机器人驱动装置及机器人的制作方法

1.本公开涉及智能自移动机器人技术领域，尤其涉及一种机器人驱动装置及机器人。


背景技术：

2.高层建筑的发展节省了大量的土地资源，加速了城市建设，促进了社会的发展；伴随着高层建筑数量的迅猛增加，其维护和清理难度大的问题也日益彰显。随着智能科技的发展，智能机器人越来越广泛地应用到人们的生产和生活中。为了满足用户的不同需求，需要开发适应各种场景的智能机器人，因此高空清洁机器人应运而生。高空清洁机器人通常采用驱动轮组实现运动功能，在驱动轮组的带动下，高空清洁机器人可以根据需要按照既定路线运动或转向。
3.现有高空机器人驱动单元为固定结构，通常与机架底盘刚性连接，对有障碍凸起或凹陷的壁面适应性较差。此外，固定式结构使驱动轮的接触压力受吸附力的影响，当吸附压力不足时，容易造成打滑现象；吸附力过大时，造成堵转，损伤结构与电机。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种机器人驱动装置及机器人，以旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种机器人驱动装置，包括：
6.动力单元，用于向传动单元提供动力；
7.传动单元，所述传动单元包括动力轮、传动件、第四传动轮和第五传动轮，所述动力轮连接于动力单元，由动力单元驱动转动，所述第四传动轮和第五传动轮固定连接，第五传动轮和动力轮之间连接所述传动件；
8.轮组单元，所述轮组单元包括轮圈、第一传动轮、机架和与所述机架转动连接的传动轮，所述机架至少设有一个，所述机架与轮圈固定连接；所述第四传动轮端部与第一中心齿轮固定连接，第一中心齿轮与所述传动轮传动连接，传动轮与所述第一传动轮内齿圈传动连接，第一传动轮通过第一轴承与轮圈固定连接。
9.在一可实施方式中，所述机架设有两个，分别设为第二机架和第一机架，第二机架和第一机架上分别转动连接第三传动轮和第二传动轮，第一机架与轮圈固定连接；所述第四传动轮端部与第一中心齿轮固定连接，第一中心齿轮与第三传动轮传动连接，所述第二机架端部与第二中心齿轮固定连接，所述第二中心齿轮与第二传动轮传动连接，所述第三传动轮和第二传动轮与所述第一传动轮内齿圈传动连接。
10.在一可实施方式中，所述轮圈包括外包圈和轮圈基体，所述外包圈包覆在轮圈基体外部并与之固定连接，轮圈基体与第一机架固定连接。
11.在一可实施方式中，所述轮组单元还包括第一轴体，所述第一轴体穿设于第一机架和第二机架并与二者间隙连接，所述第一轴体一端与轮圈基体固定连接，另一端与第四
传动轮间隙连接。
12.在一可实施方式中，所述第二机架上固定连接第三轴体，所述第三轴体与所述第三传动轮间隙连接，所述第一机架上固定连接第二轴体，所述第二轴体上间隙连接有第二传动轮。
13.在一可实施方式中，所述轮组单元还包括第二轴承，第四传动轮与第二轴承的内圈固定连接，第二轴承的外圈与第一传动轮固定连接。
14.在一可实施方式中，所述第一传动轮为台阶结构，在第一传动轮的台阶上设有所述第一轴承并与之固定连接，所述第一轴承与轮圈基体固定连接；
15.所述轮组单元还包括环圈，所述第一传动轮的底部凸出于轮圈基体，并且在第一传动轮的底部外周固定有所述环圈。
16.在一可实施方式中，所述动力单元包括第六传动轮、第七传动轮和动力装置，第六传动轮具有轴部和齿部，所述第七传动轮与动力装置的输出端连接，由动力装置带动转动，所述第七传动轮与第六传动轮的齿部传动连接，以带动第六传动轮转动，所述第六传动轮轴部与动力轮固定连接。
17.在一可实施方式中，所述动力单元包括第二机壳、第六轴承和第五轴承，第六传动轮的轴部分别与第六轴承和第五轴承固定连接，第六轴承和第五轴承位于第六传动轮的齿部两侧设置，第六轴承和第五轴承与所述第二机壳固定连接；
18.第二机壳与动力装置外壳固定连接。
19.在一可实施方式中，所述传动单元还包括第一机壳、第四轴承和第三轴承，第六传动轮的轴部与所述第四轴承固定连接，所述第四轴承与第一机壳固定连接，第四传动轮与第三轴承固定连接，所述第三轴承与第一机壳固定连接。
20.在一可实施方式中，所述机器人还包括弹性元件，所述弹性元件竖向向下设置并且所述弹性元件设在第一机壳的左右两端。
21.根据本公开的第二方面，提供了一种机器人，包括上述任一一项实施方式中的所述的一种机器人驱动装置。
22.与现有技术相比，本技术的驱动装置的优点在于：
23.1：本技术驱动装置以动力装置的输出轴为主动轮的旋转轴线为悬架摆动轴线，轮组单元为被动轮的单悬臂浮动、悬架结构，使轮组单元在运动时始终产生垂直接触壁面的压力，使本技术驱动装置可以越过壁面的凸起或凹陷障碍；
