一種場地巡檢機器人的移動底盤及移動方法與流程
2023-09-23 12:32:45
本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種場地巡檢機器人的移動底盤及移動方法。
背景技術：
隨著機器人技術的發展，機器人在人們生活中的應用越來越普遍。機器人將各種功能模塊配置在底盤系統上形成移動底盤，通過移動底盤驅動機器人完成不同位置之間的移動。
針對機器人移動底盤的專利有很多，如cn105835988a提出了一種機器人移動底盤，通過兩組具有獨特蹺蹺板式的萬向輪結構，和兩組驅動輪組成的四輪底盤，使得機器人能有較好地穩定性；如cn105773569a提出一種機器人移動底盤，設置四組全向輪並呈90°均勻安裝於底盤上，形成平行四邊形的獨立懸掛，有較好地穩定和抗震性。
但現有的機器人移動底盤在轉彎過程中仍存在如下缺點：當採用差速式轉彎時，車輪與地面存在較大的靜摩擦，在轉彎過程中車體振動較大，嚴重影響車體及輪胎的使用壽命；當採用前輪偏轉的方式轉弧形彎時，車輪與地面雖然為滾動摩擦，但是由於車身尺寸的原因會使得小車有較大的轉彎半徑，在空間狹小的區域機器人巡檢移動十分不便。
綜上所述，如何解決機器人的移動底盤轉弧形彎時的車輪存在較大的靜摩擦的問題，已成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種場地巡檢機器人的移動底盤及移動方法，以避免機器人的移動底盤轉弧形彎時的車輪存在較大的靜摩擦的問題。
為了實現上述目的，本發明提供了一種場地巡檢機器人的移動底盤，包括底盤單元，所述底盤單元的兩側均設置有車輪，所述車輪連接有驅動單元和偏轉單元，所述驅動單元包括第一子驅動單元和第二子驅動單元，所述第一子驅動單元用於驅動所述底盤單元的左側的所述車輪轉動，所述第二子驅動單元用於驅動所述底盤單元的右側的所述車輪轉動。
優選地，所述偏轉單元包括第一子偏轉單元和第二子偏轉單元，所述第一子偏轉單元用於控制所述底盤單元的左側的所述車輪的偏轉；所述第二子偏轉單元用於控制所述底盤單元的右側的所述車輪的偏轉。
優選地，所述底盤單元的左側的所述車輪包括左主動車輪和左被動車輪，所述第一子驅動單元用於驅動所述左主動車輪；所述底盤單元的右側的所述車輪包括右主動車輪和右被動車輪，所述第二子驅動單元用於驅動所述右主動車輪。
優選地，所述左主動車輪與所述左被動車輪之間通過第一傳動機構連接，且所述左主動車輪和所述左被動車輪的轉動速率相同。
優選地，所述右主動車輪與所述右被動車輪之間通過第二傳動機構連接，且所述右主動車輪和所述右被動車輪的轉動速率相同。
優選地，所述底盤單元上還設置有懸掛單元，所述車輪設置在所述懸掛單元上，且每個所述車輪均對應有獨立的所述懸掛單元。
相比於背景技術介紹內容，上述場地巡檢機器人的移動底盤，通過第一子驅動單元和第二子驅動單元分別驅動底盤單元兩側車輪的轉動，進而能夠實現左側車輪和右側車輪的差速轉動，進而在轉弧形彎時，根據對應的轉彎半徑，第一子驅動單元和第二子驅動單元輸出對應的差速轉速即可避免車輪與路面產生較大的靜摩擦。
這裡需要說明的是，本領域技術人員都應該能夠理解的是，在轉弧形彎時，上述差速轉動和差速轉速均是指兩側車輪的旋轉速度的大小不同，行進方向應為相同的方向。
另外本發明提供了一種場地巡檢機器人的移動方法，所述場地巡檢機器人採用了如上述第二套方案所述的移動底盤，具體移動方法包括：
當需要原地轉彎時，控制所述車輪偏轉，且使每個所述車輪的行進方向與同一個圓相切。
本發明還提供了一種場地巡檢機器人的移動方法，所述場地巡檢機器人採用了如上述第二套方案所述的移動底盤，具體移動方法包括：
當需要轉弧形彎時，控制所述車輪偏轉，且每個所述車輪的行進方向分別與對應的所述弧形彎相切。
本發明還提供了一種場地巡檢機器人的移動方法，所述場地巡檢機器人採用了如上述第二套方案所述的移動底盤，具體移動方法包括：
當需要直行時，控制同側的所述車輪的行進方向在同一直線上，且不同側的所述車輪的行進方向平行。
