底盘悬挂机构及机器人底盘的制作方法

1.本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种底盘悬挂机构及机器人底盘。


背景技术：

2.目前，轮式机器人应用越来越广泛，对于轮式机器人，底盘是整个系统的重要承载部件，用于安装电池、控制主板、传动系统等部件，因此，需要保证底盘部分能够缓冲吸振，具有较强的地面适应性。
3.然而，轮式机器人对于不同地面的适应性并不是很好，缓冲吸振能力也不够强，很多机器人虽然有很好的承重能力，但是，顺利通过不同地面的能力却不够理想。尤其，当通过高低不平的路面时，具体比如通过电梯屏蔽门沟壑及台阶时，轮式机器人经常会出现整机摇晃、主动轮打滑、不能通过、甚至失稳或倾倒的问题，会给机体带来很大的冲击，从而会降低机器人的工作效率，影响机器人的使用寿命。
4.另外，现有的轮式移动机器人大多采用固定式底盘设计，固定式底盘在连接主动轮时,主动轮仅仅能够带动底盘移动，在一些工作环境较差的场合，如在有斜坡的地面、较软的地毯或比较光滑的地面上运行时主动轮无法紧贴地面，从而会导致主动轮与地面的摩檫力减小而出现打滑的现象，进而不能提供一个安全、稳定的行进状态。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的在于提出一种底盘悬挂机构，能够提高底盘的地面适应能力和运行平稳性，有助于提高机器人的工作效率、延长机器人的使用寿命。
6.本实用新型的另一个目的在于提出一种地面适应能力强、运行平稳性高的机器人底盘。
7.为达此目的，一方面，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种底盘悬挂机构，包括：后悬臂、前悬臂和弹性缓冲元件，其中，
9.所述后悬臂的一端用于与主动轮连接，所述后悬臂的另一端与底盘可转动地连接；
10.所述前悬臂用于连接前从动轮，所述前悬臂远离所述后悬臂的一端与所述底盘可转动地连接，所述前悬臂靠近所述后悬臂的一侧通过所述弹性缓冲元件与所述后悬臂转动连接。
11.在其中一个实施例中，所述底盘悬挂机构还包括牵拉件，所述牵拉件的一端与所述后悬臂连接，所述牵拉件的另一端与所述底盘连接。
12.在其中一个实施例中，所述底盘和所述后悬臂上均设置有牵拉支架，设置在所述底盘上的所述牵拉支架低于设置在所述后悬臂上的所述牵拉支架，所述牵拉件的两端分别与对应的所述牵拉支架连接以相对所述底盘倾斜。
13.在其中一个实施例中，所述牵拉件为拉簧、伸缩杆或柔性伸缩带。
14.在其中一个实施例中，所述弹性缓冲元件的两端一高一低地连接于所述后悬臂与
所述前悬臂之间。
15.在其中一个实施例中，所述前悬臂和所述后悬臂上分别设有减震支架，所述弹性缓冲元件的两端分别一高一低地铰接于对应的所述减震支架上。
16.在其中一个实施例中，所述前悬臂包括固定板和转动连接件，所述固定板连接所述前从动轮，所述转动连接件设置在所述底盘上，所述固定板上远离所述后悬臂的一端与所述转动连接件连接。
17.在其中一个实施例中，所述转动连接件为铰链。
18.另一方面，本实用新型采用以下技术方案：
19.一种机器人底盘，包括底盘和上述任一项所述的底盘悬挂机构，所述底盘悬挂机构设置在所述底盘上。
20.在其中一个实施例中，所述机器人底盘还包括后从动轮，所述后从动轮沿所述主动轮的驱动方向设在所述主动轮后侧。
21.本本实用新型底盘悬挂机构的技术有益效果包括：
22.上述的底盘悬挂机构通过前悬臂、后悬臂和弹性缓冲元件实现了主动轮和前从动轮两轮联动，在机器人前行过程中遇到稍高的障碍物时，前从动轮抬高，前悬臂靠近后悬臂的一端随前从动轮向上摆动，前悬臂远离后悬臂的一端相对于底盘转动，前悬臂靠近后悬臂的一端向上摆动挤压弹性缓冲元件，弹性缓冲元件收缩吸收震动，并且，弹性缓冲元件收缩挤压后悬臂，后悬臂在弹性缓冲元件的挤压下与底盘连接的一端相对于底盘发生转动，连接主动轮的一端产生向下的运动趋势带动主动轮向下运动对主动轮产生下压效果，以使主动轮保持着地，保证机器人顺利前行。
23.其中，前悬臂远离后悬臂的一端相对于底盘转动，前悬臂靠近后悬臂的一端向上摆动挤压弹性缓冲元件，前悬臂对弹性缓冲元件的施力集中在前悬臂靠近后悬臂的一端上，能够使弹性缓冲元件受力集中，对弹性缓冲元件的挤压效果更明显，可以有效增加弹性缓冲元件对主动轮的下压力。
