一种安防机器人底盘及安防机器人的制作方法

1.本实用新型涉及安防机器人技术领域，特别是一种安防机器人底盘及安防机器人。


背景技术：

2.机器人技术的研究长期以来受到人们高度重视，它被称为未来最具有研究和发展价值的技术，被广泛应用于各种高新产业。最近几年，为了满足诸多高新科技产业的发展需求，机器人发展方向逐渐偏向于智能化，包括云计算、人工智能、大数据、计算机视觉等，特别是人工智能的高速发展，让移动机器人获得了更高层次的智慧，可以替换人类完成能实现社会利益最大化的作业。
3.安防机器人作为现在最热门的服务型移动机器人之一，具有智能巡逻、轻便灵活的特点，可以代替保安进行智能巡逻、移动监控作用，而且也节省了小区内多处安装摄像头的成本。安防机器人可作为移动监控摄像头代替保安巡逻工作，在高档小区、医院、学校等场合都适合使用。同时安放机器人需要适应各种复杂地形，但市面上安防机器人底盘结构单一，爬坡、载重等方面无法满足人们对它的需求，因此对它的底盘优化设计具有很重要的指导意义。安防机器人需要具有移动迅速、转向性能好、四轮减震，结构简单等多种功能的底盘。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安防机器人底盘及安防机器人，以解决上述技术背景中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：
6.一种安防机器人底盘，包括前桥悬架、转向装置、车架、后桥悬架和驱动装置，所述前桥悬架和后桥悬架均采用双叉臂式独立悬挂，前桥悬架和后桥悬架分别对应安装在车架的前端和后端，所述转向装置安装在车架前方、并与前桥悬架连接，所述驱动装置安装在车架后方、并与后桥悬架连接；
7.所述转向装置包括两前球头拉杆、两前轮转向拉杆、两关节轴承、一方向机、一花键联轴器、一转轴、一减速机、一前轮编码器、一前轮编码器固定板和一转向电机；
8.所述转向电机和减速机固定在车架的前端，所述转向电机与减速机连接，所述减速机的输出中空轴穿设在转轴上，所述转轴的一端连接前轮编码器，前轮编码器通过前轮编码器固定板固定在减速机的壳体上，所述转轴的另一端通过花键联轴器与方向机的输入轴相连接，所述方向机的两输出轴端分别连接一关节轴承一端，每个所述关节承轴的另一端连接与之相对应前轮转向拉杆的一端，每个所述前轮转向拉杆另一端连接与之相对应的前球头拉杆的轴端，每个前球头拉杆的球端均用于连接前桥悬架。
9.上述技术方案中，所述前桥悬架呈对称布置于所述车架前端的左右两侧，其包括两前下悬架摆臂、两前轴承法兰座、两前转向节、两前上悬架摆臂、两前轮减震器、一前上悬
架固定板、一前下悬架固定板以及两前轮；
10.所述前上悬架固定板和前下悬架固定板分别对称固定在车架前端的上、下方，两个所述前上悬架摆臂对称设置在所述前上悬架固定板左右两侧、并与前上悬架固定板铰接，每个所述前上悬架摆臂同与之相对应的所述前转向节的上孔端连接；每个所述前上悬架摆臂上还同与之相对应的前轮减震器一端连接，每个所述前轮减震器另一端与车架连接；
11.两个所述前下悬架摆臂对称设置在所述前下悬架固定板左右两侧、并与前下悬架固定板铰接，每个所述前下悬架摆臂同与之相对应的前转向节的下孔端连接；
12.每个前转向节的转向拉杆连接点通过一前球头拉杆与转向装置上与之相对应前轮转向拉杆连接；每个前转向节的横轴端均连接着一个前轴承法兰座，每个所述前轴承法兰座同与之相对应的前轮固定。
13.上述技术方案中，所述后桥悬架呈对称布置于所述车架前端的左右两侧，其包括两后下悬架摆臂、两后轴承法兰座、两后转向节、两后上悬架摆臂、两后轮减震器、一后上悬架固定板、一后下悬架固定板、两后轮、两后轮转向拉杆及两拉杆球头支架；