24.2：本技术驱动装置与壁面的接触压力不受结构精度、吸附压力影响，可以保证合适的驱动力；
25.3：本技术集成有减速机构的轮组单元降低了驱动装置的空间体积，减速机构是第二机架通过第四传动轮，第一中心齿轮和第三传动轮带动转动时，第二机架转速较快，而第二机架再通过第二传动轮传动到第一机架转动时，第一机架速度相对于第二机架速度减小这种方式实现；结构集成度更高，有利于小型模块化应用；
26.4：因机器人通常设计有吸附单元，对驱动装置的轴向尺寸更敏感，而本技术是采用模块化扁平结构的设计，更适合高空机器人的应用；
27.5：本技术驱动装置在前进运动时可以始终对接触壁面产生压力，再通过包括动力单元和传动单元组成的浮动机构的柔性调整，有利于驱动装置始终保持合适的驱动压力。
28.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
29.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：
30.在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
31.图1示出了本公开实施例的机器人驱动装置的结构示意图一；
32.图2示出了本公开实施例的机器人驱动装置的结构示意图二；
33.图3示出了本公开实施例的机器人驱动装置的结构示意图三；
34.图4示出了本公开实施例的机器人驱动装置的轮组单元的结构示意图一；
35.图5示出了本公开实施例的机器人驱动装置的轮组单元的结构示意图二；
36.图6示出了图3中的a-a向示意图；
37.图7示出了图3中的b-b向示意图；
38.图8示出了本公开实施例的机器人驱动装置的运动示意图；
39.图9示出了本公开实施例的安装有机器人驱动装置的机器人结构示意图。
40.图中标号说明：1-轮组单元，2-传动单元，3-动力单元，10-轮圈，11-外包圈，12-轮圈基体，13-第一轴承，14-第一传动轮，15-环圈，16-第二轴承，17-第一机架，18-第一轴体，19-第二轴体，110-第二传动轮，111-第二机架，112-第三轴体，113-第三传动轮，114-第一中心齿轮，115-第二中心齿轮，21-第三轴承，22-第四传动轮，23-第五传动轮，24-传动件，25-第一机壳，26-动力轮，27-第四轴承，31-第五轴承，32-第六传动轮，33-第六轴承，34-第二机壳，35-第七传动轮，36-动力装置，4-弹性元件，5-机器人机架，6-导向机构，7-负压单元。
具体实施方式
41.为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
42.如图1-7所示，本技术提供了一种机器人驱动装置，包括动力单元3、传动单元2和轮组单元1。动力单元3用于向传动单元2提供动力；动力单元3包括第五轴承31、第六传动轮32、第六轴承33、第二机壳34、第七传动轮35和动力装置36；第六传动轮32具有轴部和齿部，第七传动轮35与动力装置36的输出端连接，由动力装置36带动转动。第七传动轮35与第六传动轮32的齿部传动连接，具体为第七传动轮35与第六传动轮32的齿部相啮合，以带动第六传动轮32转动，第六传动轮32的轴部两端均凸出于其齿部，第六传动轮32的轴部的第一端部与第六轴承33内圈紧固连接。其中，紧固连接用于表征限制互相装配的第六传动轮32与第六轴承33之间的全部自动度，使得两者之间无相对位移的连接方式，后续说明中的紧固连接均用于表征限制互相装配零件全部自动度，使得两者之间无相对位移的连接方式，
以下不做赘述。第六轴承33外圈与第二机壳34紧固连接，第六传动轮32的轴部上还与第五轴承31内圈紧固连接，第五轴承31外圈与第二机壳34紧固连接，第二机壳34还与动力装置36外壳紧固连接，通过动力装置36驱动第七传动轮35转动，进而使第六传动轮32在第二机壳34内转动。动力装置36可选为旋转电机，如图3、图6和图7所示。
43.如图6所示，传动单元2包括第三轴承21、第四传动轮22、第五传动轮23、传动件24、第一机壳25、动力轮26和第四轴承27；动力轮26与动力单元3的第六传动轮32的轴部紧固连接，由第六传动轮32带动同步转动，第六传动轮32的轴部还与第四轴承27内圈紧固连接，第四轴承27设有两个，分别位于动力轮26两侧，第四轴承27外圈与第一机壳25紧固连接。
