一种车轮减震装置和移动机器人的制作方法

1.本技术实施例涉及减震领域，具体涉及一种车轮减震装置和移动机器人。


背景技术：

2.根据现阶段移动机器人的发展情况，轮式移动机器人是移动机器人中的主流方案。目前市面上大多数轮式移动机器人的工作场景都为室内，室内的场景通常较为简单，对机器人的车轮减震结构的移动性能要求较低。而与室内的平整硬质路面不同，户外则有较多坑洼，这些不规则的场景对工作在户外的移动机器人的车轮减震结构的移动性能提出了更高的要求。
3.户外尤其是野外的工作场景会有较多的坑洼、斜坡、积水路面。坑洼路面高低不平，机器人在运动过程中会出现颠簸的情况，颠簸的运动状况会导致其机身发生震动，容易使得其上的一些机械零件以及电子器件发生松动，从而使机器人的某些功能失效；除此之外，颠簸的运动状况也会影响其上安装的传感器的测量效果，例如会使摄像头的拍摄效果大打折扣。因此，户外使用的车轮减震结构需要具备优良的减震功能以适应坑洼路面。
4.现有的车轮减震结构减震效果较差，无法满足野外的工作场景的需要。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种车轮减震装置和移动机器人，用于改善减震效果。
6.本技术实施例第一方面提供了一种车轮减震装置，包括：减震器、悬挂座和轮毂安装座；
7.减震器的第一端与悬挂座的第一孔位铰接，减震器的第二端与轮毂安装座的第一孔位铰接，悬挂座的第二孔位与轮毂安装座的第二孔位铰接，悬挂座的第一孔位、悬挂座的第二孔位和轮毂安装座的第一孔位位于三角形的三个顶点；
8.减震器能够沿减震器轴线方向伸缩，以改变减震器的第一端和减震器的第二端之间的距离；
9.轮毂安装座设置有轮毂安装孔；
10.减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线。
11.基于本技术实施例第一方面，本技术实施例第一方面的第一种实现方式中，减震器为弹簧减震器、气弹簧或液压减震器。
12.基于本技术实施例第一方面或第一方面的第一种实现方式，本技术实施例第一方面的第二种实现方式中，轮毂安装座的第一孔位轴线、轮毂安装座的第二孔位轴线和轮毂安装孔轴线位于同一平面，且相互平行，轮毂安装孔轴线位于轮毂安装座的第一孔位轴线和轮毂安装座的第二孔位轴线之间。
13.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式和第二种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第三种实现方式中，减震器轴线与轮毂安装孔轴线相互垂直。
14.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第三种实现方式任一
种，本技术实施例第一方面的第四种实现方式中，还包括：轮胎；
15.轮胎安装在轮毂安装孔，轮胎的旋转轴线与轮毂安装孔轴线重合。
16.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第四种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第五种实现方式中，还包括：轮毂电机；
17.轮毂电机安装在轮毂安装孔，轮毂电机的输出轴与轮毂安装座固定连接。
18.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第五种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第六种实现方式中，悬架座呈“c”字形，悬架座的开口朝向轮毂安装孔。
19.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第六种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第七种实现方式中，还包括：转向机构；
20.转向机构连接底盘和悬挂座。
