一种局部全向轮底盘结构的制作方法

1.本发明属于巡检机器人技术领域，具体涉及一种局部全向轮底盘结构。


背景技术：

2.现有技术中，巡检机器人的底盘转向轮体一般是通过两个附带小滚轮的轮盘交错布置，实现全向轮功能，即轮单元自身在任意角度时，都可以侧向无磨损滑动，且不影响正常滚动直线行走，并以此为基础，构建三轮或四轮全向移动底盘；或是通过大小轮周向嵌套布置，在一个轮盘上布置一圈大小轮组合，实现全向轮功能，并以此为基础，构建前轮驱动轮，后轮万向轮的近似全向移动底盘。
3.但，对于前者的三轮或四轮全向轮底盘，由于小辊轮数量较多，其故障率较高，不适合户外工况，并且整个底盘的稳定性不佳，在斜坡上行走很可能会发生侧滑；对于后者，前轮驱动、后轮万向轮底盘中，全向轮同样故障率较高，不适合户外工况，再者对于前驱底盘，越障爬坡性能有其物理极限，远低于四轮驱动底盘，该种方案在斜坡上稳定性不足，斜向爬坡时容易发生甩尾。
4.本技术要解决的技术问题：在运用局部全向轮结构解决近似全向移动的同时，保证底盘的爬坡越障性能不低于四轮驱动底盘，同时，规避全向轮小辊轮多，故障率高，不适用室外工况的缺点。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的局部全向轮底盘结构。
6.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
7.一种局部全向轮底盘结构，包括车架体，所述车架体还连接有前桥组件与后桥组件，所述前桥组件与后桥组件均包括两组轮毂电机，所述轮毂电机分别构成前轮与后轮，所述轮毂电机的缺口位置固定连接有辊轮组件，所述辊轮组件至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件，所述辊轮件的数量至少为两组，所述辊轮件于后轮的最低位置处时，所述辊轮件的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心。
8.作为本发明的进一步优化方案，所述辊轮组件还包括固定架，所述固定架连接有销轴，所述辊轮件套于销轴的表面，且辊轮件与销轴之间还设置有轴承件。
9.作为本发明的进一步优化方案，所述轴承件为接触式密封深沟球轴承。
10.作为本发明的进一步优化方案，所述轴承件的外侧设置有垫片。
11.作为本发明的进一步优化方案，所述前桥组件还包括连接两个前轮的前桥杆件，所述前桥杆件与车架体之间设置有前桥减震弹簧，所述后桥组件还包括后桥杆件，所述后桥杆件与车架体之间还设置有后桥减震弹簧。
12.作为本发明的进一步优化方案，所述车架体还连接有感应开关。
13.本发明第二方面提供了一种全向轮轮体，该轮体包括与轮体固定连接的辊轮组
件，所述辊轮组件，所述辊轮组件至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件，所述辊轮件于后轮的最低位置处时，所述辊轮件的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心。
14.本发明的有益效果在于：本发明的全向轮结构中的底盘布局上省略了外置的驱动电机、减速机结构以及转向结构，同时仍然能保证近似全向行驶功能；规避了全向轮小辊轮数量多导致的故障率高，难以在室外工况应用的缺点；相较于其他全向轮底盘结构，大大加强了越障爬坡性能。
附图说明
15.图1是本发明的整体结构示意图；
16.图2是本发明的图1的侧面结构示意图；
17.图3是本发明去除一组后轮后的结构示意图；
18.图4是本发明的尾部视角的结构示意图；
19.图5是本发明的俯视视角的结构示意图。
20.图中：1、车架体；2、前桥组件；21、前桥杆件；22、前桥减震弹簧；3、后桥组件；31、后桥杆件；32、后桥减震弹簧；4、辊轮组件；41、固定架；42、辊轮件；43、销轴；5、感应开关。
具体实施方式
21.下面结合附图对本技术作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本技术进行进一步的说明，不能理解为对本技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本技术作出一些非本质的改进和调整。