由於上述第二套方案的場地巡檢機器人的移動底盤的結構具有上述技術效果，因此採用了上述第二套方案的場地巡檢機器人的移動底盤的結構的方法也應具有相應的技術效果，在此不再贅述。
附圖說明
圖1為本發明實施例提供的場地巡檢機器人的移動底盤的結構示意圖；
圖2為本發明實施例提供的場地巡檢機器人的移動底盤轉弧形彎時的結構示意圖；
圖3為本發明實施例提供的場地巡檢機器人的移動底盤原地轉彎時的結構示意圖。
上圖1-3中，
底盤單元1、車輪2、第一子驅動單元3、第二子驅動單元4、第一子偏轉單元5、第二子偏轉單元6、懸掛單元7。
具體實施方式
本發明的核心是提供一種場地巡檢機器人的移動底盤及移動方法，以避免機器人的移動底盤轉弧形彎時的車輪存在較大的靜摩擦的問題。
為了使本領域的技術人員更好地理解本發明提供的技術方案，下面將結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
如圖1-圖3所示，本發明實施例提供的一種場地巡檢機器人的移動底盤，包括底盤單元1，底盤單元1的兩側均設置有車輪2，車輪2連接有驅動單元和偏轉單元，驅動單元包括第一子驅動單元3和第二子驅動單元4，第一子驅動單元3用於驅動底盤單元1的左側的車輪2轉動，第二子驅動單元4用於驅動底盤單元1的右側的車輪2轉動。這裡需要說明的是，第一子驅動單元和第二子驅動單元的數量可以分別是一個，也可以分別有多個，且每個第一子驅動單元分別控制左側對應的一個車輪的轉動速率；每個第二子驅動單元分別控制右側對應的一個車輪的轉動速率。只不過本發明實施例優選採用有且僅有一個第一子驅動單元和有且僅有一個第二子驅動單元，這樣能夠減少驅動機構的數量。
相比於背景技術介紹內容，上述場地巡檢機器人的移動底盤，通過第一子驅動單元和第二子驅動單元分別驅動底盤單元兩側車輪的轉動，進而能夠實現左側車輪和右側車輪的差速轉動，進而在轉弧形彎時，根據對應的轉彎半徑，第一子驅動單元和第二子驅動單元輸出對應的差速轉速即可避免車輪與路面產生較大的靜摩擦。
這裡需要說明的是，本領域技術人員都應該能夠理解的是，在轉弧形彎時，上述差速轉動和差速轉速均是指兩側車輪的旋轉速度的大小不同，行進方向應為相同的方向。
這裡需要說明的是，第一子驅動單元和第二子驅動單元應該還連接有控制器，通過控制器控制驅動單元輸出對應的驅動力，進而能夠實現第一子驅動單元和第二子驅動單元輸出對應的差速轉速。
在一些具體的實施方案中，上述偏轉單元包括第一子偏轉單元5和第二子偏轉單元6，第一子偏轉單元5用於控制底盤單元1的左側的車輪2的偏轉；第二子偏轉單元6用於控制底盤單元1的右側的車輪2的偏轉。通過上述偏轉單元，當需要原地轉彎時，第一子偏轉單元控制左側的車輪偏轉對應的角度，第二子偏轉單元控制右側的車輪偏轉對應的角度，並且使每個車輪的切線落在同一個圓上，進而能夠實現原地轉彎。當然可以理解的是，上述左右兩側的車輪的偏轉分別通過不同的偏轉單元控制僅僅是本發明實施例的優選舉例，也可以是有且僅有一個偏轉單元，通過複雜的偏轉傳動機構分別傳動連接至每個車輪，以實現每個車輪的偏轉角度的控制，只不過通過上述第一子偏轉單元和第二子偏轉單元分別控制使得轉動傳動機構的結構更加簡化，容易實現而已。
為了本領域技術人員能夠更好地理解本發明實施例提供的技術方案，下面結合第一子偏轉單元和第二子偏轉單元的具體結構進行舉例說明：
第一子偏轉單元和第二子偏轉單元一般呈對稱的方式設置在底盤單元上，且均包括有馬達、平移板、偏轉連接杆。馬達驅動平移板向其對應的底盤單元的左側或右側做平移運動，平移板帶動偏轉連接杆做同樣的平移運動，偏轉連接杆帶動車輪垂直於地面方向偏轉對應的角度，並且偏轉連接杆均位於相對其對應的車輪朝向底盤單元中心方向的一側，從而同側的偏轉連接杆帶動的前後車輪的偏轉方向相反。比如左前輪若沿垂直與地面方向順時針偏轉時，則左後輪沿垂直與地面方向逆時針偏轉對應的角度。這裡需要說明的是一般上述馬達採用直線電機驅動，當然可以理解的是上述直線電機僅僅是本發明實施例對於馬達的優選舉例，也可以是普通電機配合滾珠絲槓的結構實現對平移板的驅動，還可以是本領域技術人員常用的其他平移驅動裝置實現，比如還可以是每個車輪對應有一個馬達，馬達驅動對應的偏轉連接杆，偏轉連接杆帶動車輪偏轉，只不過這樣需要布置更多的馬達。
