CN108116525B - 单驱动的机器人底盘 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单驱动的机器人底盘。该机器人底盘包括底板、支架、右驱动轮、左驱动轮、轮轴、电机、主动齿轮、从动齿轮、小锥齿轮、大锥齿轮、转向机构、轴承、轮支架、转向轮。本发明采用双槽轮加长短臂曲柄机构作为机器人底盘的转向机构，电机同时驱动左右驱动轮转动以及控制转向机构转动，最终实现机器人底盘的例如8字型的曲线型运动轨迹。本发明具有单驱动、控制简单并能实现例如8字型的曲线型运动功能等优点。

Description

单驱动的机器人底盘

技术领域

本发明涉及一种机器人底盘，更具体地说，本发明涉及一种单驱动的可以实现例如8字型运动轨迹的机器人底盘。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，以供人观赏和娱乐为目的的娱乐机器人得到了广泛的发展。轮式娱乐机器人是娱乐机器人的一种重要的类型。轮式娱乐机器人适合在平坦的地面上进行运行，且具有速度快、运动效率高、运动噪声小、低功耗等优点。中国实用新型专利CN206029852U(申请号：CN201620874666.4)公开了一种机器人底盘，包括三个在底盘以120度间隔分布的全向轮，每个全向轮都与电机连接，该底盘采用了三个电机和三个全向轮。中国发明专利CN107009344A(申请号：CN201710413283.6)公开了一种两轮驱动的运动机器人底盘，该底盘采用了两个电机和两个驱动轮。上述的两种底盘虽然都可以实现8字型运动，但是均采用了多个驱动电机，需要对多个电机进行精确控制，存在控制难度高、成本高等问题。

发明内容

针对现有技术的上述技术问题，本发明提供了一种单驱动的机器人底盘，该机器人底盘特别地可以用作娱乐机器人底盘。

一种单驱动的机器人底盘，所述底盘包括支撑结构和直接或间接安装到所述支撑结构的驱动机构、驱动轮、传动机构、转向机构、轮支架和转向轮，所述驱动机构驱动所述驱动轮转动，所述传动机构将所述驱动机构的转动传递到所述转向机构，

其中，所述转向机构包括大槽轮、小槽轮、长短臂曲柄、直齿轮a和直齿轮b，所述小槽轮和所述直齿轮a同轴固定连接，且转动连接到所述支撑结构，所述大槽轮和所述直齿轮b同轴固定连接，且转动连接到所述支撑结构，所述直齿轮a与所述直齿轮b啮合，所述长短臂曲柄的旋转轴连接到所述传动机构，所述转向轮能转动地安装到所述轮支架，所述轮支架固定连接到所述直齿轮b的旋转轴，

所述长短臂曲柄包括固定连接到其旋转轴的长臂部分和短臂部分，所述长臂部分和所述短臂部分分别能够与所述大槽轮的槽和所述小槽轮的槽接合而带动所述轮支架沿相反方向转动。

在一种实施方式中，所述驱动机构包括：电机、轮轴、主动齿轮和从动齿轮，所述电机固定到所述支撑结构，所述主动齿轮固定连接到所述电机的输出轴，所述从动齿轮固定安装到所述轮轴，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮，所述左驱动轮和所述右驱动轮固定安装在所述轮轴的轴向两端，所述轮轴转动连接到所述支撑结构。

在一种实施方式中，所述传动机构包括小锥齿轮和大锥齿轮，所述小锥齿轮固定到所述轮轴，所述大锥齿轮固定到所述长短臂曲柄的旋转轴，所述小锥齿轮与所述大锥齿轮啮合。

在一种实施方式中，所述长臂部分和所述短臂部分从所述旋转轴起朝向相反方向延伸。

在一种实施方式中，所述长臂部分的远端设有第一拨销，所述短臂部分的远端设有第二拨销，所述第一拨销和所述第二拨销分别从所述长臂部分和所述短臂部分起向相反方向延伸。

在一种实施方式中，在所述大槽轮和所述小槽轮处于第一状态时，所述长臂部分的第一拨销进入所述大槽轮的槽，随着所述长短臂曲柄的转动而拨动所述大槽轮并带动所述小槽轮沿第一方向转动第一角度后，所述大槽轮和所述小槽轮进入第二状态，所述长臂部分的第一拨销与所述大槽轮的槽脱离；

所述长短臂曲柄继续转动第二角度之后所述短臂部分的第二拨销进入处于所述第二状态的所述小槽轮的槽，随着所述长短臂曲柄的转动而拨动所述小槽轮沿第二方向转动所述第一角度后，所述大槽轮和所述小槽轮回到所述第一状态，所述短臂部分的第二拨销与所述小槽轮的槽脱离，所述第一方向和所述第二方向相反。

