人、履带式移动机器人和腿式移动机器人。轮式机器人和履带式机器人虽然应用广泛，但当在不平坦地面上行驶时，它们的能量消耗太大。

履带式机器人驱动力大，爬坡能力强，稳定性好，但装置复杂，自重较大，噪声较大，速度较低；轮式机器人速度快，装置简单可靠，但越障能力较差，比如爬坡、爬楼梯等，常常未能快速平稳的通过。

技术实现要素：

现有技术难以满足人们的需要，为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种翻滚轮式机器人底盘。针对履带式和轮式机器人的底盘特点，综合了两种底盘的优点，创造性的提出了一种轮式底盘，采用简单可靠的轮式结构，能够适应楼梯等复杂地形，越障能力得到显著提高，解决了轮式底盘越障能力较差的问题，底盘中间的移动平台采用滚柱丝杠驱动，移动平台的驱动电机采用涡轮蜗杆减速电机，由于蜗轮蜗杆机构的自锁性使得中间平台能够稳定的前后移动，提高了底盘的稳定性。底盘驱动电机采用步进电机，当一侧轮组翻转时，另一侧轮组可以通过步进电机驱动器的设定实现该轮组的锁定，从而提高了底盘的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种翻滚轮式机器人底盘，它包括左侧轮组、右侧轮组、移动平台，所述左侧轮组和右侧轮组结构相同，分别安装在移动平台的左右两侧；

所述左侧轮组包括轮组支架、主动轮、从动轮、滚柱丝杠、滚柱丝杠电机、滚柱丝杠电机支架、滚柱丝杠支撑座、滚柱丝杠螺母、滚柱丝杠螺母座、直线导轨、直线导轨滑块、直线导轨支撑座、底盘驱动电机、底盘驱动电机支架、从动轮阶梯轴、转接件、法兰联轴器、电机支撑板；

所述主动轮和从动轮分别设置在轮组支架的一侧，所述主动轮中心设有安装孔，所述底盘驱动电机安装在主动轮的安装孔内，底盘驱动电机固定设置在底盘驱动电机支架上，所述底盘驱动电机支架与轮组支架固定连接，所述从动轮中心设有安装孔，从动轮阶梯轴一端与从动轮的安装孔连接，另一端与轮组支架连接；所述轮组支架另一侧设有滚柱丝杠，所述滚柱丝杠的一端与滚柱丝杠电机连接，滚柱丝杠电机固定在滚柱丝杠电机支架，所述滚柱丝杠电机支架通过电机支撑板与轮组支架固定连接，滚柱丝杠的另一端通过滚柱丝杠支撑座与轮组支架连接，所述滚柱丝杠螺母滚柱丝杠螺母座均套设在滚柱丝杠上，滚柱丝杠螺母座与滚柱丝杠螺母固定连接，滚柱丝杠螺母座一侧固定在转接件的一侧，转接件的另一侧与法兰联轴器固定连接，所述轮组支架上部设置了直线导轨，直线导轨两端通过直线导轨支撑座固定在轮组支架上，直线导轨上设有直线导轨滑块，导轨滑块可相对于直线导轨滑动，所述直线导轨滑块与连接件固定连接；

所述移动平台上设有两个移动平台驱动电机，左侧轮组的法兰联轴器和右侧轮组的法兰联轴器分别与两个移动平台驱动电机的电机输出轴连接。

本技术方案进一步的优化，所述轮组支架的下方设有一个缺口。

本技术方案更进一步的优化，所述缺口为圆形或长方形。

本技术方案进一步的优化，所述移动平台驱动电机采用蜗轮蜗杆减速电机。

本技术方案进一步的优化，所述主动轮和从动轮均包括两个轮子。

本技术方案进一步的优化，所述轮组支架由航空铝合金板加工而成。

区别于现有技术，本发明的有益效果是：

通过中间平台内置了电机，轮组结构中滚柱丝杠实现的前后运动和电机带动轮组的旋转，使得该底盘可以保证稳定性的同时越过一定的障碍，实现了爬楼梯等功能，保留轮式结构简单可靠、机动性强的特点，同时增强了轮式底盘结构的地形适应性。

本发明操作简单，综合实用性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的轮组整体结构示意图；

图3为本发明的左侧轮组的爆炸图；

图4为本发明的移动平台结构示意图；

图5为本发明的整体的主视结构示意图；

图6为本发明使用时整体结构示意图；

图7为本发明的轮组内侧主视结构示意图；

图中：1-左侧轮组、2-右侧轮组、3-移动平台、4-轮组支架、5-主动轮、6-从动轮、7-滚柱丝杠、8-滚柱丝杠电机、9-滚柱丝杠电机支架、10-滚柱丝杠支撑座、11-滚柱丝杠螺母、12-滚柱丝杠螺母座、13-直线导轨、14-直线导轨滑块、15-直线导轨支撑座、16-底盘驱动电机、17-底盘驱动电机支架、18-从动轮阶梯轴、19-转接件、20-法兰联轴器、21-移动平台驱动电机、22-移动平台驱动电机支架、23-电机支撑板、24-滚柱丝杠支撑板、25-移动平台电机侧板、26-移动平台电机层板、27-底盘支撑座。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1和图5所示，本发明优选一实施例一种翻滚轮式机器人底盘，它包括左侧轮组1、右侧轮组2、移动平台3，左侧轮组1和右侧轮组2结构相同，分别安装在移动平台3的左右两侧，以左侧轮组为例阐述其具体结构。