21.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第七种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第八种实现方式中，转向机构包括同步带轮、转向轴承座、转向轴；
22.转向轴承座固定安装在底盘，转向轴的第一端固定连接悬挂座，转向轴的第二端固定连接同步带轮，转向轴与转向轴承座之间设置轴承，同步带轮与转向轴承座之间设置轴承。
23.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第八种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第九种实现方式中，转向轴为中空轴，沿转向轴轴线方向设有通孔，通孔允许线缆通过。
24.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第九种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第十种实现方式中，转向机构还包括：限位块；
25.限位块安装在转向轴承座外侧，用于限制转向机构的转动范围。
26.基于本技术实施例第一方面、第一方面的第一种实现方式至第十种实现方式任一种，本技术实施例第一方面的第十一种实现方式中，同步带轮和转向轴承座之间安装有推力球轴承，转向轴的第二端与转向轴承座之间安装有推力球轴承，转向轴的侧壁与转向轴承座之间安装有深沟球轴承。
27.本技术实施例第二方面提供了一种移动机器人，包括：机器人主体和底盘，以及如第一方面所述的车轮减震装置。
28.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
29.本技术中，减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线，相比于减震器轴线与轮毂安装孔轴线相交的方案能够取得更好的减震效果。现有技术减震器轴线与轮毂安装孔轴线相交，因而减震器的一端要铰接与轮毂安装座的上方，这就导致弹簧减震器的长度受到一定限制，从而限制该减震器的减震幅度。本技术减震器轴线与轮毂安装孔轴线不相交，因而减震器与轮毂安装座铰接位置灵活，减震器的长度更长，提升了车轮减震装置的减震效果。
附图说明
30.图1是本技术实施例车轮减震装置的整体结构立体视图；
31.图2是本技术实施例车轮减震装置的整体结构平面视图；
32.图3至图4是本技术实施例车轮减震装置的转向机构平面视图；
33.图5是本技术实施例车轮减震装置的转向机构a-a剖视图；
34.图6是本技术实施例车轮减震装置的减震机构立体视图；
35.图7是本技术实施例车轮减震装置的驱动机构平面视图；
36.附图标记：
37.1-减震机构；101-弹簧减震器；102-悬挂座；103-轮毂安装座；
38.2-驱动机构；201-轮胎；
39.3-转向机构；301-同步带轮；302-转向轴承座；303-限位块；304-推力球轴承；305-深沟球轴承；306-转向轴。
具体实施方式
40.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
41.如图1至图7所示，本技术提供了一种车轮减震装置，包括：减震器、悬挂座和轮毂安装座。
42.减震器的第一端与悬挂座的第一孔位铰接，减震器的第二端与轮毂安装座的第一孔位铰接，悬挂座的第二孔位与轮毂安装座的第二孔位铰接，悬挂座的第一孔位、悬挂座的第二孔位和轮毂安装座的第一孔位位于三角形的三个顶点。
43.悬挂座的第一孔位、悬挂座的第二孔位和轮毂安装座的第一孔位构成的三角形，由于悬挂座的第一孔位和轮毂安装座的第一孔位之间是减震器，因此这个三角形的形状可以改变。
44.减震器能够沿减震器轴线方向伸缩，以改变减震器的第一端和减震器的第二端之间的距离。
45.减震器的第一端和减震器的第二端在减震器轴线上，减震器收缩时减震器的第一端和减震器的第二端相互靠近；减震器伸长时减震器的第一端和减震器的第二端相互远离。
46.轮毂安装座设置有轮毂安装孔。轮毂安装孔用于安装轮毂。