24.进一步地，当机器人通过电梯屏蔽门沟壑等凹坑形地面时，前从动轮在弹性缓冲元件的拉力及限位作用下会保持原有运动趋势，而不会立即陷入沟壑或凹坑内，从而可以平稳进入沟壑或凹坑内，进入凹坑内后重复上述的越过较高障碍物的过程即可顺利移出沟壑或凹坑。
25.综上所述，上述的底盘悬挂机构在保证底盘承重能力的前提下，能够有效提高底盘的过障碍能力，能够提高底盘的地面适应能力和运行平稳性，机器人通过电梯屏蔽门沟壑及台阶等高低不平的路面时，不会出现整机摇晃、主动轮打滑、不能通过、甚至失稳或倾倒的现象，能够有效降低不平整路面对机器人造成的运动冲击，有助于提高机器人的工作效率、延长机器人的使用寿命。
26.上述的机器人底盘通过应用上述的底盘悬挂机构，具有地面适应能力强、运行平稳性高、有助于提高机器人的工作效率、延长机器人的使用寿命的有益效果。
附图说明
27.图1是一个实施例中一个方向上机器人底盘的结构示意图；
28.图2是一个实施例中另一个方向上机器人底盘的结构示意图；
29.图3是一个实施例中机器人底盘的仰视图；
30.图4是一个实施例中机器人底盘的部分结构示意图。
31.附图标记说明：
32.10
‑
后悬臂，20
‑
前悬臂，30
‑
弹性缓冲元件，40
‑
主动轮，50
‑
前从动轮，60
‑
底盘，70
‑
牵拉件，80
‑
减震支架，90
‑
悬臂支座，100
‑
后从动轮；
33.201
‑
固定板，202
‑
转动连接件，701
‑
牵拉支架，702
‑
塞打螺丝。
具体实施方式
34.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
35.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
38.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
39.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
41.请同时参阅图1至图4，一实施例的底盘悬挂机构包括后悬臂10、前悬臂20和弹性
缓冲元件30。其中，后悬臂10的一端用于与主动轮40连接，后悬臂10的另一端与底盘60可转动地连接；前悬臂20用于连接前从动轮50，前悬臂20远离后悬臂10的一端与底盘60可转动地连接，前悬臂20靠近后悬臂10的一侧通过弹性缓冲元件30与后悬臂10转动连接。
42.具体地，弹性缓冲元件30用于吸收前从动轮50的运动缓冲及震动，在一个实施例中，弹性缓冲元件30可以但不局限为减震弹簧或阻尼减震器。
43.进一步地，前从动轮50采用万向轮，更为具体地，万向轮可以但不局限为麦克纳姆轮。
44.上述的底盘悬挂机构通过前悬臂20、后悬臂10和弹性缓冲元件30实现了主动轮40和前从动轮50两轮联动，在机器人前行过程中遇到稍高的障碍物时，前从动轮50抬高，前悬臂20靠近后悬臂10的一端随前从动轮50向上摆动，前悬臂20远离后悬臂10的一端相对于底盘60转动，前悬臂20靠近后悬臂10的一端向上摆动挤压弹性缓冲元件30，弹性缓冲元件30收缩吸收震动，并且，弹性缓冲元件30收缩挤压后悬臂10，后悬臂10在弹性缓冲元件30的挤压下与底盘60连接的一端相对于底盘60发生转动，连接主动轮40的一端产生向下的运动趋势带动主动轮40向下运动对主动轮40产生下压效果，以使主动轮40保持着地，保证机器人顺利前行。
45.其中，前悬臂20远离后悬臂10的一端相对于底盘60转动，前悬臂20靠近后悬臂10的一端向上摆动挤压弹性缓冲元件30，前悬臂20对弹性缓冲元件30的施力集中在前悬臂20靠近后悬臂10的一端上，能够使弹性缓冲元件30受力集中，对弹性缓冲元件30的挤压效果更明显，可以有效增加弹性缓冲元件30对主动轮40的下压力。
46.进一步地，当机器人通过电梯屏蔽门沟壑等凹坑形地面时，前从动轮50在弹性缓冲元件30的拉力及限位作用下会保持原有运动趋势，而不会立即陷入沟壑或凹坑内，从而可以平稳进入沟壑或凹坑内，进入凹坑内后重复上述的越过较高障碍物的过程即可顺利移出沟壑或凹坑。