参阅图2、图3和图7所示，均为左侧轮组的示意图。左侧轮组1包括轮组支架4、主动轮5、从动轮6、滚柱丝杠7、滚柱丝杠电机8、滚柱丝杠电机支架9、滚柱丝杠支撑座10、滚柱丝杠螺母11、滚柱丝杠螺母座12、直线导轨13、直线导轨滑块14、直线导轨支撑座15、底盘驱动电机16、底盘驱动电机支架17、从动轮阶梯轴18、转接件19、法兰联轴器20、电机支撑板23。

主动轮5和从动轮6分别设置在轮组支架4的一侧前后两端，主动轮5中心设有传动轴的安装孔，底盘驱动电机16的传动轴安装在主动轮5的安装孔内，底盘驱动电机16固定设置在底盘驱动电机支架17上，底盘驱动电机支架17通过四颗螺栓固定在底盘支撑座27上，底盘支撑座27固定在轮组支架4一侧。从动轮6中心设有安装孔，从动轮阶梯轴18一端与从动轮6的安装孔连接，另一端与轮组支架4连接，从动轮阶梯轴18两侧均通过螺母固定。

轮组支架4相对于主动轮5和从动轮6的另一侧设有滚柱丝杠7，滚柱丝杠7的一端与滚柱丝杠电机8的输出轴连接，滚柱丝杠电机8固定在滚柱丝杠电机支架9，滚柱丝杠电机支架9通过电机支撑板23与轮组支架4固定连接，滚柱丝杠电机支架9采用四颗螺栓固定电机支撑板23。滚柱丝杠7的另一端固定在滚柱丝杠支撑座10上，滚柱丝杠支撑座10通过滚珠丝杠支撑板24与轮组支架4连接。

滚柱丝杠螺母11和滚柱丝杠螺母座12均套设在滚柱丝杠7上，滚柱丝杠螺母座12与滚柱丝杠螺母11固定连接，滚柱丝杠螺母座12一侧固定在转接件19的一侧，转接件19的另一侧与法兰联轴器20固定连接。轮组支架4上部设置了直线导轨13，直线导轨13两端通过直线导轨支撑座15固定在轮组支架4上，直线导轨13上设有直线导轨滑块14，导轨滑块14可相对于直线导轨13滑动，直线导轨滑块14与连接件19固定连接。轮组支架4的下方开有一个缺口，可以防止机器人翻滚楼梯时轮组底部触底。

该实施例的轮组支架4的缺口为长方形，本领域技术人员可知，为了防止轮组支架4碰触楼梯，其缺口也可为圆形、椭圆形、弧形等等，只要能够避免碰触楼梯即可。

参阅图4所示，为移动平台结构示意图。该实施例的移动平台3包括移动平台驱动电机21、移动平台驱动电机支架22、移动平台电机侧板25、移动平台电机层板26，移动平台驱动电机21设置在两个移动平台电机层板26之间，两个移动平台驱动电机21分别固定在两个移动平台驱动电机支架22上，移动平台驱动电机支架22与移动平台电机层板26均固定连接，移动平台电机侧板25固定设置在移动平台3的前后两侧，移动平台驱动电机支架22固定在移动平台3的左右两侧，移动平台驱动电机支架22位于移动平台3的上下。

左侧轮组1的法兰联轴器20和右侧轮组2的法兰联轴器20分别与两个移动平台驱动电机21的电机输出轴连接。移动平台3上可安装控制器、电源等。

参阅图6a所示，当在平坦地面上运动时，移动平台3位于滚柱丝杠7中间位置，移动平台驱动电机21无输出，该电机输出轴不能自由转动，此时移动平台3保持稳定，两侧轮组的底盘驱动电机16运行，驱动底盘运动，转弯时采用两轮差动转弯。当需要爬楼梯时，如图6b所示，机器人前方轮子抵近楼梯第一个台阶侧面，滚柱丝杠电机8及右侧的滚柱丝杠电机协同驱动移动平台3向前移动直到移动平台驱动电机21输出轴对准对准底盘前侧轮子的中心位置，然后如图6c所示，右侧的移动平台驱动电机21分别驱动轮组向上一个台阶翻转，如图6d所示，左侧同样向上一个台阶翻转，然后如图6e所示，滚柱丝杠电机7驱动移动平台3向前移动直到移动平台驱动电机21输出轴对准前侧轮组轮子的中心位置，然后如图6f所示，右侧轮组向上一个台阶翻转，如此反复直至通过楼梯。所述滚柱丝杠7与滚柱丝杠电机8的输出轴加工为一体，简化了连接结构，提高了传动效率。所述移动平台驱动电机21采用蜗轮蜗杆减速电机，可实现自锁，所以输出轴不能自由转动，保证了移动平台的稳定性。所述轮组支架4由航空铝合金板加工而成，可有效降低电机负载，提高平台的载重能力。

本发明可在移动平台3上加装烟雾报警传感器、摄像头等传感器进行楼房环境的检测，通过搭载的无线传输电台或者有线通信实现对机器人的遥控，在使用过程中，平地上行进时，移动平台3设定在中央位置，移动平台3驱动电机锁死，移动平台3保持稳定，检测到楼梯或者障碍物时，前轮抵在楼梯边缘或者障碍物上，滚柱丝杠电机8驱动移动平台3向前移动至前轮中心位置，移动平台3右侧驱动电机旋转带动右侧轮组2翻滚，直到右后轮落在楼梯上一台阶或障碍物之上，然后左侧驱动电机旋转带动左侧轮组1翻滚，直到左后轮落在楼梯上一台阶或障碍物之上，然后滚柱丝杠电机8驱动移动平台3上移至轮子中心位置，完成一次动作，如此反复可实现机器人爬楼梯的功能。

本发明的主动轮和从动轮均包括两个轮子。底盘采用差动转向，翻转爬楼梯的同时可以两驱动轮差动转向，从而可以实现旋转楼梯的攀爬。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者终端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、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。