一种四轮转向机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人领域，具体涉及一种四轮转向机器人。


背景技术：

2.目前现有的四轮独立转向车辆是采用直流无刷电机与轮毂多个零部件，集成了行星减速器，可以提供大扭力的旋转，但是，电机在旋转轴径向方面是无法承重的，所以为达旋转轴承重的目的，需要设计额外的多个支撑零件，包括轴承、齿轮等多种转动装置和固定装饰，来实现转向中兴径向的轴承支承，四轮机器人或四轮无人车，其中的四轮独立转向装置，为了追求成本和追求轻量化，需要采用极小的空间布局以及轻量化的结构设计，目前同类直流无刷电机无法直接与驱动轮进行合并，需要额外的固定件以及旋转装置，这样就造成转向机构的复杂，维修成本以及造成成本都增加；
3.在解决四轮机器人/四轮独立转向车辆的轮子转向机构轻量化设计，为实现转向中心转向的总成设计，如果采用常规的无刷减速电机，需要设计额外的径向支撑件，往往加大了设计的复杂程度，整体体积也无法精简，同时对应模块的生产成本以及加工成本也随之升高；
4.所以做到一种非常精简的结构，将转向电机与轮毂合二为一，既能有成本的控制，把原本复杂的结构设计一体化，设计到电机的内部，通知电机轴直接与轮毂法兰一体化，即能节省大量的开发成本，降低零件数量，同时可以对产品快速安装。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是目前同类直流无刷电机无法直接与驱动轮进行合并，需要额外的固定件以及旋转装置，这样就造成转向机构的复杂，维修成本以及造成成本都增加，本发明提供一种四轮转向机器人，采用四个独立的转向轮安装在机器人本体上组成一个四轮转向机器人，并且每个转向轮均采用独立驱动的方式进行驱动，使得四轮转向机器人可以实现前进、后退、斜向行驶、横向行驶、以及原地转向等多种运动方式；左右两侧两个悬挂连接臂的连接处采用中央差速器进行连接，通过中央差速器可以实现所有两组转向轮各自均能朝不同的方向旋转角度，即保证四轮转向机器人在复杂道路地面行走时四个轮子可以始终保持在地面，同时每个轮子能够承受重量载荷；采用所述转向电机与所述轮毂电机的连接，可以直接在所述转向电机上进行承重部分的衔接，简化了整个动力总成的复杂程度，同时设计复杂度也大大降低，最大程度节省空间，结构简单，便于使用，用以解决现有技术导致的缺陷。
6.为解决上述技术问题本发明提供以下的技术方案：
7.一种四轮转向机器人，其中，包含机器人本体、安装于所述机器人本体上的雷达与控制器、轴动连接于所述机器人本体两侧的悬挂连接臂以及安装于每个所述悬挂连接臂两端的转向轮；
8.所述雷达通过无线连接于所述控制器进行数据传输，所述控制器控制连接所述转
向轮。
9.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述机器人本体两端均安装有连接所述悬挂连接臂的支架组件；
10.所述支架组件包含圆轴、第一固定件、第二固定件，所述圆轴依次贯穿所述第一固定件、所述第二固定件后与所述悬挂连接臂轴动连接；
11.所述圆轴、所述第一固定均设置于所述机器人本体内部，所述第二固定件安装于所述机器人本体的侧端面，所述机器人本体内部设有安装于所述圆轴两侧并分别与所述第一固定件、所述第二固定件连接的横梁。
12.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述机器人本体底部设有分别与所述第一固定件、所述第二固定件连接的支撑板；
13.所述第一固定件上设有固定所述圆轴的第一轴承，所述第二固定件上设有固定所述圆轴的第二轴承。
