移动机器人底盘的驱动轮安装结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种移动机器人底盘，尤其是一种底盘驱动轮安装结构。


背景技术：

2.如图1和图2所示，目前室内移动机器人底盘常用的布局形式为：底盘的四角呈矩形安装四个从动脚轮，从动脚轮采用万向轮，底盘的中部两侧呈左右布置驱动轮。为保证驱动轮在地面的抓地力，驱动轮通常安装有上下行程较大的弹性悬挂机构。为了兼顾机器人外观，两侧从动脚轮的间距一般小于两驱动轮的间距。
3.如图3所示，当机器人受到左右方向的扰动时，由于驱动轮可以通过弹性悬挂机构上下运动，因此机器人的侧倾旋转点为内侧从动脚轮与地面的接触点。此时底盘外侧受到的支持力为外侧悬挂弹力，即f
外
=e-δe
外
，其中，f外表示外侧悬挂弹力，单位牛顿；e表示悬挂初始状态的弹力，单位牛顿；δe
外
表示外侧悬挂侧倾状态的弹力变化量的绝对值，单位牛顿；底盘内侧受到的支持力为内侧悬挂弹力，即f
内
= e+δe
内
，其中，f
内
表示内侧悬挂弹力，单位牛顿，e表示悬挂初始状态的弹力，单位牛顿；δe
内
表示内侧悬挂侧倾状态的弹力变化量的绝对值，单位牛顿，两者差值较小，对侧倾抑制能力弱，影响运行姿态和运行安全。
4.增大驱动轮悬挂机构的劲度系数可以提高驱动轮对底盘的支撑能力，增强横向稳定性。但是过大的悬挂劲度系数会导致机器人在加减速或者越障时发生纵摇或弹跳，并限制可用悬挂行程，从而降低纵向稳定性和越障能力。受机器人重量、重心高度、负载大小、最小驱动力、底盘尺寸、轮子分布位置、悬挂行程等大量参数的限制，可能无法找出一个合适的劲度系数来兼顾横向稳定性、纵向稳定性和越障能力。