47.减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线。减震器轴线与轮毂安装孔轴线不相交。
48.本技术中，减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线，相比于减震器轴线与轮毂安装孔轴线相交的方案能够取得更好的减震效果。现有技术减震器轴线与轮毂安装孔轴线相交，因而减震器的一端要铰接与轮毂安装座的上方，这就导致弹簧减震器的长度受到一定限制，从而限制该减震器的减震幅度。本技术减震器轴线与轮毂安装孔轴线不相交，因
而减震器与轮毂安装座铰接位置灵活，减震器的长度更长，提升了车轮减震装置的减震效果。
49.如图6所示，本技术实施例的一种实现方式中，减震器为弹簧减震器、气弹簧或液压减震器。
50.使用弹簧减震器、气弹簧或液压减震器，成本较低，且能够实现较好的减震效果。可以根据实际的需要选择不同规格的弹簧减震器、气弹簧或液压减震器。除此之外，也可以选用其他种类的减震器，具体不作限定。
51.如图2所示，本技术实施例的一种实现方式中，轮毂安装座的第一孔位轴线、轮毂安装座的第二孔位轴线和轮毂安装孔轴线位于同一平面，且相互平行，轮毂安装孔轴线位于轮毂安装座的第一孔位轴线和轮毂安装座的第二孔位轴线之间。
52.沿着轮毂安装孔轴线观察轮毂安装座，得到轮毂安装座的主视图，在主视图上轮毂安装座的第一孔位、轮毂安装座的第二孔位和轮毂安装孔在同一直线上，轮毂安装孔在轮毂安装座的第一孔位和轮毂安装座的第二孔位之间。可选的，轮毂安装座的第一孔位和轮毂安装座的第二孔位分别在轮毂安装座的两端。
53.需要说明的是，可以根据具体的设计需求更改零件的位置，例如将轮毂安装座的第一孔位置于轮毂安装座的第二孔位和轮毂安装孔中间，或者将轮毂安装座的第二孔位置于轮毂安装座的第一孔位和轮毂安装孔中间，这两种布置方式同样可以实现减震功能。
54.如图6所示，本技术实施例的一种实现方式中，减震器轴线与轮毂安装孔轴线相互垂直。
55.减震器轴线和轮毂安装孔轴线为空间垂线，二者异面垂直。如此，减震器对轮毂安装座的作用力均垂直于轮毂安装孔轴线，减震器施加在轮毂安装座的力矩与安装孔轴线平行。减震器对轮毂安装座的作用力沿轮毂安装孔轴线的分量为0，能够减少震动冲击对轮毂安装孔的破坏。
56.如图7所示，本技术实施例的一种实现方式中，车轮减震装置还包括轮毂电机。
57.轮毂电机安装在轮毂安装孔，轮毂电机的输出轴与轮毂安装座固定连接。轮毂电机为一体化结构，能够使得传动结构更加简单。
58.本技术实施例的一种实现方式中，车轮减震装置还包括轮胎。
59.轮胎安装在轮毂安装孔，轮胎的旋转轴线与轮毂安装孔轴线重合。轮胎的轮毂与轮毂安装孔配合。
60.车轮减震装置可以使用轮毂电机或普通轮胎，二者二选一。
61.如图2所示，本技术实施例的一种实现方式中，悬架座呈“c”字形，悬架座的开口朝向轮毂安装孔。悬架座呈“c”字形，具有较好的受力结构，能够更好地起到支撑作用。
62.如图3至图5所示，本技术实施例的一种实现方式中，车轮减震装置还包括转向机构。
63.转向机构连接底盘和悬挂座。转向机构能够带动悬挂座相对底盘转动，实现轮胎的转向。
64.本技术实施例的一种实现方式中，转向机构包括同步带轮、转向轴承座、转向轴。
65.转向轴承座固定安装在底盘，转向轴的第一端固定连接悬挂座，转向轴的第二端固定连接同步带轮，转向轴与转向轴承座之间设置轴承，同步带轮与转向轴承座之间设置
轴承。
66.底盘上安装有转向电机，同步带轮通过同步带与转向电机连接，在转向电机的驱动下同步带轮转动，进而带动轮胎转动，实现转向。
67.除了使用同步带轮传动外，还可以使用齿轮传动、电机直驱等，能够实现对转向机构中转向轴的驱动即可，具体不做限制。
68.本技术实施例的一种实现方式中，转向轴为中空轴，沿转向轴轴线方向设有通孔，通孔允许线缆通过。转向轴中空，使得驱动电机、传感器等的供电线缆、信号线缆等能够穿过转向轴，避免线缆暴露，更好地保护线缆。
69.本技术实施例的一种实现方式中，转向机构还包括：限位块。