在一种实施方式中，所述底盘还包括用于将所述大槽轮和所述小槽轮保持于所述第一状态和所述第二状态的限位结构。

在一种实施方式中，沿竖直方向观察，所述大槽轮和所述小槽轮至少部分重叠。

在一种实施方式中，所述大槽轮的半径/所述小槽轮的半径＝所述长臂部分的长度/所述短臂部分的长度＝所述大槽轮的中心到所述长短臂曲柄的旋转轴的中心的距离/所述小槽轮的中心到所述长短臂曲柄的旋转轴的中心的距离。

在一种实施方式中，所述直齿轮a和所述直齿轮b的模数、齿数、齿轮宽度均相同。

本发明的单驱动的机器人底盘具有单驱动、控制简单并能实现例如8字型等曲线型运动功能等优点。

附图说明

图1为本发明的机器人底盘的立体图。

图2为本发明的机器人底盘的爆炸视图。

图3为本发明的机器人底盘的转向机构爆炸视图。

图4为本发明的机器人底盘的转向机构的原理图。

图5示出了本发明的机器人底盘的转向机构的部分零件的尺寸关系。

附图标记说明

1.底板、2.支架、3.右驱动轮、4.左驱动轮、5.轮轴、6.电机、7.主动齿轮、8.从动齿轮、9.小锥齿轮、10.大锥齿轮、11.转向机构、111.大槽轮、111A.槽、111B.镂空、112.小槽轮、112A.槽、113.长短臂曲柄、113A.旋转轴、113B.长臂部分、113C.短臂部分、113D.第一拨销、113E.第二拨销、114.直齿轮a、115.直齿轮b、12.轴承、13.轮支架、14.转向轮。

具体实施方式

下面参照说明书附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

参见图1和图2所示，该机器人底盘包括底板1、支架2、右驱动轮3、左驱动轮4、轮轴5、电机6、主动齿轮7、从动齿轮8、小锥齿轮9、大锥齿轮10、转向机构11、轴承12、轮支架13、转向轮14。

参见图3所示，所述转向机构11包括大槽轮111、小槽轮112、长短臂曲柄113、直齿轮a 114、直齿轮b 115。

支架2通过螺栓固定在底板1上，右驱动轮3和左驱动轮4分别通过销固定在轮轴5的轴向两端。轮轴5穿过支架2中的两个圆柱孔中，轮轴5可以绕圆柱孔转动。电机6通过螺栓固定在支架2上，电机6的输出轴与主动齿轮7通过销进行固定，从动齿轮8通过销固定在轮轴5上，且主动齿轮7和从动齿轮8可以进行啮合。小锥齿轮9通过销固定在轮轴5上，小锥齿轮9和从动齿轮8同轴设置，大锥齿轮10固定在长短臂曲柄113的旋转轴113A上，小锥齿轮9可以与大锥齿轮10啮合。长短臂曲柄113的旋转轴113A穿过支架2，使长短臂曲柄113与支架2转动连接。大槽轮111与直齿轮b 115的旋转轴通过销固定，小槽轮112与直齿轮a 114的旋转轴通过销固定，大槽轮111和直齿轮b 115同轴设置，小槽轮112和直齿轮a 114同轴设置，直齿轮a 114位于小槽轮112下方，直齿轮b115位于大槽轮111下方，直齿轮b 115和直齿轮a114可以进行啮合，且直齿轮b 115和直齿轮a 114的模数、齿数、齿轮宽度均相同。长短臂曲柄113包括长臂部分113B和短臂部分113C，长臂部分113B的一端和短臂部分113C的一端均连接在长短臂曲柄113的旋转轴113A上，长臂部分113B的另一端和短臂部分113C的另一端向相反方向延伸，长臂部分113B的另一端的第一拨销113D和短臂部分1113C的另一端的第二拨销113E向相反方向延伸，具体的，长臂部分113B的第一拨销113D向上延伸，短臂部分113C的第二拨销113E向下延伸。长短臂曲柄113中的长臂部分113B的第一拨销113D尺寸小于或等于大槽轮111中槽111A的宽度，且长短臂曲柄113中的长臂部分113B的第一拨销113D可以在大槽轮111的槽111A中进行相对滑动，为了使第一拨销113D便于在大槽轮111的槽111A中相对滑动，第一拨销113D可以为圆柱体。长短臂曲柄113中的短臂部分113C的第二拨销113E尺寸小于或等于小槽轮112的槽112A的宽度，且长短臂曲柄113中的短臂部分113C的第二拨销113E可以在小槽轮112的槽112A中进行相对滑动，为了使第二拨销113E便于在小槽轮112的槽112A中相对滑动，第二拨销113E可以为圆柱体。在高度方向上，大槽轮111在小槽轮112上方，长短臂曲柄113位于大槽轮111下方，且位于小槽轮112上方。小槽轮112通过直齿轮a 114的旋转轴穿过底板1与底板1转动连接。大槽轮111通过直齿轮b 115的旋转轴穿过轴承12与轮支架13固定连接，轴承12固定在底板1的圆柱孔中。转向轮14转动连接到轮支架13上，转向轮14的转动轴线与轮支架13的转动轴线垂直。

