舵轮模块、机器人底盘及清洁机器人的制作方法

1.本技术属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种舵轮模块、机器人底盘及清洁机器人。

背景技术：

2.清洁机器人，顾名思义就是替代人工完成扫地、洗地等清洁工作的机器人，随着社会的发展，人们对它的要求越来越高，希望有一天它能像人一样智能。要实现这个功能，清洁机器人必须有一个灵活、结实的行走机构，就目前而言，像轮式底盘是它最好的行走工具。
3.清洁机器人目前有众多的型号，机器人底盘也是多种多样，按驱动轮来算有两轮驱动、三轮驱动、四轮驱动，底盘结构有焊接、机加工等各种加工形式，可以根据机器人用途和尺寸进行各种各样的搭配。舵轮模块是机器人底盘中重要的结构模块，主要提供行驶的动力以及执行转向命令。
4.例如一篇申请号为201711059314.9的中国专利公开了一种驱动转向一体化舵轮模块及其应用，包括支撑架，支撑架上顶面设置有转向大齿轮及与转向大齿轮相啮合的转向小齿轮、转向反馈编码器齿轮，支撑架的下底面设置有驱动电机、减速轮、驱动反馈装置、转向反馈装置及转向电机，所述驱动电机与减速轮传动连接，减速轮与驱动反馈装置连接，转向电机与转向小齿轮相啮合，转向反馈编码器齿轮与转向反馈装置连接。
5.针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：转向电机和减速轮基本处于同一高度，而且转向电机位于减速轮的一侧布置，在行驶过程中，转向电机的存在会影响减速轮大角度转向，所以存在转向灵活性比较差和控制精度比较低的问题。