14.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述机器人本体内部设有中央差速器，所述中央差速器包含第一差速齿轮、固定基座以及分别与两个所述圆轴连接的第二差速齿轮，所述第一差速齿轮与两个所述第二差速齿轮垂直设置，所述固定座上连接有固定轴，所述第一差速齿轮轴动套设于所述固定轴上并分别与两个所述第二差速齿轮接触连接。
15.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述悬挂连接臂上安装有连接所述圆轴的锁紧件。
16.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述转向轮包含转向电机与轮毂电机，所述转向电机底部设有连接所述轮毂电机的连接支架，所述转向电机上安装有连接于所述悬臂支架的连接件，所述连接件设置于所述转向电机的一侧，采用侧面固定的方式连接在所述悬臂支架上；
17.所述控制器分别控制连接所述转向电机与所述轮毂电机，采用所述转向电机与所述轮毂电机的连接，可以直接在所述转向电机上进行承重部分的衔接，简化了整个动力总成的复杂程度，同时设计复杂度也大大降低，最大程度节省空间，结构简单，便于使用。
18.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述转向电机包含编码器、主轴杆、齿轮底座、主轴法兰、齿圈，所述编码器安装于所述主轴杆的顶部；
19.所述主轴杆同轴设置于所述主轴法兰的顶部，所述主轴杆由上至下依次套设有顶部固定轴承、固定盘、定位固定轴承、主轴齿轮，所述主轴齿轮外围匹配有三个通过行星齿轮轴安装于所述齿轮底座顶部的行星齿轮，所述齿轮底座安装于所述主轴法兰的顶部，有效增大了转向的扭力，所述齿圈套设于三个所述行星齿轮的外围，所述齿圈的外围套设有一个截面为u型的环形外罩，所述环形外罩内设有套设于齿圈的外转子铁芯，所述外转子铁芯外围套设有一个与所述固定盘连接的磁锭罩，所述磁锭罩顶部安装有覆盖在所述主轴杆顶部的主轴后盖，所述主轴后盖的顶部安装有顶盖；
20.所述主轴法兰的外围套设有圆锥轴承，所述圆锥轴承的外围套设有圆锥轴承盖，所述圆锥轴承盖外围套设有外壳，所述外壳的底部安装有底盖，所述主轴法兰底部设有探出所述底盖并与所述支架连接的转向底座；
21.与其他产品不同的是本技术方案采用”人”型结构，在所述转向电机的主轴上设计了四段不同直径的转动轴(包含所述主轴杆、所述主轴法兰、所述齿轮底座、所述转向底
座)，中间段加入了上下设置的两个所述圆锥轴承，加之上顶盖、外壳与底盖，使之保证了径向的足够大的承重能力，在大负荷、大重量的压力下依然可以保证电机的稳定工作，整个技术方案简化了整个设备的体积和复杂程度，是在四轮独立转向的无人车或机器人的转向轮，带来的好处是节省了零件拼接的复杂程度，可以直接采用此电机来固定轮子，既可以承受住无人车或机器人的重量。
22.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述外转子铁芯为36槽外转子铁芯，所述外转子铁芯上缠绕有铜丝；
23.所述外转子铁芯的外径为81毫米，所述外转子铁芯的厚度为20毫米。
24.上述的一种四轮转向机器人，其中，所述圆锥轴承盖的底部设有上顶盖。
25.上述的一种四轮转向机器人，其中，三个所述行星齿轮的顶部覆盖有一个套设于所述定位固定轴承外围的行星齿轮外罩。
26.本技术方案主要四个独立的所述轮毂电机并对每个所述轮毂电机配有所述转向电机，所述轮毂电机具有径向的支撑力，同时与所述转向电机组装成为一体，可直接用在四轮独立转向车辆上，实现四轮转向机器人前后移动以及左右平移，同时还能够实现原地转向，实现同类产品无法满足的功能；