此外上述第一子偏轉單元和第二子偏轉單元還應該包括用於識別平移板特定位置的定位傳感器。通過定位傳感器可以將平移板在行程範圍內停在任意位置，進而通過平移板與偏轉連接杆帶動對應的車輪可偏轉至任意角度。
當馬達帶動平移板運行至第一預設位置時，偏轉連接杆帶動對應的車輪的行進方向呈相互平行狀態，可以實現底盤單元的前進與後退；
當馬達帶動平移板運行至第二預設位置時，偏轉連接杆帶動對應的車輪的行進方向相切於同一個圓上，可以實現底盤單元的原地偏轉。
當馬達帶動平移板運行至第三預設位置範圍時，偏轉連接杆帶動對應的車輪偏轉對應的角度，且左前輪與右前輪偏轉角度相同，左後輪與右後輪的偏轉角度相同，可以實現底盤單元的轉彎前進，並且此時對應不同的偏轉角度，可實現底盤單元擁有不同的轉彎半徑。
在一些更具體的實施方案中，底盤單元1的左側的車輪2包括左主動車輪和左被動車輪，第一子驅動單元5用於驅動左主動車輪；底盤單元1的右側的車輪2包括右主動車輪和右被動車輪，第二子驅動單元6用於驅動右主動車輪。當然可以理解的是，底盤單元1的車輪存在主動輪和被動輪的方式僅僅是本發明實施例的優選舉例，也可以是底盤單元的所有車輪均為主動輪的方式，只不過均為主動輪時，對於各個輪之間的速度的協調關係要求更高，對於驅動部件和傳動部件的精密程度要求更高。並且一般第一子驅動單元和第二子驅動單元對稱布置在底盤單元上，這樣使得整個底盤的部件分布更加均勻，重心更接近與中心，使得機器人移動底盤的平衡穩定性更好。
此外上述左主動車輪與左被動車輪之間可以通過第一傳動機構連接，且左主動車輪和左被動車輪的轉動速率相同；右主動車輪與右被動車輪之間通過第二傳動機構連接，且右主動車輪和右被動車輪的轉動速率相同。通過將主動輪與被動輪利用傳動機構連接，使得僅需要兩個驅動馬達即可實現全部車輪的驅動，每個車輪均具有動力輸出，更加便於機器人適應更加複雜的地形。另外需要說明的是，上述第一傳動機構和第二傳動機構可以是同步帶傳動，也可以是鏈條傳動或齒輪傳動等。
在一些更具體的實施方案中，上述底盤單元1上還設置有懸掛單元7，車輪2設置在懸掛單元7上，且每個車輪均對應有獨立的懸掛單元7。一般來說，上述機器人均採用4個車輪，而每個車輪獨立使用一個懸掛單元，使得機器人的移動底盤行進更加穩定，更能適應更加複雜的地形。並且一般來說，懸掛單元應該包括懸掛臂和避震彈簧。
另外本發明提供了一種場地巡檢機器人的移動方法，場地巡檢機器人採用了如上述第二套方案的移動底盤，具體移動方法包括：
當需要原地轉彎時，控制車輪偏轉，且使每個車輪的行進方向與同一個圓相切。
本發明還提供了一種場地巡檢機器人的移動方法，場地巡檢機器人採用了如上述第二套方案的移動底盤，具體移動方法包括：
當需要轉弧形彎時，控制車輪偏轉，且每個車輪的行進方向分別與對應的弧形彎相切。
本發明還提供了一種場地巡檢機器人的移動方法，場地巡檢機器人採用了如上述第二套方案的移動底盤，具體移動方法包括：
當需要直行時，控制同側的車輪的行進方向在同一直線上，且不同側的車輪的行進方向平行。
由於上述第二套方案的場地巡檢機器人的移動底盤的結構具有上述技術效果，因此採用了上述第二套方案的場地巡檢機器人的移動底盤的結構的方法也應具有相應的技術效果，在此不再贅述。
這裡需要說明的是，本發明提供的場地巡檢機器人的移動方法，在實際應用過程中可以兼具上述原地轉彎的功能、轉弧形彎的功能和直行的功能；也可以是僅包含上述原地轉彎的功能、轉弧形彎的功能和直行的功能中的任意2個功能。
以上對本發明所提供的場地巡檢機器人的移動底盤及移動方法進行了詳細介紹。需要說明的是，本說明書中的各個實施例均採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。
還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括上述要素的物品或者設備中還存在另外的相同要素。
本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。