44.第四传动轮22和第五传动轮23紧固连接(如图5所示，所述第四传动轮22为一个传动轴)，第四传动轮22上紧固连接有第三轴承21，第三轴承21设有两个，分别位于第五传动轮23两侧，第三轴承21与第一机壳25紧固连接。第五传动轮23和动力轮26之间间隙连接传动件24，间隙连接用于表征互相装配的第五传动轮23和动力轮26与传动件24之间间隙配合，使三者之间存在相对运动；间隙连接包括但不限于转动连接，后续说明中的间隙连接用于表征互相装配零件为间隙配合，存在相对运动，以下不做赘述。动力轮26与第六传动轮32的轴部在第一机壳25内同步转动时通过传动件24带动第四传动轮22和第五传动轮23在第一机壳25内同步转动。
45.轮组单元1包括外包圈11、轮圈基体12、第一轴承13、第一传动轮14、环圈15、第二轴承16、第一机架17、第一轴体18、第二轴体19、第二传动轮110、第二机架111、第三轴体112、第三传动轮113、第一中心齿轮114、第二中心齿轮115。外包圈11包覆在轮圈基体12外部并与之紧固连接。第四传动轮22一端穿设在第一传动轮14内，并且第四传动轮22与第二轴承16的内圈紧固连接，第二轴承16的外圈与第一传动轮14紧固连接，第四传动轮22可在第一传动轮14内转动；在第二机架111上固定连接有第三轴体112，第三轴体112与第三传动轮113间隙连接，使第三传动轮113在第二机架111上绕着第三轴体112转动，第三传动轮113为齿轮，在第一机架17上固定连接第二轴体19，第二轴体19上间隙连接有第二传动轮110，使第二传动轮110在第一机架17上绕着第二轴体19转动，第二传动轮110为齿轮。第二传动轮110和第三传动轮113均设有多个，分别分布在第一机架17和第二机架111的表面四周。第四传动轮22一端端部与第一中心齿轮114固定连接，第一中心齿轮114与多个第三传动轮113传动连接，具体为第一中心齿轮114与多个第三传动轮113相啮合，第四传动轮22转动时带动第一中心齿轮114同步转动，使与之啮合的第三传动轮113转动；第二机架111为凸字形结构，第二机架111端部与第二中心齿轮115固定连接，第二中心齿轮115与多个第二传动轮110传动连接，具体为第二中心齿轮115与多个第二传动轮110相啮合，第三传动轮113和第二传动轮110与第一传动轮14内齿圈传动连接，具体为第三传动轮113和第二传动轮110与第一传动轮14内齿圈相啮合，第一机架17与轮圈基体12紧固连接，轮圈基体12与外包圈11紧固连接。第一轴体18穿设于第一机架17和第二机架111并与二者间隙连接，第一轴体18一端与轮圈基体12紧固连接，另一端与第四传动轮22间隙连接。
46.如图6所示，第一传动轮14为台阶结构，在第一传动轮14的台阶上设有第一轴承13并与之紧固连接，第一轴承13与轮圈基体12紧固连接，轮圈基体12与第一传动轮14有相对运动，即轮圈基体12可通过第一轴承13绕第一传动轮14转动。第一传动轮14的底部凸出于轮圈基体12，并且在第一传动轮14的底部外周固定有环圈15。第四传动轮22转动时带动第
一中心齿轮114同步转动，使与之啮合的第三传动轮113绕着第一传动轮14内齿圈转动，第三传动轮113转动时带动第二机架111转动，第二机架111转动时带动第二中心齿轮115同步转动，使第二传动轮110绕着第一传动轮14内齿圈转动，进而带动第一机架17转动，最终带动轮圈基体12和外包圈11同步转动，轮圈基体12转动时则带动第一轴体18在第四传动轮22内转动。
47.本技术实施例中是通过第一机架和第二机架构建二级减速机构达到一方面减速目的，另一方面增加驱动扭矩目的，具体为二级减速机构是通过第四传动轮带动第一中心齿轮转动，第一中心齿轮和第三传动轮传动时，第二机架111转速较快，而第二机架111再通过第二传动轮110带动第一机架17转动时，第一机架17速度相对于第二机架111速度减小，通过两个机架构建二级减速机构，达到减速目的。由此可见，本技术中还可以设置不同级减速机构，比如一级减速机构、三级减速机构等等多级减速机构达到减速目的，这些减速机构是通过机架实现一级一级的减速，比如当采用三级减速机构时，可以在第一机架17的基础上在增设一个第三机架，第三机架17再通过传动轮传动，通过第三机架输出带动轮圈基体转动。亦或者设置一级减速机构，即只设置一个机架，由第四传动轮22通过第一中心齿轮、传动轮传动，使机架带动轮圈10的轮圈基体12转动。因此，减速机构具体是采用一级减速机构还是二级减速机构亦或者三级及以上减速机构可根据实际需求进行调整。通过集成减速机构的轮组单元降低了驱动装置的空间体积，结构集成度更高。此外，本技术还可以通过其他减速机构达到减速增扭目的。
48.在一种实施例中，如图8所示，机器人还包括弹性元件4，弹性元件为弹簧，弹簧竖向向下设置并且弹簧设在第一机壳25的左右两端。