14.所述后上悬架固定板和后下悬架固定板分别对称固定在车架后端的上、下方，两个所述后上悬架摆臂对称设置在所述后上悬架固定板左右两侧、并与后上悬架固定板铰接，每个所述后上悬架摆臂同与之相对应的所述后转向节的上孔端连接；每个所述后上悬架摆臂上还同与之相对应的后轮减震器一端连接，每个所述后轮减震器另一端与车架连接；
15.两个所述后下悬架摆臂对称设置在所述后下悬架固定板左右两侧、并与后下悬架固定板铰接，每个所述后下悬架摆臂同与之相对应的所述后转向节的下孔端连接；
16.每个后转向节的转向拉杆连接点与后轮转向拉杆一端连有的第一球头拉杆的球头端相配合活动连接，每个所述后轮转向拉杆另一端连有的第二球头拉杆的球头端与固定在与之相对应的拉杆球头支架上的球头连接；两个所述拉杆球头支架左右对称固定在车架后端下方；
17.每个后转向节的横轴一端均连接驱动装置上与之对应一侧的后桥半轴，每个后转向节的横轴另一端均连接着一个后轴承法兰座，每个所述后轴承法兰座同与之对应的后轮固定。
18.上述技术方案中，所述驱动装置包括两个后桥半轴、两个差速器固定支座、一个差速器、一个联轴器、一个减速器和一个驱动电机；所述驱动电机与减速器连接，所述减速器通过联轴器与差速器的输入轴连接，所述差速器左右两输出轴分别连接一后桥半轴，每个所述后桥半轴同后桥悬架上与之相对应一侧的后转向节的横轴连接；所述差速器通过两个差速器固定支座固定在车架上。
19.上述技术方案中，还包括控制装置，所述控制装置安装在车架中部；所述控制装置包括主控模块、电池、转向电机驱动器及驱动电机驱动器；
20.所述主控模块分别与前轮编码器、转向电机驱动器及驱动电机驱动器电连接，所述转向电机驱动器与转向电机电连接，所述驱动电机驱动器与驱动电机电连接。
21.本实用新型提供了一种安防机器人，包括上述所述的安防机器人底盘。
22.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
23.机器人底盘前轮的角度位置和后轮的速度符合阿克曼转角理论，避免转向时路面产生对安防机器人行驶的附加阻力，避免轮胎磨损过快；并且能保证在转向时前轮和后轮均做纯滚动，减小转向力，从而减小电机功率；方向机转向结构紧凑，转弯运动平稳，转向性能好、前后悬架装置均采用独立悬架，四轮都有减震，避障能力强，使机器人越障时车体平稳，震动小，保障电控元件的安全。
附图说明
24.图1为本实用新型的立体图；
25.图2为本实用新型的俯视图；
26.图3为图2中a-a的剖视图；
27.图4为本实用新型中后桥悬架的立体图；
28.图5为本实用新型中前桥悬架的正视图；
29.图6为本实用新型中前桥悬架的立体图；
30.图7为本实用新型中转向装置的立体图；
31.图8为本实用新型中转向装置的正视图；
32.图9为本实用新型中驱动装置的立体图；
33.图10为本实用新型中车架的立体图；
34.图11为本实用新型中控制装置与车架的连接示意图；
35.图12为本实用新型的控制原理图；
36.图中，1、前桥悬架；1.1、前下悬架摆臂；1.2、前轴承法兰座；1.3、前转向节；1.4、前上悬架摆臂；1.5、前轮减震器；1.6、前上悬架固定板；1.7、前下悬架固定板；1.8、前轮；2、转向装置；2.1、前球头拉杆；2.2、前轮转向拉杆；2.3、关节轴承；2.4、方向机；2.5、花键联轴器；2.6、转轴；2.7、减速机；2.8、前轮编码器；2.9、前轮编码器固定板；2.10、转向电机；2.11、转向电机固定板；3、车架；3.1、长工业铝型材；3.2、短工业铝型材；3.3、竖工业铝型材；3.4、三维连接块；4、后桥悬架；4.1、后下悬架摆臂；4.2、后轴承法兰座；4.3、后转向节；4.4、后上悬架摆臂；4.5、后轮减震器；4.6、后上悬架固定板；4.7、后下悬架固定板；4.8、后轮；4.9、后轮转向拉杆；4.10、拉杆球头支架；5、驱动装置；5.1、后桥半轴；5.2、差速器固定支座；5.3、差速器；5.4、联轴器；5.5、减速器；5.6、驱动电机；5.7、驱动电机固定板；6、控制装置；6.1、主控模块；6.2、电池；6.3、转向电机驱动器；6.4、驱动电机驱动器；6.5、端子排；6.6、保险丝；6.7、稳压器；6.8、左硬件安装板；6.9、右硬件安装板。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状
