一种全向移动机器人及其平衡摇臂结构制造技术

本发明专利技术公开了一种全向移动机器人及其平衡摇臂结构，该全向移动机器人包括底盘结构，该底盘结构由H型动力系统、两侧的摆臂行走机构和平衡摇臂结构组成，其中所述H型动力系统用于将动力分配至两侧的摆臂行走机构，所述摆臂行走机构以H型动力系统的动力输出轴为轴心，能够自由摆动；所述平衡摇臂结构设置在H型动力系统与其两侧的摆臂行走机构之间，用于对所述H型动力系统进行转动约束，以使所述H型动力系统、摆臂行走机构和所述平衡摇臂结构三者构成一个具有底盘功能的整体，该平衡摇臂结构包括回转支撑结构、中间摇臂、位于中间摇臂左右两端的侧摇臂。本发明专利技术的平衡摇臂结构起到均化两侧摆臂俯仰扰动输入的作用，进而保证底盘的越障仿形性能。的越障仿形性能。的越障仿形性能。

【技术实现步骤摘要】
一种全向移动机器人及其平衡摇臂结构


[0001]本专利技术涉及移动机器人底盘结构，尤其涉及一种全向移动机器人及其平衡摇臂结构。

技术介绍

[0002]在全向移动机器人底盘中，无论是室内平整场地，还是室外地形复杂路面，车轮在越障时摩擦力不足导致打滑。尤其对于四轮移动机器人底盘，在越障时会发生1～2轮离地，失去附着导致摩擦力减小，进而导致移动机器人动力不足，发生倾覆等危险。最终导致移动机器人失去控制。
[0003]在目前的设计方案中，普遍采用底盘柔性设计实现车轮附着，通过挠性底盘的扭转变形，保证运动时四轮的抓地性，但问题也很明显，底盘集成度不高，刚度变差；另外采用弹簧结构设计的柔性悬挂，导致装配过程复杂，无法保证移动机器人的稳定性，还极大占用机器人的设计负载和布置空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种全向移动机器人及其平衡摇臂结构，为全向移动机器人提供一种结构简单且仿地形的底盘结构方案。
[0005]为此，本专利技术提供了一种全向移动机器人，包括包括底盘结构，所述底盘结构由H型动力系统、位于H型动力系统左右两侧的摆臂行走机构、以及平衡摇臂结构组成，其中所述H型动力系统用于将动力分配至两侧的摆臂行走机构，所述摆臂行走机构以H型动力系统的动力输出轴为轴心，能够自由摆动；所述平衡摇臂结构设置在H型动力系统与其两侧的摆臂行走机构之间，用于对所述H型动力系统进行转动约束，以使所述H型动力系统、摆臂行走机构和所述平衡摇臂结构三者构成一个具有底盘功能的整体。
[0006]本专利技术还提供了一种全向机器人的平衡摇臂结构，所述全向机器人包括H型动力系统、位于H型动力系统左右两侧的摆臂行走机构，所述平衡摇臂结构包括回转支撑结构、中间摇臂、位于中间摇臂左右两端的侧摇臂，其中，所述回转支撑结构固定在H型动力系统上，所述中间摇臂中部固定在回转支撑结构的支撑轴上，以支撑轴为轴心在XY平面上能够自由偏转，所述侧摇臂与所述中间摇臂之间采用第一球面副连接，所述侧摇臂与所述摆臂行走机构之间采用第二球面副连接。
[0007]本专利技术的平衡摇臂机构起到均化两侧摆臂俯仰扰动输入的作用，进而保证底盘的越障仿形性能。本专利技术的平衡摇臂结构的另一个重要作用是使两侧摆臂的动作相互关联，调整移动机器人重力在各轮上的分配。
[0008]本专利技术的具有平衡摇臂结构的底盘结构，与现有技术(CN217672826U、一种差动摇臂移动机器人底盘)相比，其结构简单、方便安装，质量轻、占用空间少，与底盘装配的一体化程度高。
[0009]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。
下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0010]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0011]图1为根据本专利技术的一种全向移动机器人的结构示意图；
[0012]图2为根据本专利技术的具有平衡摇臂结构的全向移动机器人底盘的结构示意图；
[0013]图3示出了根据本专利技术的全向移动机器人的平衡摇臂结构的示意图；
[0014]图4示出了图3的侧视图；
[0015]图5示出了图3的俯视图；
[0016]图6示出了根据本专利技术的全向移动机器人的平衡摇臂结构的示意图；
[0017]图7示出了根据本专利技术的全向移动机器人的H型动力系统的结构原理简图；
[0018]图8示出了根据本专利技术的全向移动机器人的摆臂行走机构的示意图；
[0019]图9为根据本专利技术的全向移动机器人底盘差速转向的简化模型图；
[0020]图10为根据本专利技术的移动机器人底盘多点预瞄模型示意图；
[0021]图11示出了选择远端预瞄点权重为0.7时得到的加权预瞄点横向偏差隶属度曲线；
[0022]图12示出了选择远端预瞄点权重为0.7时得到的加权预瞄点横向速度偏差隶属度曲线；
[0023]图13示出了选择远端预瞄点权重为0.7时得到的补偿转角的隶属度曲线；
[0024]图14示出了输出模糊系统控制面。
具体实施方式