49.本技术机器人驱动装置的工作过程为：动力单元3的动力装置36驱动第七传动轮35转动，第七传动轮35带动与之啮合的第六传动轮32转动，第六传动轮32的轴部带动动力轮26同步转动，动力轮26通过传动件24带动第五传动轮23和第四传动轮22同步转动，第四传动轮22在第一传动轮14内转动，第四传动轮22转动时带动第一中心齿轮114转动，第一中心齿轮114带动与之啮合的第三传动轮113转动，使第三传动轮113绕第一传动轮14内齿圈转动，第三传动轮113转动时带动第二机架111转动，而第二机架111转动时带动第二中心齿轮115转动，第二中心齿轮115带动与之啮合的第二传动轮110转动，使第二传动轮110绕着第一传动轮14内齿圈转动，进而带动第一机架17转动，第一机架17转动带动轮圈基体12和外包圈11同步转动，在轮圈基体12转动的同时带动轴18在第四传动轮22内转动。
50.故，本技术机器人驱动装置的动力装置36通过传动件24的传动，驱动轮组单元1向某一方向运动，当遇到障碍物阻碍时，因障碍物对第一机壳25有阻力，加上动力单元3不断的输出动力，使传动单元2的第一机壳25也产生与驱动轮组单元1相同的运动方向。因为第一机壳25的转动方向朝向接触表面，会对接触表面产生持续的接触压力。受运动的限制，接触不会受接触面障碍物影响产生脱离，对接触表面产生的接触压力趋于平稳，维持较平稳的驱动力。因此当机器人在运动方向有障碍物时，第一机壳25与第二机壳34存在相对运动，轮组单元可以在驱动力的作用下顺利越过障碍物。
51.当轮组单元运动方向与图8的运动关系图相反时，通过采用弹性元件4支撑，依靠弹性元件的弹性使轮组单元与接触表面维持稳定的接触压力。
52.第二方面，本技术还提供了一种机器人，包括上述任一实施例中的机器人驱动装
置。其中，可以机器人包括但不限于：清洁机器人，设置有该驱动装置的机器人，能够实现越过壁面的凸起或凹陷障碍，在前进运动时可以始终对接触壁面产生压力，保证机器人平稳的运行。
53.如图9所示，本技术提供了安装有机器人驱动装置的机器人，该机器人包括机器人驱动装置，还包括负压单元7，机器人机架5和导向机构6，在机器人机架5上安装负压单元7和导向机构6，设有该驱动装置的机器人，能够实现越过壁面的凸起或凹陷障碍，在前进运动时可以始终对接触壁面产生压力，保证机器人平稳的运行。
54.应该理解，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”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本公开中，紧密连接是指互相装配零件可能存在相对运动关系；连接指互相装配零件间不存在明确的约束关系，但互相配合零件间存在机械上的联系关系；间隙连接指互相装配零件为间隙配合，存在相对运动；紧固连接：限制互相装配零件间的全部自动度，无相对位移。
55.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种机器人驱动装置，其特征在于：包括：动力单元(3)，用于向传动单元(2)提供动力；传动单元(2)，所述传动单元包括动力轮(26)、传动件(24)、第四传动轮(22)和第五传动轮(23)，所述动力轮(26)连接于动力单元(3)，由动力单元(3)驱动转动，所述第四传动轮(22)和第五传动轮(23)固定连接，第五传动轮(23)和动力轮(26)之间连接所述传动件(24)；轮组单元(1)，所述轮组单元包括轮圈(10)、第一传动轮(14)、机架和与机架转动连接的传动轮，所述机架至少设有一个，所述机架与轮圈(10)固定连接；所述第四传动轮(22)端部与第一中心齿轮固定连接，第一中心齿轮与所述传动轮传动连接，传动轮与所述第一传动轮(14)内齿圈传动连接，第一传动轮(14)通过第一轴承(13)与轮圈(10)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述机架设有两个，分别设为第二机架(111)和第一机架(17)，第二机架(111)和第一机架(17)上分别转动连接第三传动轮(113)和第二传动轮(110)，第一机架(17)与轮圈(10)固定连接；所述第四传动轮(22)端部与所述第一中心齿轮固定连接，所述第一中心齿轮与第三传动轮(113)传动连接，所述第二机架(111)端部与第二中心齿轮固定连接，所述第二中心齿轮与第二传动轮(110)传动连接，所述第三传动轮(113)和第二传动轮(110)与所述第一传动轮(14)内齿圈传动连接。3.