下面参照图5说明大槽轮111、小槽轮112和长短臂曲柄113的尺寸关系，图5仅示出尺寸关系，不用于说明连接关系。

AB表示大槽轮111的半径；

CD表示小槽轮112的半径；

BE表示长短臂曲柄113的长臂部分113B的长度(长短臂曲柄113的旋转轴113A的中心到长臂部分113B的圆柱拨销113D的中心的距离)；

DE表示长短臂曲柄113的短臂部分113C的长度(长短臂曲柄113的旋转轴113A的中心到短臂部分113C的圆柱拨销113E的中心的距离)；

AE表示长短臂曲柄113的旋转轴113A的中心到大槽轮111的旋转轴的中心的中心距；

CE表示长短臂曲柄113的旋转轴113A的中心到小槽轮112的旋转轴的中心的中心距；

A点、C点、E点可以形成一条直线，该直线沿机器人的前进方向将底板1(机器人底盘)等分为左右两部分，A点、B点、E点可以构成一个三角形，C点、D点、E点可以构成一个三角形，三角形ABE和三角形CDE为相似三角形(但不包括全等三角形)。

本发明的工作原理：

参照图4说明单驱动的8字型运动轨迹的机器人底盘实现其8字型运动轨迹的工作原理：

如图1所示，工作时，电机6带动相互啮合的主动齿轮7与从动齿轮8转动，从动齿轮8带动轮轴5、右驱动轮3、左驱动轮4和小锥齿轮9转动。右驱动轮3和左驱动轮4开始转动后，娱乐机器人底盘开始前进。小锥齿轮9带动大锥齿轮10转动，转向机构11处于如图4的(a)所示的状态(箭头表示对应零件的旋转方向)，大槽轮111和小槽轮112处于第一状态，大锥齿轮10带动长短臂曲柄113转动，进而长短臂曲柄113中的长臂部分113B带动大槽轮111和直齿轮b 115转动，直齿轮b 115带动轮支架13转动，同时直齿轮b 115带动直齿轮a114和小槽轮112转动，转动一定角度直至运动到如图4的(b)所示的状态，此时，大槽轮111和小槽轮112处于第二状态。长短臂曲柄113中的长臂部分113B脱离大槽轮111的槽以后，大槽轮111、直齿轮b 115、小槽轮112、直齿轮a 114和轮支架13停止转动，只有长短臂曲柄113继续转动，直至运动到如图4的(c)所示的状态，此时，大槽轮111和小槽轮112仍处于第二状态。长短臂曲柄113中的短臂部分113C的第二拨销113E嵌入进小槽轮112中的槽112A中，带动小槽轮112和直齿轮a 114转动，直齿轮a 114带动直齿轮b 115和大槽轮115转动，且直齿轮b115带动轮支架13向相反方向转动，直至运动到如图4的(d)所示的状态，此时，大槽轮111和小槽轮112回到第一状态。长短臂曲柄113中的短臂部分113C的第二拨销113E脱离小槽轮112的槽112A以后，大槽轮111、直齿轮b 115、小槽轮112、直齿轮a 114和轮支架13停止转动，只有长短臂曲柄113继续转动，直至运动到如图4的(a)所示的状态。以上运动完成了转向机构11的一个周期运动，机器人在行进中通过轮支架13的摆动完成两次方向相反的转向，使机器人实现8字型的运动轨迹，转向机构11完成多个周期运动可以实现重复的8字型运动轨迹。

进一步的，由于大槽轮111和小槽轮112都只需要在长短臂曲柄113的带动下在固定的角度内往复转动，为了防止在长短臂曲柄113脱离大槽轮111或小槽轮112之后，大槽轮111和小槽轮112受其他因素影响而转动，导致的长短臂曲柄113卡死，对大槽轮111和小槽轮112中的至少一者做出限位，例如在大槽轮112上开设扇形的镂空111B，在底板1上突出有限位部，使限位部限制在镂空111B内，即可限制大槽轮111的转动角度。

作为一个示例，但是非限制性地，长短臂曲柄113中的长臂部分113B的长度与大槽轮111的半径相等，长短臂曲柄113中的短臂部分113C的长度与小槽轮113C的半径相等。

可以理解，大槽轮111的半径与长臂部分的113B长度之和大于大槽轮111的中心到长短臂曲柄113的旋转轴113A的中心的距离，小槽轮112的半径与短臂部分113C的长度之和大于小槽轮112的中心到长短臂曲柄113的旋转轴113A的中心的距离。