22.实施例1
23.如图1至图5所示，一种局部全向轮底盘结构，包括车架体1，所述车架体1还连接有前桥组件2与后桥组件3，所述前桥组件2与后桥组件3均包括两组轮毂电机，所述轮毂电机分别构成前轮与后轮，所述轮毂电机的缺口位置固定连接有辊轮组件4，所述辊轮组件4至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件42，所述辊轮件42的数量至少为两组，所述辊轮件42于后轮的最低位置处时，所述辊轮件42的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心。
24.进一步的，所述辊轮组件4还包括固定架41，所述固定架41连接有销轴43，所述辊轮件42套于销轴43的表面，且辊轮件42与销轴43之间还设置有轴承件。
25.具体的，所述轴承件为接触式密封深沟球轴承。
26.实际上，所述轴承件的外侧设置有垫片。
27.还需要补充的是，所述前桥组件2还包括连接两个前轮的前桥杆件21，所述前桥杆件21与车架体1之间设置有前桥减震弹簧22，所述后桥组件3还包括后桥杆件31，所述后桥杆件31与车架体1之间还设置有后桥减震弹簧32。
28.进一步的，所述车架体1还连接有感应开关5。
29.需要说明的是，在实际的使用中，辊轮组件4通过螺栓与缺口轮毂电机固定，并使辊轮件42正对轮毂电机轮面缺口，构成完整滚动圆；感应开关5固定在车架上，并保证正对缺口轮毂电机5缺口位置；辊轮件42左右两端分别与一个接触式密封深沟球轴承的外圈装配，销轴43穿过两个接触式密封深沟球轴承内圈，并穿过固定架4的两个轴孔，从而将辊轮
件42与固定架4相连并能相对转动，同时辊轮件42滚动轴相对缺口轮毂电机滚动轴线夹角在90
°
的基础上，根据底盘前后轴距以及左右轮距，额外增加一个偏角，使辊轮件42滚动轴线指向两前轮中点；垫片穿在销轴43上并置于左右两个接触式密封深沟球轴承的外侧，保护接触式密封深沟球轴承不与固定架4磨擦；前桥组件2、后桥组件3如图所示与车架体1通过轴肩螺栓、铜套和铜垫铰接并用减震器相连。其中前桥组件2有两个普通轮毂电机，后桥组件31含有两个局部全向轮底盘结构轮毂电机。
30.在实际的使用中，前桥组件2与后桥组件3提供整机所需的支撑力。轮毂电机提供牵引力，并通过减震器提供的压力保证各种运动环境的抓地力，保证轮毂电机实时与地面接触，并同时过滤掉地面起伏不平对整机的震动输入。
31.当机器人底盘需要直线行驶时，四组轮毂电机同向旋转，满足前进或后退运动；当机器人底盘需要行进间小幅度变向时，四组轮毂电机同向旋转的基础上外侧轮增加、内侧轮减少一定速度实现方向调整；当机器人底盘需要进行近似原地旋转掉头时，后桥组件3的两个局部全向轮底盘结构轮毂电机先通过感应开关的配合调整到特定角度，使辊轮件42着地，然后前桥组件2的两组轮毂电机差速旋转，底盘以两个前桥组件2的轮毂电机的中点为圆心进行旋转，后桥组件3的局部全向轮底盘结构轮毂电机的辊轮件42配合进行旋转，使得全向轮自身做斜向运动配合整机进行旋转。
32.进一步需要说明的是，感应开关5主要是检测辊轮件42的位置，可以采用图像传感器或其他传感器配合相应标记来对辊轮件42的位置进行确定，确保可以需要原地掉头时，辊轮件42可以触及地面，在本实施例中，感应开关5可以选用圆柱螺纹式磁感应开关，感应距离5mm，设定其被触发时，辊轮件42与地面接触，即，当需要进行类似原地转向掉头时，需要先向前或向后略微行驶一段距离，直至磁感应开关有信号，辊轮件42接地后才能进行掉头动作。
33.辊轮件42的数量基于轮毂的稳定性考虑，至少为两组，在实际使用中也可以为多组，基于轮毂的中心均匀分布即可。
34.还需要说明的是，在实际的使用中，当机器人巡逻路线路面宽度比较狭窄，当到达转向点需要立即转向，没有前后可移动空间时，则需要增加小辊轮对数。以轮径300mm为例，当增加到两对辊轮件42时，最多移动300*3.14/4/2＝118mm，即可准备好进行原地掉头转向。
35.原地转向时，前轮左右轮等速反向旋转，后轮轮毂电机主体维持0转速不动，接地小辊轮转速为，