47.综上所述，上述的底盘悬挂机构在保证底盘60承重能力的前提下，能够有效提高底盘60的过障碍能力，能够提高底盘60的地面适应能力和运行平稳性，机器人通过电梯屏蔽门沟壑及台阶等高低不平的路面时，不会出现整机摇晃、主动轮40打滑、不能通过、甚至失稳或倾倒的现象，能够有效降低不平整路面对机器人造成的运动冲击，有助于提高机器人的工作效率、延长机器人的使用寿命。
48.在一个实施例中，底盘悬挂机构还包括牵拉件70，牵拉件70的一端与后悬臂10连接，牵拉件70的另一端与底盘60连接。
49.具体地，牵拉件70分别与后悬臂10和底盘60连接后一直处于拉伸状态，能够对后悬臂10产生向下的牵拉力，以使主动轮40降低，能够保证主动轮40始终紧贴地面，从而使主动轮40与地面产生较大的摩檫力，保证了机器人顺利前行，不会出现由于主动轮40与地面摩檫力小而打滑的现象，能够进一步保证主动轮40始终接触地面并稳定提供足够的前进动力，确保机器人在经过地面有斜坡不平、较软的地毯或小的障碍物等路况时也能顺利平稳通过。
50.在一个实施例中，底盘60和后悬臂10上均设置有牵拉支架701，设置在底盘60上的牵拉支架701低于设置在后悬臂10上的牵拉支架701，牵拉件70的两端分别与对应的牵拉支架701连接以相对底盘60倾斜。
51.具体地，牵拉支架701上设置有塞打螺丝702，牵拉件70的两端分别与对应的塞打螺丝702套接，设置在后悬臂10上的牵拉支架701高于设置在底盘60的上表面上的牵拉支架701，牵拉件70的两端分别与对应的牵拉支架701连接后始终处于拉伸状态，且牵拉件70与设置在后悬臂10上的牵拉支架701连接的一端高于其与设置在底盘60上的牵拉支架701连接的一端，能够稳定的向下牵拉后悬臂10。
52.更为具体地，本实施例中，设置在底盘60上的牵拉支架701位于底盘60的下表面上，为方便安装，设置在后悬臂10上的牵拉支架701设置在后悬臂10位于底盘60下部的部分上。在其它实施例中，也可以将设置在底盘60上的牵拉支架701设置在底盘60的上表面上，设置在后悬臂10上的牵拉支架701也可以设置在后悬臂10位于底盘60上部的部分上，实际应用中可根据实际需要设置牵拉支架701在底盘60上及在后悬臂10上的具体位置，只要保证设置在底盘60上的牵拉支架701低于设置在后悬臂10上的牵拉支架701即可，本实施例并不做具体限定。
53.优选地，在一个实施例中，牵拉件70为拉簧。进一步地，在其它实施例中，牵拉件70还可以为伸缩杆或柔性伸缩带，其中，伸缩杆优选但不局限为液压伸缩管，柔性伸缩带可以但不局限为采用橡胶或硅胶制成。
54.在一个实施例中，前悬臂20包括固定板201和转动连接件202，固定板201连接前从动轮50，转动连接件202设置在底盘60上，固定板201上远离后悬臂10的一端与转动连接件202连接。具体地，固定板201通过紧固件(如螺钉)与前从动轮50紧固连接，连接稳定可靠。
55.在一个实施例中，转动连接件202为铰链。具体地，固定板201通过铰链实现与底盘60可转动地连接，转动响应速度快，转动灵活性高，并且，采用铰链铰接结构简单、技术成熟，利于节约成本。
56.进一步地，在一个实施例中，底盘60上设置有悬臂支座90，后悬臂10与底盘60连接的一端与悬臂支座90可转动地连接实现其与底盘60可转动连接。具体地，后悬臂10可以但不局限为通过对锁螺丝实现与悬臂支座90可转动地连接。
57.本实施例中，当机器人在高低不平的路面前行过程中过坎(如前行遇到台阶或凸起等稍高的障碍物)时，前从动轮50抬高带动前悬臂20与底盘60连接的一端相对于底盘60顺时针转动，前悬臂20靠近后悬臂10的一端随前从动轮50向上摆动，前悬臂20向上摆动挤压弹性缓冲元件30，弹性缓冲元件30收缩吸收震动，同时，弹性缓冲元件30收缩挤压后悬臂10，后悬臂10在弹性缓冲元件30的挤压下与底盘60连接的一端绕悬臂支座90逆时针转动，后悬臂10连接主动轮40的一端产生向下的运动趋势带动主动轮40向下运动，从而对主动轮40产生下压效果，增强主动轮40的抓地力。
58.在一个实施例中，弹性缓冲元件30的两端一高一低地连接于后悬臂10与前悬臂20之间。