及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。另外，本实用新型中的元件被称为“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”、“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。
39.参阅图1至图12，本实施例提供了一种安防机器人底盘，包括前桥悬架1、转向装置2、车架3、后桥悬架4和驱动装置5，所述前桥悬架1和后桥悬架2均采用双叉臂式独立悬挂，前桥悬架和后桥悬架分别对应安装在车架3的前端和后端，所述转向装置2安装在车架前方、并与前桥悬架连接，所述驱动装置安装在车架后方、并与后桥悬架连接；
40.参阅图7和图8，所述转向装置2包括两前球头拉杆2.1、两前轮转向拉杆2.2、两关节轴承2.3、一方向机2.4、一花键联轴器2.5、一转轴2.6、一减速机2.7、一前轮编码器2.8、一前轮编码器固定板2.9和一转向电机2.10；转向装置2的转向电机2.10通过转向电机固定板2.11固定在车架3前端上；转向电机2.10是单输出轴，例如转向电机型号为z6bld400。
41.所述转向电机2.10和减速机2.7固定在车架3的前端，转向电机2.10和减速机2.7连接，所述减速机2.7的输出中空轴上穿设在转轴2.6(转轴2.6用于将减速器2.7输出的转矩输入给方向机2.4)上，所述转轴2.6的一端连接前轮编码器2.8，前轮编码器2.8通过前轮编码器固定板2.9固定在减速机2.7的壳体上，所述转轴2.6的另一端通过花键联轴器2.5与方向机2.4的输入轴相连接，所述方向机2.4的两输出轴端分别连接一关节轴承2.3一端，每个所述关节承轴2.3的另一端连接与之相对应前轮转向拉杆2.2的一端，每个所述前轮转向拉杆2.2另一端连接与之相对应的前球头拉杆2.1的轴端，每个前球头拉杆2.1的球端均用于连接前桥悬架1。
42.进一步地，转轴2.6和花键联轴器2.5是焊接在一起，能加强转轴2.6的稳定。转轴2.6下端与方向机2.4的输入轴是通过花键联轴器2.5花键连接，当转向电机2.10转动时，转轴2.6带动方向机2.4输入轴转动，方向机2.4内部经过齿轮齿条将圆周运动转换成水平直线运动，带动前轮转向拉杆2.2水平移动，进而前轮转向拉杆2.2带动前球头拉杆2.1，最终前转向节1.3带动前轮1.8摆动。
43.进一步地，每个所述前轮转向拉杆2.2同与之相对应的关节轴承2.3间采用正反牙螺纹连接，通过调节螺纹连接的长度调节前轮1.8束角。
44.参阅图2、图5和图6，所述前桥悬架1呈对称布置于所述车架3前端的左右两侧，其包括两前下悬架摆臂1.1、两前轴承法兰座1.2、两前转向节1.3、两前上悬架摆臂1.4、两前轮减震器1.5、一前上悬架固定板1.6、一前下悬架固定板1.7以及两前轮1.8；
45.所述前上悬架固定板1.6和前下悬架固定板1.7分别对称固定在车架3前端的上、下方，两个所述前上悬架摆臂1.4对称设置在所述前上悬架固定板1.6左右两侧、并与前上悬架固定板1.6铰接，每个所述前上悬架摆臂1.4同与之相对应的所述前转向节1.3的上孔端连接(具体为每个前上悬架摆臂1.4的孔端连有一球头拉杆的轴端，球头拉杆的球头与上孔端相配合球头活动连接，前下悬架摆臂1.1与前转向节1.3的下孔端连接方式类似，下述不再赘述)；每个所述前上悬架摆臂1.4上还连接有与之相对应的前轮减震器1.5一端，每个所述前轮减震器1.5另一端与车架3连接；每个所述前轮减震器1.5一端均与所述前轮减震