[0025]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0026]结合参照图1至图6，本专利技术的全向移动机器人包括摆臂行走机构5、H型动力系统4、回转支撑结构3、中间摇臂2、侧摇臂1。
[0027]其中，回转支撑结构3、中间摇臂2、两个侧摇臂1构成平衡摇臂结构。
[0028]本专利技术的移动机器人前进方向设定为X向，左右方向为Y，向上为Z向。
[0029]H型动力系统将主副电机动力分配至两侧摆臂，摆臂能够以动力输出轴为轴心旋转，通过同步齿形带传动机构将分配的动力再分配至前后两个车轮。
[0030]整个平衡摇臂结构将两侧摆臂与H型动力系统进行约束连接，如此H型动力系统相对位置稳定，进而H型动力系统、两个摆臂和平衡摇臂结构构成一个具备底盘功能的整体。如此机器人设备仓11可固连至该底盘上。
[0031]机器人设备仓11内可配置电池模块、控制模块、作业模块等，以满足机器人的设计要求。
[0032]在本专利技术的全向移动机器人中，摆臂与摇臂结构的组合在一定范围内可实现越障过程中底盘本体与摆臂本体转动的分离，靠两条摆臂实现起伏路面的自适应，时刻保证每个轮子都紧贴地面，而底盘本体重心不随路面起伏变化而变化，相比于普通底盘，本底盘结构具有更强越障能力，环境适应能力更强。
[0033]下面对摆臂行走机构5的优选实施方式加以说明。
[0034]本实施例的摆臂行走机构5主要由摆臂9、摆臂支撑壳18、位于摆臂5的前后两端的支腿10组成。每个支腿10上安装有车轮14和转向电机15。
[0035]优选地，支腿10倒L型，包括水平段10a和竖直段10b，水平段10a通过转动副连接至摆臂9的端部，该转向电机15控制支腿10围绕转动副的竖轴转动。车轮14安装在竖直段10b的内侧，对车轮14进行防护。
[0036]下面对平衡摇臂结构的优选实施方式加以说明。
[0037]图2示出了与XY面平行的中间摇臂与以Z轴为轴向的回转支撑结构。与XY面平行的中间摇臂2与以Z轴为轴向的回转支撑结构组成平衡摇臂。
[0038]中间摇臂2中部固定在回转支撑结构3的支撑轴上，回转支撑结构3与中间摇臂2之间通过旋转副连接，使中间摇臂以支撑轴为轴心在XY平面上自由旋转，回转支撑结构3固定在H型动力系统4上，位于前进方向的一侧。
[0039]中间摇臂2与侧摇臂1之间采用具有运动范围限制的第一球面副16连接，侧摇臂1与摆臂5之间采用具有运动范围限制的第二球面副17连接，整个侧摇臂1在一定运动范围内，可以在摆臂支撑壳18与中间摇臂2之间做球面副所约束的运动。在本专利技术中，球面副是指具有相应功能的部件/结构。
[0040]中间摇臂2的两端具有自本体向下延伸的安装耳部2a，其中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全向移动机器人，包括底盘结构，其特征在于，所述底盘结构由H型动力系统(4)、位于H型动力系统(4)左右两侧的摆臂行走机构(5)、以及平衡摇臂结构组成，其中所述H型动力系统(4)用于将动力分配至两侧的摆臂行走机构(5)，所述摆臂行走机构(5)以H型动力系统(4)的动力输出轴为轴心，能够自由摆动；所述平衡摇臂结构设置在H型动力系统(4)和两侧的摆臂行走机构(5)之间，用于对所述H型动力系统(4)进行转动约束，以使所述H型动力系统(4)、摆臂行走机构(5)和所述平衡摇臂结构三者构成一个具有底盘功能的整体。2.根据权利要求1所述的全向移动机器人，其特征在于，所述平衡摇臂结构包括回转支撑结构(3)、中间摇臂(2)、位于中间摇臂(2)左右两侧的侧摇臂(1)，其中，所述回转支撑结构(3)固定在H型动力系统(4)上，所述中间摇臂(2)中部固定在回转支撑结构(3)的支撑轴上，以支撑轴为轴心在XY平面上能够自由偏转，所述侧摇臂(1)与所述中间摇臂(2)之间采用第一球面副(16)连接，所述侧摇臂(1)与所述摆臂行走机构(5)之间采用第二球面副(17)连接。3.根据权利要求2所述的全向移动机器人，其特征在于，所述H型动力系统(4)包括主电机(6)、副电机(7)、第一直角减速器(31)、第二直角减速器(35)、以及双功率流差速系统(8)，其中，所述双功率流差速系统(8)用于将主副电机动力分配至两侧的摆臂行走机构(5)。4.根据权利要求3所述的全向移动机器人，其特征在于，所述摆臂行走机构(5)包括摆臂支撑壳(18)、摆臂(9)、位于摆臂两端的支腿(10)，其中，所述支腿(10)上设有车轮(14)和用于支腿转向的转向电机(15)，其中，所述摆臂支撑壳(18)和摆臂(9)呈T型连接。5.根据权利要求4所述的全向移动机器人，其特征在于，所述摆臂行走机构(5)还包括用于变向传送动力的第一同...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚圣卓，冉起帆，李岳业，于小湖，张浩阳，王松伟，高峰，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：