59.具体地，弹性缓冲元件30的两端处于不同的高度有助于提高弹性缓冲元件30的收缩响应效率，能够提高前悬臂20对弹性缓冲元件30的压缩效果。当运行过程中前从动轮50遇到障碍物抬起时，弹性缓冲元件30能够快速响应前悬臂20的摆动并传递至后悬臂10，能够对主动轮40产生更好的下压效果。进一步地，为避免正常行驶过程中弹性缓冲元件30对后悬臂10产生过大的下压力影响主动轮40的运行能耗，本实施例中，弹性缓冲元件30与后悬臂10连接的一端高于其与前悬臂20连接的一端。
60.在一个实施例中，前悬臂20和后悬臂10上分别设有减震支架80，弹性缓冲元件30的两端分别一高一低地铰接于对应的减震支架80上。
61.具体地，弹性缓冲元件30通过铰接于对应的减震支架80上实现分别与前悬臂20和后悬臂20转动连接，弹性缓冲元件30分别与前悬臂20和后悬臂20转动连接能够避免发生运动卡死，有助于提高吸震缓冲效果。
62.更为具体地，设置在前悬臂20上的减震支架80设置在固定板201上，弹性缓冲元件30与设置在后悬臂10上的减震支架80连接的一端高于其与设置在固定板201上的减震支架80连接的一端。弹性缓冲元件30通过铰链分别与两端的减震支架80铰接连接，采用铰链铰接结构简单、技术成熟，利于节约成本，且转动响应速度快，转动灵活性高。
63.以上对底盘悬挂机构的结构组成进行了详细说明，以下具体介绍上述底盘悬挂机构的工作过程，为方便说明，本实施例以牵拉件70采用拉簧为例对上述底盘悬挂机构的工作过程进行说明。具体地，上述底盘悬挂机构的工作过程如下：
64.在机器人前行过程中遇到稍高的障碍物时，前从动轮50抬高，前悬臂20靠近后悬臂10的一端随前从动轮50向上摆动，前悬臂20远离后悬臂10的一端相对于底盘60顺时针转动，前悬臂20靠近后悬臂10的一端向上摆动挤压弹性缓冲元件30，弹性缓冲元件30收缩吸收震动，并且，弹性缓冲元件30收缩挤压后悬臂10，后悬臂10在弹性缓冲元件30的挤压下与底盘60连接的一端相对于底盘60逆时针转动，后悬臂10连接主动轮40的一端产生向下的运动趋势带动主动轮40向下运动对主动轮40产生下压效果，以使主动轮40保持着地，保证机器人顺利前行。其中，前悬臂20远离后悬臂10的一端相对于底盘60顺时针转动，前悬臂20靠近后悬臂10的一端向上摆动挤压弹性缓冲元件30，前悬臂20对弹性缓冲元件30的施力集中在前悬臂20靠近后悬臂10的一端上，能够使弹性缓冲元件30受力集中，对弹性缓冲元件30的挤压效果更明显，可以有效增加弹性缓冲元件30对主动轮40的下压力。同时，拉簧一直对后悬臂10产生向下的牵拉力，进一步保证主动轮40始终紧贴地面，机器人顺利通过障碍物。
65.进一步地，当机器人通过电梯屏蔽门沟壑等凹坑形地面时，前从动轮50在弹性缓冲元件30和拉簧的拉力及限位作用下会保持原有运动趋势，而不会立即陷入沟壑或凹坑内，从而可以平稳进入沟壑或凹坑内，进入沟壑或凹坑内后重复上述的越过较高障碍物的过程即可顺利移出沟壑或凹坑，机器人过坑平稳。
66.上述的底盘悬挂机构设计弹性缓冲元件30与牵拉件70相结合的悬挂系统，能够缓和由于不平整路面传给底盘60的冲击载荷、衰减由此引起的振动、减小货物和底盘60本身的动载荷，且能够保证主动轮40始终紧贴地面，使主动轮40与地面产生较大的摩檫力，在保证底盘60的承重能力的前提下，提高了底盘60的过障碍能力及地面适应性，有助于提高机器人的工作效率、延长机体的整体寿命，且能够保证所运送物品的安全性。
67.上述的底盘悬挂机构具有结构简单、成本低廉、便于组装、运行平稳、地面适应性强的有益效果。
68.另一方面，本实用新型还提供一种机器人底盘，包括底盘60和上述的底盘悬挂机构，底盘悬挂机构设置在底盘60上。
69.在其中一个实施例中，机器人底盘还包括后从动轮100，后从动轮100沿主动轮40的驱动方向设在主动轮40后侧。具体地，在一个实施例中，后从动轮100采用万向轮，更为具体地，万向轮可以但不局限为麦克纳姆轮。
70.上述的机器人底盘通过应用上述的底盘悬挂机构，具有地面适应能力强、运行平稳性高、有助于提高机器人的工作效率、延长机器人的使用寿命的有益效果。
71.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。
72.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。