虽然在以上的具体实施方式中对本发明的具体技术方案进行了详细地阐述，但是还需要说明的是：

1、虽然上述实施方式中使用主动直齿轮7和从动直齿轮8带动驱动轴转动，然而本发明不限于此，还可以使用斜齿轮或其他传动方式。

2、虽然上述实施方式中使用小锥齿轮9和大锥齿轮10将左右延伸的轮轴5的转动转换成了长短臂曲柄113的绕沿竖直方向延伸的旋转轴113A的转动，然而本发明不限于此，还可以使用蜗轮蜗杆的方式传动，具体的，蜗杆与轮轴5同轴连接，蜗轮与长短臂曲柄113的旋转轴固定连接，蜗杆与蜗轮啮合。

3、本发明的机器人底盘不限于进行8字型运动，而是可以进行S形等其它曲线运动。

4、可以单独由支架来支撑长短臂曲柄113、直齿轮a 114和直齿轮b 115而省略底板1，因而，本发明的支撑结构可以包括支架，或者包括支架2和底板1。

Claims (10)

1.一种单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述底盘包括支撑结构和直接或间接安装到所述支撑结构的驱动机构、驱动轮、传动机构、转向机构、轮支架和转向轮，所述驱动机构驱动所述驱动轮转动，所述传动机构将所述驱动机构的转动传递到所述转向机构，

其中，所述转向机构包括大槽轮、小槽轮、长短臂曲柄、直齿轮a和直齿轮b，所述小槽轮和所述直齿轮a同轴固定连接，且转动连接到所述支撑结构，所述大槽轮和所述直齿轮b同轴固定连接，且转动连接到所述支撑结构，所述直齿轮a与所述直齿轮b啮合，所述长短臂曲柄的旋转轴连接到所述传动机构，所述转向轮能转动地安装到所述轮支架，所述轮支架固定连接到所述直齿轮b的旋转轴，

所述长短臂曲柄包括固定连接到其旋转轴的长臂部分和短臂部分，所述长臂部分和所述短臂部分分别能够与所述大槽轮的槽和所述小槽轮的槽接合而带动所述轮支架沿相反方向转动。

2.根据权利要求1所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述驱动机构包括：电机、轮轴、主动齿轮和从动齿轮，所述电机固定到所述支撑结构，所述主动齿轮固定连接到所述电机的输出轴，所述从动齿轮固定安装到所述轮轴，所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮，所述左驱动轮和所述右驱动轮固定安装在所述轮轴的轴向两端，所述轮轴转动连接到所述支撑结构。

3.根据权利要求2所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述传动机构包括小锥齿轮和大锥齿轮，所述小锥齿轮固定到所述轮轴，所述大锥齿轮固定到所述长短臂曲柄的旋转轴，所述小锥齿轮与所述大锥齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述长臂部分和所述短臂部分从所述旋转轴起朝向相反方向延伸。

5.根据权利要求1所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述长臂部分的远端设有第一拨销，所述短臂部分的远端设有第二拨销，所述第一拨销和所述第二拨销分别从所述长臂部分和所述短臂部分起向相反方向延伸。

6.根据权利要求5所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，在所述大槽轮和所述小槽轮处于第一状态时，所述长臂部分的第一拨销进入所述大槽轮的槽，随着所述长短臂曲柄的转动而拨动所述大槽轮并带动所述小槽轮沿第一方向转动第一角度后，所述大槽轮和所述小槽轮进入第二状态，所述长臂部分的第一拨销与所述大槽轮的槽脱离；

所述长短臂曲柄继续转动第二角度之后所述短臂部分的第二拨销进入处于所述第二状态的所述小槽轮的槽，随着所述长短臂曲柄的转动而拨动所述小槽轮沿第二方向转动所述第一角度后，所述大槽轮和所述小槽轮回到所述第一状态，所述短臂部分的第二拨销与所述小槽轮的槽脱离，所述第一方向和所述第二方向相反。

7.根据权利要求6所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述底盘还包括用于将所述大槽轮和所述小槽轮保持于所述第一状态和所述第二状态的限位结构。

8.根据权利要求1所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，沿竖直方向观察，所述大槽轮和所述小槽轮至少部分重叠。

9.根据权利要求1所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述大槽轮的半径/所述小槽轮的半径＝所述长臂部分的长度/所述短臂部分的长度＝所述大槽轮的中心到所述长短臂曲柄的旋转轴的中心的距离/所述小槽轮的中心到所述长短臂曲柄的旋转轴的中心的距离。

10.根据权利要求1所述的单驱动的机器人底盘，其特征在于，所述直齿轮a和所述直齿轮b的模数、齿数、齿轮宽度均相同。