27.本技术方案核心是采用新的电机轴设计，将行星减速机装置、外滚子直流无刷电机、以及径向承重功能3合1，同时，将所述轮毂电机与所述转向电机进行一体化设计，体积上最小化设计，设计成一体化，小型化、将所述行星齿轮内置在所述转向电机内，本技术方案采用的主轴杆设计了双圆锥轴承进行支撑，圆锥轴承盖进行固定，具有非常大的径向承重功，解决了普通电机无法承重，本技术方案的电机可以直接用作重物的承载，直接与轮子结构相连，承受无人车/机器人的重量，不需要额外设计结构承重的问题，这样，体积只有市场相同功能产品的1/3，大大的降低了零件占有空间，组装成本也降低；
28.单个转向轮内部采用了一组推力圆锥滚子轴承，保证所述转向电机的轴向载荷，所述转向电机的所述主轴杆与所述轮毂电机的所述转向底座合二为一，一体化设计精简了结构复杂度，单侧的前后两个所述转向轮为一组，所述机器人本体左右两侧为两组，两组所述转向轮通过一个所述机器人本体相连接组成一个四轮转向机器人，左右两侧两个悬挂连接臂的连接处采用所述中央差速器进行连接，通过所述中央差速器可以实现所有两组所述转向轮各自均能朝不同的方向旋转角度，即保证所述四轮转向机器人在复杂道路地面行走时四个轮子可以始终保持在地面，同时每个轮子能够承受重量载荷。
29.依据上述本发明一种四轮转向机器人提供的技术方案具有以下技术效果：
30.采用四个独立的转向轮安装在机器人本体上组成一个四轮转向机器人，并且每个转向轮均采用独立驱动的方式进行驱动，使得四轮转向机器人可以实现前进、后退、斜向行驶、横向行驶、以及原地转向等多种运动方式；
31.左右两侧两个悬挂连接臂的连接处采用中央差速器进行连接，通过中央差速器可以实现所有两组转向轮各自均能朝不同的方向旋转角度，即保证四轮转向机器人在复杂道路地面行走时四个轮子可以始终保持在地面，同时每个轮子能够承受重量载荷；
32.采用所述转向电机与所述轮毂电机的连接，可以直接在所述转向电机上进行承重部分的衔接，简化了整个动力总成的复杂程度，同时设计复杂度也大大降低，最大程度节省空间，结构简单，便于使用。
附图说明
33.图1为本发明一种四轮转向机器人的结构示意图；
34.图2为本发明一种四轮转向机器人中单侧悬挂连接臂的结构示意图；
35.图3为本发明一种四轮转向机器人的内部结构示意图；
36.图4为本发明一种四轮转向机器人中转向电机与轮毂电机的结构示意图；
37.图5为本发明一种四轮转向机器人中转向电机的内部结构示意图；
38.图6为本发明一种四轮转向机器人中转向电机的结构示意图。
39.其中，附图标记如下：
40.机器人本体101、雷达102、悬挂连接臂103、转向电机104、轮毂电机105、支架组件106、连接支架107、连接件108、圆轴201、第一固定件202、第二固定件203、横梁204、支撑板205、第一轴承206、第二轴承207、锁紧件208、第一差速齿轮301、固定基座302、第二差速齿轮303、固定轴304、顶盖401、主轴后盖402、环形外罩403、外壳404、底盖405、编码器501、主轴杆502、主轴法兰503、齿圈504、顶部固定轴承505、固定盘506、定位固定轴承507、主轴齿轮508、行星齿轮轴509、行星齿轮510、转向底座511、外转子铁芯512、磁锭罩513、圆锥轴承514、圆锥轴承盖515、上顶盖516、行星齿轮外罩517、齿轮底座518。
具体实施方式
41.为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
42.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
43.须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
44.同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