70.限位块安装在转向轴承座外侧，用于限制转向机构的转动范围。
71.可选的，限位块安装在转向轴承座的底部，悬挂座的上侧设置凸起。转向机构带动悬挂座转动，转动到预设角度，悬挂座的凸起与限位块接触，使得悬挂座不能继续转动，实现限制转向机构的转动范围的作用。
72.本技术实施例的一种实现方式中，同步带轮和转向轴承座之间安装有推力球轴承，转向轴的第二端与转向轴承座之间安装有推力球轴承，转向轴的侧壁与转向轴承座之间安装有深沟球轴承。
73.同步带轮和转向轴承座之间，沿着转向轴轴线的作用力由推力球轴承承受。转向轴承座和转向轴之间，沿着转向轴轴线的作用力由推力球轴承承受。转向轴承座和转向轴之间，沿着转向轴径向的作用力由深沟球轴承承受。
74.除了本实施例中的一对推力球轴承和一对深沟球轴承承受较大的轴向负载和径向负载外，还可以同时采用其他能够承受较大轴向和径向负载的轴承布置方案，如采用一对角接触球轴承或采用交叉滚子轴承等。
75.本技术还提供了一种移动机器人，包括：机器人主体和底盘，以及车轮减震装置。
76.下面给出一个具体实施例：
77.本技术实施例的车轮减震装置由三部分组成，如图1至图7所示，其结构分为转向机构、减震机构和驱动机构。
78.减震机构包括：弹簧减震器、悬挂座、轮毂安装座。
79.驱动机构可以采用一体化集成的轮毂电机。
80.转向机构包括：同步带轮、转向轴承座、限位块、推力球轴承、深沟球轴承、转向轴。
81.驱动机构与地面接触，通过与地面间的摩擦力实现移动底盘的移动；转向机构通过法兰安装在移动底盘上，由转向电机带动实现转向功能；减震机构将转向机构和驱动机构连接起来，并利用其上的弹簧提供一定的减震功能。移动底盘是指能够安装轮子的底盘，可以简称底盘。
82.转向机构示意图如图3至图5所示，该机构主要由同步带轮、转向轴承座、转向轴、轴承及限位块组成。同步带轮通过同步带与转向电机输出轴的同步带轮连接，由转向电机输出的力矩带动该同步带轮转动，从而实现转向机构的转向。转向通过转向机构实现，相比于差速转向，驱动轮与地面的摩擦较小，从而有效的减小了轮胎的磨损以及摩擦产生的噪音。
83.本技术实施例的车轮减震装置主要用于移动底盘上，而移动底盘通常不需要其车
轮实现360
°
转动，因此该转向机构的下侧安装一个限位块，以限制转向机构的旋转角度。该转向机构共有4个轴承，其中两个是深沟球轴承，另外两个是推力球轴承，两对轴承分别能够承受径向力和轴向力，因此，该转向机构既能够承受较大的轴向载荷，又能够承受较大的径向载荷，使得移动底盘整机具有较大的负载能力，同时，由于驱动轮的轮毂较重，在机器人被抬起时，两对轴承也可以承受轮毂的重力。该机构的转向轴具有中空的通孔结构，下方轮毂电机的线缆可以通过该通孔结构进入到底盘内部，从而避免线缆裸露以起到保护线缆的作用。
84.减震机构示意图如图6所示，其主要由悬挂座、弹簧减震器和轮毂安装座组成。悬挂座固定连接在转向机构的转向轴承座法兰上，转向机构旋转带动整个减震机构和驱动机构旋转，从而实现驱动轮的转向。悬挂座适宜采用钣金加工的方式，生产效率高，成本低廉。轮毂安装座一端铰接在悬挂座上，其上有安装驱动轮轴的安装孔，驱动轮绕该轴旋转实现移动底盘的前进与后退。弹簧减震器的两端分别铰接在悬挂座与轮毂安装座上，且弹簧减震器可根据整机安装的状态来调节弹簧的压缩长度，从而使底盘整机在初始状态具有较好的状态，同时也可以根据使用过程中负载大小更换不同刚度的弹簧减震器。减震机构整体由三个零件组成，结构简单，布局紧凑，方便装配，且能很好的起到减震的功能。轮毂安装孔可以简称安装孔。
85.驱动机构示意图如图7所示，主要结构为轮毂电机，轮毂电机可以包括驱动电机和轮胎。驱动电机集成于轮胎内部，具有较高的集成度和模块化。可以根据移动底盘的负载需求与工况选取不同输出扭矩的轮毂电机，以满足移动底盘对平地、坑洼、斜坡和积水路面的通过性。轮毂电机的线缆可以沿着悬挂座，通过转向机构中间的通孔进入到底盘内部，从而避免了线缆裸露在外部，进而避免了线缆被钩挂、缠绕的风险，同时还会减少雨水、光照对线缆的侵蚀，延长其使用寿命。轮毂电机也可以称为驱动电机。