技术实现要素：

5.为了完成兼顾横向稳定性、纵向稳定性和越障能力的移动机器人底盘驱动轮安装结构设计，并以较低的成本解决该问题，本实用新型提供了一种移动机器人底盘的驱动轮安装结构，在其两侧驱动轮悬挂机构的摇臂上固定连接一道横向稳定板，利用该横向稳定板防止侧倾，削弱了横向稳定性对悬挂机构的劲度系数的要求，悬挂机构的劲度系数只需满足纵向稳定性和越障能力，降低了设计难度和生产成本。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：移动机器人底盘的驱动轮安装结构，包括底板，底板的中部左、右各通过悬挂机构安装有第一驱动轮和第二驱动轮，所述悬挂机构包括安装座，通过铰轴铰接在安装座上的悬挂摇臂，悬挂摇臂的活动端与底板之间安装有悬挂弹簧，左、右的两悬挂摇臂之间固定连接有横向稳定板，横向稳定板和悬挂弹簧分别位于所述铰轴的两侧。
7.所述横向稳定板连接于与悬挂摇臂一体成型的安装面上，当第一驱动轮和第二驱动轮相对于底板的悬挂高度一致时，左、右的安装面为轴对称设置，所述横向稳定板的横截面的宽厚比大于2，以横向稳定板的宽面贴合所述安装面固定。
8.所述横向稳定板通过螺钉固定连接在所述安装面上，所述螺钉的中心线位于横向
稳定板宽度方向的中心。
9.通过折弯方式使其横向稳定板的中部凸向底板。
10.所述悬挂摇臂的中部设置有驱动轮轴安装槽。
11.本实用新型的有益效果是：以横向稳定板有效抑制底盘的侧倾趋势，悬挂机构的劲度系数只需满足纵向稳定性和越障能力的要求，降低了设计难度。
附图说明
12.图1是移动机器人底盘的驱动轮、从动轮布置示意图。
13.图2是驱动轮悬挂机构的示意图。
14.图3是图1的安装结构在侧倾状态的受力示意图。
15.图4是本实用新型移动机器人底盘的驱动轮安装结构的示意图。
16.图5是图4的安装结构在侧倾状态的受力示意图。
17.图6是图5状态下的局部立体结构示意图。
18.图7是图4的安装结构在越过大于驱动轮间距（左第二驱动轮高低相同）的障碍物时的示意图。
19.图8是图4的安装结构在越过小于驱动轮间距（左第二驱动轮高低不同）的障碍物时的示意图。
20.图中标记为：1-底板，2-第一驱动轮，3-第二驱动轮，4-悬挂摇臂，5-悬挂弹簧，6-横向稳定板，7-安装面，8-螺钉，9-从动脚轮，10-驱动轮安装槽，11-安装座，12-铰轴。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
22.如图1、图2和图4所示，本实用新型的移动机器人底盘的驱动轮安装结构，包括底板1，底板1的中部左、右各通过悬挂机构安装有第一驱动轮2和第二驱动轮3，所述悬挂机构包括安装座11，通过铰轴12铰接在安装座11上的悬挂摇臂4，悬挂摇臂4的活动端与底板1之间安装有悬挂弹簧5，该部分结构与现有技术相同，如图4所示，于左、右的两悬挂摇臂4之间固定连接有横向稳定板6，横向稳定板6与悬挂摇臂4的连接处位于两悬挂摇臂4的铰轴12的同一侧，即未安装悬挂弹簧5的那一侧，亦即横向稳定板6和悬挂弹簧5分别位于所述铰轴12的两侧。横向稳定板6由具有一定弹性的金属材料制成，以保证其使用寿命。
23.如图5和图6所示，设置横向稳定板6后，当机器人发生侧倾时，内侧驱动轮上移，外侧驱动轮下移，两悬挂摇臂4绕铰轴12发生方向相反的转动，该运动通过悬挂摇臂4传递到横向稳定板6，迫使横向稳定板6发生扭转变形，该变形趋势产生的反向的扭力t(单位牛顿)又通过悬挂摇臂4及悬挂弹簧5反作用于底盘。此时底盘的外侧受到的反作用力为外侧弹力减去扭力，即f外=e-δe
外-t，底盘内侧受到的反作用力为内侧弹力加上扭力，即f内=e+δe
内
+t，两者差值较大，从而有效的抑制侧倾。悬挂机构的劲度系数只需满足纵向稳定性和越障能力的要求，降低了设计难度。
24.如图7所示，当机器人在加减速或者越过大于底板宽度的障碍物时，两侧驱动轮受力情况一致，可同步上下运动，两悬挂摇臂4绕铰轴12发生方向相同角度也相同的转动，横向稳定板6不会产生扭力反作用于底盘，因此不影响机器人的纵向稳定性和越障能力。
25.如图8所示，当机器人遇到左右高低不同的障碍物时，两侧驱动轮不再同步上下运动，此时横向稳定板将产生扭力，若扭力太大，则会导致一侧驱动轮对地面压力降低过多，发生打滑现象，而合适的扭力大小t(单位牛顿)与地面摩擦系数μ、悬挂弹力e(单位牛顿)、驱动轮重力g(单位牛顿)、最小驱动力f(单位牛顿)的关系为t≤e+g-f/μ，该式中变量较少，计算简单，且设计时可通过调整横向稳定板的厚度和截面形状来改变其扭转刚度，从而限制扭力大小，由此使底盘获得非常优秀的运动性能。
26.实施例：
27.参见图1，如图4所示，本实用新型的移动机器人底盘的驱动轮安装结构包括底板1，底板1的中部左、右各通过悬挂机构安装有第一驱动轮2和第二驱动轮3，第一驱动轮2和第二驱动轮3相对于底板1的纵轴为轴对称设置，底盘的四角呈矩形安装四个从动脚轮，从动脚轮采用万向轮，两侧从动脚轮的间距小于两驱动轮的间距。所述悬挂机构包括安装座11、悬挂摇臂4和悬挂弹簧5，悬挂摇臂4通过铰轴12铰接在安装座11上，悬挂摇臂4的中部设置有驱动轮轴安装槽10，以方便将驱动轮安装在悬挂摇臂4上，悬挂摇臂4的活动端与底板1之间安装有悬挂弹簧5，从而形成弹性悬挂。与悬挂摇臂4一体成型的安装面7与悬挂弹簧5分别位于铰轴12的两侧，当第一驱动轮2和第二驱动轮3相对于底板1的悬挂高度一致时，左、右的安装面7亦为轴对称，于左、右的安装面7上通过螺钉8固定连接有横向稳定板6，横向稳定板6为轴对称结构，大体为u形板，通过折弯方式使其横向稳定板6的中部凸向底板1，目的是尽量减小因安装横向稳定板6所造成的底板1离地距离减小的影响，横向稳定板6的横截面的宽厚比大于2，横向稳定板6的宽面贴合所述安装面7固定，使用安装面7来固定横向稳定板可以可靠的传导所述扭力，且方便更换，螺钉8的中心线位于横向稳定板6的宽度方向的中心，使其在前进、后退方向上横向稳定板6均能起到基本等同的增加横向稳定性的作用。