根据权利要求2所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述轮圈(10)包括外包圈(11)和轮圈基体(12)，所述外包圈(11)包覆在轮圈基体(12)外部并与之固定连接，轮圈基体(12)与第一机架(17)固定连接。4.根据权利要求3所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述轮组单元还包括第一轴体(18)，所述第一轴体(18)穿设于第一机架(17)和第二机架(111)并与二者间隙连接，所述第一轴体(18)一端与轮圈基体(12)固定连接，另一端与第四传动轮(22)间隙连接。5.根据权利要求4所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述第二机架(111)上固定连接第三轴体(112)，所述第三轴体(112)与所述第三传动轮(113)间隙连接，所述第一机架(17)上固定连接第二轴体(19)，所述第二轴体(19)上间隙连接有第二传动轮(110)。6.根据权利要求5所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述轮组单元还包括第二轴承(16)，第四传动轮(22)与第二轴承(16)的内圈固定连接，第二轴承(16)的外圈与第一传动轮(14)固定连接。7.根据权利要求6所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述第一传动轮(14)为台阶结构，在第一传动轮(14)的台阶上设有所述第一轴承(13)并与之固定连接，所述第一轴承(13)与轮圈基体(12)固定连接；所述轮组单元还包括环圈(15)，所述第一传动轮(14)的底部凸出于轮圈基体(12)，并且在第一传动轮(14)的底部外周固定有所述环圈(15)。8.根据权利要求1所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述动力单元包括第六传动轮(32)、第七传动轮(35)和动力装置(36)，第六传动轮(32)具有轴部和齿部，所述第七传动轮(35)与动力装置(36)的输出端连接，由动力装置(36)带动转动，所述第七传动轮(35)与第六传动轮(32)的齿部传动连接，以带动第六传动轮(32)转动，所述第六传动轮(32)的轴部与动力轮(26)固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述动力单元包括第二机壳(34)、第六轴承(33)和第五轴承(31)，第六传动轮(32)的轴部分别与第六轴承(33)和第五轴承(31)固定连接，第六轴承(33)和第五轴承(31)位于第六传动轮(32)的齿部两侧设置，第六轴承(33)和第五轴承(31)与所述第二机壳(34)固定连接；第二机壳(34)与动力装置(36)外壳固定连接。10.根据权利要求1所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述传动单元还包括第一机壳(25)、第四轴承(27)和第三轴承(21)，第六传动轮(32)的轴部与所述第四轴承(27)固定连接，所述第四轴承(27)与第一机壳(25)固定连接，第四传动轮(22)与第三轴承(21)固定连接，所述第三轴承(21)与第一机壳(25)固定连接。11.根据权利要求1-10任一一项所述的一种机器人驱动装置，其特征在于：所述机器人还包括弹性元件，所述弹性元件竖向向下设置并且所述弹性元件设在第一机壳(25)的左右两端。12.一种机器人，其特征在于：包括权利要求1-11任一一项所述的一种机器人驱动装置。

技术总结
本实用新型公开了一种机器人驱动装置及机器人，驱动装置包括动力单元，用于向传动单元提供动力；传动单元，所述传动单元包括动力轮、传动件、第四传动轮和第五传动轮，所述动力轮连接于动力单元，由动力单元驱动转动，所述第四传动轮和第五传动轮固定连接，第五传动轮和动力轮之间连接所述传动件；轮组单元，轮组单元包括轮圈、第一传动轮、机架和与机架转动连接的传动轮，所述机架至少设有一个，所述机架与轮圈固定连接；所述第四传动轮端部与第一中心齿轮固定连接，第一中心齿轮与所述传动轮传动连接，传动轮与所述第一传动轮内齿圈传动连接，第一传动轮通过第一轴承与轮圈固定连接。接。接。


技术研发人员：许华旸 刘桐青 朱慧 李鹏建 刘彦雨
受保护的技术使用者：北京史河科技有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/9/13