45.本发明的一较佳实施例是提供一种四轮转向机器人，目的是采用四个独立的转向轮安装在机器人本体上组成一个四轮转向机器人，并且每个转向轮均采用独立驱动的方式进行驱动，使得四轮转向机器人可以实现前进、后退、斜向行驶、横向行驶、以及原地转向等多种运动方式；左右两侧两个悬挂连接臂的连接处采用中央差速器进行连接，通过中央差速器可以实现所有两组转向轮各自均能朝不同的方向旋转角度，即保证四轮转向机器人在复杂道路地面行走时四个轮子可以始终保持在地面，同时每个轮子能够承受重量载荷；采用所述转向电机与所述轮毂电机的连接，可以直接在所述转向电机上进行承重部分的衔接，简化了整个动力总成的复杂程度，同时设计复杂度也大大降低，最大程度节省空间，结构简单，便于使用。
46.如图1
‑
2所示，一种四轮转向机器人，其中，包含机器人本体101、安装于机器人本体101上的雷达102与控制器、轴动连接于机器人本体101两侧的悬挂连接臂103以及安装于每个悬挂连接臂103两端的转向轮；
47.雷达102通过无线连接于控制器进行数据传输，控制器依据雷达102传输的数据控制转向轮移动。
48.如图2所示，其中，机器人本体101两端均安装有连接悬挂连接臂103的支架组件106；
49.支架组件106包含圆轴201、第一固定件202、第二固定件203，圆轴201依次贯穿第一固定件202、第二固定件203后与悬挂连接臂103轴动连接；
50.圆轴201、第一固定均设置于机器人本体101内部，第二固定件203安装于机器人本体101的侧端面，机器人本体101内部设有安装于圆轴201两侧并分别与第一固定件202、第二固定件203连接的横梁204。
51.其中，机器人本体101底部设有分别与第一固定件202、第二固定件203连接的支撑板205；
52.第一固定件202上设有固定圆轴201的第一轴承206，第二固定件203上设有固定圆轴201的第二轴承207。
53.如图3所示，其中，机器人本体101内部设有中央差速器，中央差速器包含第一差速齿轮301、固定基座302以及分别与两个圆轴201连接的第二差速齿轮303，第一差速齿轮301与两个第二差速齿轮303垂直设置，固定座上连接有固定轴304，第一差速齿轮301轴动套设于固定轴304上并分别与两个第二差速齿轮303接触连接。
54.其中，悬挂连接臂103上安装有连接圆轴201的锁紧件208。
55.如图4所示，其中，转向轮包含转向电机104与轮毂电机105，转向电机104底部设有连接轮毂电机105的连接支架107，转向电机104上安装有连接于悬臂支架的连接件108，连接件108设置于转向电机104的一侧，采用侧面固定的方式连接在悬臂支架上；
56.控制器分别控制连接转向电机104与轮毂电机105，采用转向电机104与轮毂电机105的连接，可以直接在转向电机104上进行承重部分的衔接，简化了整个动力总成的复杂程度，同时设计复杂度也大大降低，最大程度节省空间，结构简单，便于使用。
57.如图5
‑
6所示，其中，转向电机104包含编码器501、主轴杆502、齿轮底座518、主轴法兰503、齿圈504，编码器501安装于主轴杆502的顶部；
58.主轴杆502同轴设置于主轴法兰503的顶部，主轴杆502由上至下依次套设有顶部固定轴承505、固定盘506、定位固定轴承507、主轴齿轮508，主轴齿轮508外围匹配有三个通过行星齿轮轴509安装于齿轮底座518顶部的行星齿轮510，齿轮底座518安装于主轴法兰503的顶部，有效增大了转向的扭力，齿圈504套设于三个行星齿轮510的外围，齿圈504的外围套设有一个截面为u型的环形外罩403，环形外罩403内设有套设于齿圈504的外转子铁芯512，外转子铁芯512外围套设有一个与固定盘506连接的磁锭罩513，磁锭罩513顶部安装有覆盖在主轴杆502顶部的主轴后盖402，主轴后盖402的顶部安装有顶盖401；