器固定板(图中未示出)铰接，所述前减震器固定板固定在所述车架3前端上，另一端同与之对应的前上悬架摆臂1.4铰接；
46.两个所述前下悬架摆臂1.1对称设置在所述前下悬架固定板1.7左右两侧、并与前下悬架固定板1.7铰接，每个所述前下悬架摆臂1.1同与之相对应的所述前转向节1.3的下孔端连接；
47.每个前转向节1.3的转向拉杆连接点通过一前球头拉杆2.1与转向装置2上与之相对应的前轮转向拉杆2.2连接；每个前转向节1.3的横轴端均连接着一个前轴承法兰座1.2，每个所述前轴承法兰座1.2同与之相对应的前轮1.8固定，具体的，所述前转向节1.3上配合的转轴同样与所述前轴承法兰座1.2相配合，且前轴承法兰座1.2端面与所述前转向节1.3的端面紧靠着。
48.需要说明的是，后桥悬架4的结构与前桥悬架1的结构类似，参阅图2至图4，所述后桥悬架4呈对称布置于所述车架3前端的左右两侧，其包括两后下悬架摆臂4.1、两后轴承法兰座4.2、两后转向节4.3、两后上悬架摆臂4.4、两后轮减震器4.5、一后上悬架固定板4.6、一后下悬架固定板4.7以及两后轮4.8；
49.所述后上悬架固定板4.6和所述后下悬架固定板4.7分别对称固定在车架3后端的上下方，两个所述后上悬架摆臂4.4对称设置在所述后上悬架固定板4.6左右两侧、并与后上悬架固定板4.6铰接，每个所述后上悬架摆臂4.4同与之相对应的所述后转向节4.3的上孔端连接；每个所述后上悬架摆臂4.4上还连接有与之相对应的后轮减震器4.5一端，每个所述后轮减震器4.5另一端与车架3连接；每个所述后轮减震器4.5一端均与所述后轮减震器固定板(图中未示出)铰接，所述后减震器固定板固定在所述车架3后端上，另一端同与之对应的后上悬架摆臂4.4铰接；
50.两个所述后下悬架摆臂4.1对称设置在所述后下悬架固定板4.7左右两侧、并与后下悬架固定板4.7铰接，每个所述后下悬架摆臂4.1同与之相对应的所述后转向节4.3的下孔端连接；
51.每个后转向节4.3的转向拉杆连接点与后轮转向拉杆4.9一端连有的第一球头拉杆的球头端相配合活动连接，每个所述后轮转向拉杆4.9另一端连有的第二球头拉杆的球头端与固定在与之相对应的拉杆球头支架4.10上的球头连接；两个所述拉杆球头支架4.10左右对称固定在车架3后端下方；
52.每个后转向节4.3的横轴一端均连接驱动装置5上与之对应一侧的后桥半轴5.1，每个后转向节4.3的横轴另一端均连接着一个后轴承法兰座4.2，每个所述后轴承法兰座4.2同与之对应的后轮4.8固定。
53.本实施例中，前轮转向拉杆2.2和后轮转向拉杆4.9的作用是限制车轮摆动，具体为：前轮部分的转向装置2的前轮转向拉杆2.2用于连接方向机2.4和前转向节1.3，用于方向机2.4控制前转向节1.3绕主销旋转，同时可通过调节前轮转向拉杆2.2来摆正车轮；后轮部分的后轮转向拉杆4.9主要用于摆正车轮，同时限制后轮摆动。
54.参阅图9，所述驱动装置5包括两个后桥半轴5.1、两个差速器固定支座5.2、一个差速器5.3、一个联轴器5.4(如双节等速万向节)、一个减速器5.5和一个驱动电机5.6；所述驱动电机5.6与减速器5.5连接，所述减速器5.5通过联轴器5.4与差速器5.3的输入轴连接，所述差速器5.3左右两输出轴分别连接一后桥半轴5.1，每个所述后桥半轴5.1同后桥悬架4上