86.进一步的，以四转四驱底盘为例，将四个该车轮减震装置安装于移动底盘的四个角上，在移动底盘自身重力的作用下，减震机构上的弹簧减震器被压缩，驱动轮相对于底盘整机略有抬升。底盘通过坑洼路面时，若某一个车轮遇到凸起时，该车轮的高度相对其他车轮有所提升，其上的弹簧减震器压缩程度增大，驱动轮与底盘整机的距离减小，使得遇到凸起的车轮处底盘并未抬升过多，从而保证底盘整机的稳定性；同理，若某一个车轮遇到凹坑时，由于该车轮始终与地面接触，其高度相对其他车轮有所降低，其上的弹簧减震器压缩程度减小，驱动轮与底盘整机的距离增大，使得遇到凹坑的车轮处底盘并未下降过多，从而保证底盘整机的稳定性。
87.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种车轮减震装置，其特征在于，包括：减震器、悬挂座和轮毂安装座；减震器的第一端与悬挂座的第一孔位铰接，减震器的第二端与轮毂安装座的第一孔位铰接，悬挂座的第二孔位与轮毂安装座的第二孔位铰接，悬挂座的第一孔位、悬挂座的第二孔位和轮毂安装座的第一孔位位于三角形的三个顶点；减震器能够沿减震器轴线方向伸缩，以改变减震器的第一端和减震器的第二端之间的距离；轮毂安装座设置有轮毂安装孔；减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线。2.根据权利要求1所述的车轮减震装置，其特征在于，减震器为弹簧减震器、气弹簧或液压减震器。3.根据权利要求1所述的车轮减震装置，其特征在于，轮毂安装座的第一孔位轴线、轮毂安装座的第二孔位轴线和轮毂安装孔轴线位于同一平面，且相互平行，轮毂安装孔轴线位于轮毂安装座的第一孔位轴线和轮毂安装座的第二孔位轴线之间。4.根据权利要求1所述的车轮减震装置，其特征在于，减震器轴线与轮毂安装孔轴线相互垂直。5.根据权利要求1所述的车轮减震装置，其特征在于，还包括：轮毂电机；轮毂电机安装在轮毂安装孔，轮毂电机的输出轴与轮毂安装座固定连接。6.根据权利要求1所述的车轮减震装置，其特征在于，悬架座呈“c”字形，悬架座的开口朝向轮毂安装孔。7.根据权利要求1所述的车轮减震装置，其特征在于，还包括：转向机构；转向机构连接底盘和悬挂座。8.根据权利要求7所述的车轮减震装置，其特征在于，转向机构包括同步带轮、转向轴承座、转向轴；转向轴承座固定安装在底盘，转向轴的第一端固定连接悬挂座，转向轴的第二端固定连接同步带轮，转向轴与转向轴承座之间设置轴承，同步带轮与转向轴承座之间设置轴承。9.根据权利要求8所述的车轮减震装置，其特征在于，转向轴为中空轴，沿转向轴轴线方向设有通孔，通孔允许线缆通过。10.根据权利要求8所述的车轮减震装置，其特征在于，转向机构还包括：限位块；限位块安装在转向轴承座外侧，用于限制转向机构的转动范围。11.根据权利要求8所述的车轮减震装置，其特征在于，同步带轮和转向轴承座之间安装有推力球轴承，转向轴的第二端与转向轴承座之间安装有推力球轴承，转向轴的侧壁与转向轴承座之间安装有深沟球轴承。12.一种移动机器人，其特征在于，包括：机器人主体和底盘，以及如权利要求1至11任一项所述的车轮减震装置。

技术总结
本申请实施例提供了一种车轮减震装置和移动机器人，用于改善减震效果，包括：减震器、悬挂座和轮毂安装座；减震器的第一端与悬挂座的第一孔位铰接，减震器的第二端与轮毂安装座的第一孔位铰接，悬挂座的第二孔位与轮毂安装座的第二孔位铰接，悬挂座的第一孔位、悬挂座的第二孔位和轮毂安装座的第一孔位位于三角形的三个顶点；减震器能够沿减震器轴线方向伸缩，以改变减震器的第一端和减震器的第二端之间的距离；轮毂安装座设置有轮毂安装孔；减震器轴线与轮毂安装孔轴线互为异面直线。本申请除了能够通过减震器沿减震器轴线方向伸缩吸收震动，还能够利用轮毂安装座相对轮毂安装孔轴线旋转进一步吸收震动，提升了车轮减震装置的减震效果。的减震效果。的减震效果。


技术研发人员：丁宁 付雪奇 陈鑫杰 萨山 郑振粮 张爱东
受保护的技术使用者：深圳市人工智能与机器人研究院
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/7/4