36.ω
x
＝ωc*lr/ri；
37.其中，ωc——整机自转角速度，单位为rad/s；
38.lr——俯视图上看，后轮轮心到两前轮中心，即整机旋转中心的距离，单位为m；
39.ri——接地小辊轮与地面接触点的截面半径，单位为m。
40.实施例2
41.在实施例1的基础上，进一步提出一种全向轮轮体，该轮体包括与轮体固定连接的辊轮组件4，所述辊轮组件4，所述辊轮组件4至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件42，所述辊轮件42于后轮的最低位置处时，所述辊轮件42的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心。
42.需要说明的是，该局部全向轮底盘结构，在使用时，本发明的全向轮结构中的底盘布局上省略了外置的驱动电机、减速机结构以及转向结构，同时仍然能保证近似全向行驶功能；规避了全向轮小辊轮数量多导致的故障率高，难以在室外工况应用的缺点；相较于其他全向轮底盘结构，大大加强了越障爬坡性能。
43.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种局部全向轮底盘结构，其特征在于，包括车架体(1)，所述车架体(1)还连接有前桥组件(2)与后桥组件(3)，所述前桥组件(2)与后桥组件(3)均包括两组轮毂电机，所述轮毂电机分别构成前轮与后轮，所述轮毂电机的缺口位置固定连接有辊轮组件(4)，所述辊轮组件(4)至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件(42)，所述辊轮件(42)的数量至少为两组，所述辊轮件(42)于后轮的最低位置处时，所述辊轮件(42)的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心。2.根据权利要求1所述的一种局部全向轮底盘结构，其特征在于：所述辊轮组件(4)还包括固定架(41)，所述固定架(41)连接有销轴(43)，所述辊轮件(42)套于销轴(43)的表面，且辊轮件(42)与销轴(43)之间还设置有轴承件。3.根据权利要求2所述的一种局部全向轮底盘结构，其特征在于：所述轴承件为接触式密封深沟球轴承。4.根据权利要求3所述的一种局部全向轮底盘结构，其特征在于：所述轴承件的外侧设置有垫片。5.根据权利要求4所述的一种局部全向轮底盘结构，其特征在于：所述前桥组件(2)还包括连接两个前轮的前桥杆件(21)，所述前桥杆件(21)与车架体(1)之间设置有前桥减震弹簧(22)，所述后桥组件(3)还包括后桥杆件(31)，所述后桥杆件(31)与车架体(1)之间还设置有后桥减震弹簧(32)。6.根据权利要求1-5任一所述的一种局部全向轮底盘结构，其特征在于：所述车架体(1)还连接有感应开关(5)。7.一种全向轮轮体，其特征在于，该轮体包括与轮体固定连接的辊轮组件(4)，所述辊轮组件(4)，所述辊轮组件(4)至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件(42)，所述辊轮件(42)于后轮的最低位置处时，所述辊轮件(42)的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心。

技术总结
本发明涉及一种局部全向轮底盘结构。该局部全向轮底盘结构，包括车架体，所述车架体还连接有前桥组件与后桥组件，所述前桥组件与后桥组件均包括两组轮毂电机，所述轮毂电机分别构成前轮与后轮，所述轮毂电机的缺口位置固定连接有辊轮组件，所述辊轮组件至少包括可绕自身轴线转动的辊轮件，所述辊轮件的数量至少为两组，所述辊轮件于后轮的最低位置处时，所述辊轮件的自身转动轴线指向前桥中心，也即是整机的旋转中心；该局部全向轮底盘结构，相较于其他全向轮底盘结构，大大加强了越障爬坡性能。能。能。


技术研发人员：周宇翔 陈青戈 祝涛剑 柏林 刘彪
受保护的技术使用者：广州高新兴机器人有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/14