与之相对应一侧的后转向节4.3的横轴连接；所述差速器5.3通过两个差速器固定支座5.2固定在车架3上。驱动装置5的驱动电机5.6通过驱动电机固定板5.7固定在车架3上；减速器5.5通过减速器固定板固定在车架3上。所述驱动装置5配有差速器、双节等速万向节，差速器能保证大扭矩输出，在转向时后轮速度基本符合阿克曼转角理论,后轮做纯滚动，减小转向力，从而减小电机功率。双节等速万向节传递精度高且耐用，使电机动力能更加平稳、可靠地传递到差速器。
55.本实施例中，前桥悬架1中，两前下悬架摆臂1.4的孔端对应连接上两前转向节1.3上孔端，两前下悬架摆臂1.1的孔端对应连接下前转向节1.3下孔端，左右对称设置的两前轮转向拉杆2.2通过关节轴承2.3连接前转向节1.3，形成四连杆转向梯形机构，调整左右两前转向节1.3中与关节轴承2.3接触的位置，使前轮1.8的转向角度位置布置基本符合阿克曼转角，同时通过差速器5.3调整后轮4.8转速，让前轮1.8和后轮4.8做纯滚动,让机器人可以平顺的转弯。
56.参阅图10，所述车架3为长工业铝型材3.1、短工业铝型材3.2、竖工业铝型材3.3构建成的十字形框架；长工业铝型材3.1、短工业铝型材3.2和竖工业铝型材3.3之间均通过三维连接块3.4连接固定。转向电机固定板2.11孔连接车架3上层铝型材孔，驱动电机固定板5.7孔连接车架3下层铝型材孔，前(后)上、下悬架固定板孔分别与车架3上、下层型材孔相连接。
57.参阅图11和图12，还包括控制装置6，所述控制装置6安装在车架3中部；所述控制装置6包括主控模块6.1和电池6.2；
58.所述主控模块6.1分别与前轮编码器2.8、转向电机驱动器6.3及驱动电机驱动器6.4电连接，所述转向电机驱动器6.3与转向电机2.10电连接，所述驱动电机驱动器6.4与驱动电机5.6电连接。
59.电池6.2用于控制装置6中电子器件供电，具体的，电池6.2与稳压器6.7连接，稳压器6.7与保险丝6.6连接，保险丝6.6与端子排6.5连接，端子排6.5分别与转向电机驱动器6.3、驱动电机驱动器6.4连接。电池6.2安装在车架3中间部分，转向电机驱动器6.3、驱动电机驱动器6.4、端子排6.5、保险丝6.6、稳压器6.7安装在电池6.2下方，并均布于车架3左右两侧上固定的左硬件安装板6.8和右硬件安装板6.9上。电池6.2居于车架3中间最上方，电子器件(主控模块6.1、转向电机驱动器6.3、驱动电机驱动器6.4、端子排6.5、保险丝6.6、稳压器6.7)均固定在硬件安装板(左硬件安装板6.8和右硬件安装板6.9)并居于车架3中间下方，最大化优化底盘空间，且保障了电子器件的安全。
60.作为另一个实施例，本实施例提供了一种安防机器人，包括上述所述的安防机器人底盘。
61.机器人底盘前轮1-8的角度位置和后轮的速度符合阿克曼转角理论，避免转向时路面产生对安防机器人行驶的附加阻力，避免轮胎磨损过快；并且能保证在转向时前轮和后轮均做纯滚动，减小转向力，从而减小电机功率；方向机转向结构紧凑，转弯运动平稳，转向性能好、前后悬架装置均采用独立悬架，四轮都有减震，避障能力强，使机器人越障时车体平稳，震动小，保障电控元件的安全。
62.本实施例的底盘具有以下优点：前轮的角度位置和后轮的速度符合阿克曼转角理论，避免转向时路面产生对安防机器人行驶的附加阻力，避免轮胎磨损过快；并且能保证在
转向时前轮和后轮均做纯滚动，减小转向力，从而减小电机功率。
63.方向机转向结构紧凑，转弯运动平稳，转向性能好。
64.前桥悬架和后桥悬架均采用独立悬架，四轮都有减震，避障能力强，使机器人越障时车体平稳，震动小，保障电控元件的安全。
65.以上所述实施例仅表达了本实用新型的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型保护范围的限制。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。