59.主轴法兰503的外围套设有圆锥轴承514，圆锥轴承514的外围套设有圆锥轴承盖515，圆锥轴承盖515外围套设有外壳404，外壳404的底部安装有底盖405，主轴法兰503底部设有探出底盖405并与支架连接的转向底座511；
60.与其他产品不同的是本技术方案采用”人”型结构，在转向电机104的主轴上设计了四段不同直径的转动轴(包含主轴杆502、主轴法兰503、齿轮底座518、转向底座511)，中间段加入了上下设置的两个圆锥轴承514，加之上顶盖516、外壳404与底盖405，使之保证了径向的足够大的承重能力，在大负荷、大重量的压力下依然可以保证电机的稳定工作，整个技术方案简化了整个设备的体积和复杂程度，是在四轮独立转向的无人车或机器人的转向轮，带来的好处是节省了零件拼接的复杂程度，可以直接采用此电机来固定轮子，既可以承受住无人车或机器人的重量。
61.其中，外转子铁芯512为36槽外转子铁芯，外转子铁芯512上缠绕有铜丝；
62.外转子铁芯512的外径为81毫米，外转子铁芯512的厚度为20毫米。
63.其中，圆锥轴承盖515的底部设有上顶盖516。
64.其中，三个行星齿轮510的顶部覆盖有一个套设于定位固定轴承507外围的行星齿轮外罩517。
65.本技术方案主要四个独立的轮毂电机105并对每个轮毂电机105配有转向电机104，轮毂电机105具有径向的支撑力，同时与转向电机104组装成为一体，可直接用在四轮独立转向车辆上，实现四轮转向机器人前后移动以及左右平移，同时还能够实现原地转向，实现同类产品无法满足的功能；
66.本技术方案核心是采用新的电机轴设计，将行星减速机装置、外滚子直流无刷电机、以及径向承重功能3合1，同时，将轮毂电机105与转向电机104进行一体化设计，体积上最小化设计，设计成一体化，小型化、将行星齿轮510内置在转向电机104内，本技术方案采用的主轴杆502设计了双圆锥轴承514进行支撑，圆锥轴承盖515进行固定，具有非常大的径向承重功，解决了普通电机无法承重，本技术方案的电机可以直接用作重物的承载，直接与轮子结构相连，承受无人车/机器人的重量，不需要额外设计结构承重的问题，这样，体积只有市场相同功能产品的1/3，大大的降低了零件占有空间，组装成本也降低；
67.单个转向轮内部采用了一组推力圆锥滚子轴承，保证转向电机104的轴向载荷，转向电机104的主轴杆502与轮毂电机105的转向底座511合二为一，一体化设计精简了结构复杂度，单侧的前后两个转向轮为一组，机器人本体101左右两侧为两组，两组转向轮通过一个机器人本体101相连接组成一个四轮转向机器人，左右两侧两个悬挂连接臂103的连接处采用中央差速器进行连接，通过中央差速器可以实现所有两组转向轮各自均能朝不同的方向旋转角度，即保证四轮转向机器人在复杂道路地面行走时四个轮子可以始终保持在地面，同时每个轮子能够承受重量载荷。
68.综上，本发明的一种四轮转向机器人，采用四个独立的转向轮安装在机器人本体上组成一个四轮转向机器人，并且每个转向轮均采用独立驱动的方式进行驱动，使得四轮转向机器人可以实现前进、后退、斜向行驶、横向行驶、以及原地转向等多种运动方式；左右两侧两个悬挂连接臂的连接处采用中央差速器进行连接，通过中央差速器可以实现所有两组转向轮各自均能朝不同的方向旋转角度，即保证四轮转向机器人在复杂道路地面行走时四个轮子可以始终保持在地面，同时每个轮子能够承受重量载荷；采用所述转向电机与所述轮毂电机的连接，可以直接在所述转向电机上进行承重部分的衔接，简化了整个动力总成的复杂程度，同时设计复杂度也大大降低，最大程度节省空间，结构简单，便于使用。
69.以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定
实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。