技术实现要素：

6.本技术实施例的目的在于提供一种舵轮模块、机器人底盘及清洁机器人，以解决以下技术问题：
7.常规设计的舵轮模块，存在转向灵活性比较差和控制精度比较低的问题。
8.为实现上述目的，第一方面，本技术采用的技术方案是：
9.提供一种舵轮模块，包括：
10.安装座；
11.驱动单元，安装于所述安装座上；
12.轮毂支架，位于所述安装座远离所述驱动单元的一侧布置；
13.传动单元，安装于所述安装座上，且连接于所述驱动单元和所述轮毂支架之间，所述驱动单元通过所述传动单元驱使所述轮毂支架绕第一方向转动；以及，
14.轮毂电机，绕第二方向转动安装于所述轮毂支架上，所述第二方向垂直于所述第一方向。
15.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述驱动单元包括：
16.减速箱，固定安装于所述安装座上，其输出轴和所述传动单元相连接；以及，
17.驱动电机，与所述减速箱相连接，其输出轴和所述减速箱的输入轴相连接。
18.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述驱动电机为伺服电机且自带有多圈绝对值编码器，所述驱动电机的转向角度控制精度为0.02度。
19.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述传动单元包括：
20.主动齿轮，转动安装于所述安装座上且连接于所述驱动单元；以及，
21.从动齿轮，转动安装于所述安装座上且连接于所述轮毂支架，所述从动齿轮和所述主动齿轮之间啮合传动。
22.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比在2-4之间。
23.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述安装座包括：
24.安装板，所述主动齿轮和所述从动齿轮转动安装于所述安装板上，所述驱动单元固定安装于所述安装板上；
25.齿轮罩，与所述安装板可拆卸装配，所述主动齿轮和所述从动齿轮位于所述齿轮罩的内部；以及，
26.角度限位块，设置在所述安装板和/或所述齿轮罩上，用于限制所述从动齿轮的旋转角度，其角度限位范围为正负170度。
27.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述从动齿轮上固定有旋转轴筒，所述旋转轴筒和所述安装板之间设置有轴承。
28.为实现上述目的，第二方面，本技术采用的技术方案是：
29.提供一种机器人底盘，包括：
30.支撑部件；
31.至少两组定向轮，其中两组所述定向轮分别转动安装于所述支撑部件一端的两侧部；以及，
32.至少一组如上述的舵轮模块，安装于所述支撑部件的另一端。
33.在本技术的一种可实现的技术方案中，所述支撑部件包括：塑料车架以及加强钣金件，所述加强钣金件固定安装于所述塑料车架上。
34.为实现上述目的，第三方面，本技术采用的技术方案是：
35.提供一种清洁机器人，包括机器人主体以及如上述的机器人底盘，所述机器人主体安装于所述支撑部件上。
36.综上所述，本技术至少包括以下一种有益的技术效果：
37.1.轮毂电机工作时，其内部的电机驱动轮毂电机转动，实现舵轮模块的前进和后退目的；安装座为驱动单元、传动单元提供了稳定的安装位置，轮毂支架为轮毂电机提供了稳定的安装位置，驱动单元启动工作时，可以通过传动单元驱使所述轮毂支架竖向转动，轮毂支架再带动轮毂电机转动，实现舵轮模块的转向目的；
38.2.轮毂电机在前进、后退和转向过程中，不易受到其他零配件的隔挡和干扰，具有转向灵活、控制精度高的优点，而且整体结构比较简单，运行时噪声也会比较小，同时整体结构非常紧凑，外形尺寸更小巧，占用安装空间更小，非常实用；
39.3.塑料车架采用尼龙加玻纤材料注塑一体成形的方式加工而成，局部受力较大的
部位采用加强钣金件进行加固，这种结构设计，在开模后结构制造成本低，并且具有很好的强度和刚度，可承载重量比较大，使得支撑部件具备强度高、简单、成本低的优点。
40.4.支撑部件配合舵轮模块使用，整个机器人底盘具有灵活和强壮的特点，同时由于支撑部件结构简单，零部件少，同时也大大减少了机器人底盘的组装耗时，生产效率更高。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本技术实施例提供的舵轮模块的结构示意图。
43.图2为本技术实施例提供的舵轮模块的爆炸图。
44.图3为本技术实施例提供的机器人底盘的结构示意图。
45.图4为本技术实施例提供的清洁机器人的结构示意图。
46.其中，图中各附图标记：
47.100、机器人主体；
48.200、机器人底盘；
49.201、支撑部件；11、塑料车架；111、减重孔；12、加强钣金件；
50.202、定向轮；
51.203、舵轮模块；31、安装座；311、安装板；312、齿轮罩；313、角度限位块；314、旋转轴筒；315、轴承；32、驱动单元；321、减速箱；322、驱动电机；33、轮毂支架；34、传动单元；341、主动齿轮；342、从动齿轮；35、轮毂电机。
具体实施方式
52.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
53.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
54.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.请一并参阅图1-图4，现对本技术实施例提供的舵轮模块、机器人底盘及清洁机器人进行说明。
57.本技术实施例提供一种舵轮模块，请参阅图1和图2，包括：安装座31、驱动单元32、轮毂支架33、传动单元34和轮毂电机35。
58.安装座31的内部设置有腔室，驱动单元32安装于安装座31上且位于安装座31的上方，轮毂支架33位于安装座31远离驱动单元32的一侧布置，即轮毂支架33位于安装座31的下方。
59.传动单元34安装于腔室内，传动单元34连接于驱动单元32和轮毂支架33之间，驱动单元32通过传动单元34驱使轮毂支架33绕第一方向转动，轮毂电机35绕第二方向转动安装于轮毂支架33上，第二方向垂直于第一方向。
60.轮毂电机35是将精密的电机安装于轮毂中，可以省略大量传动部件，让自驱动的滚动结构更简单，进而轮毂电机35在转向过程中，不易因体型硕大而受到其他部件的干扰影响，转向更加灵活、方便。
61.在本实施例中，第一方向为竖直方向，第二方向为水平方向。
62.在本实施例中，驱动单元32包括：减速箱321和驱动电机322。
63.减速箱321固定安装于安装座31上，减速箱321的输出轴和传动单元34相连接，驱动电机322与减速箱321相连接，驱动电机322的输出轴和减速箱321的输入轴相连接，本实施例中，驱动电机322的输出轴朝下布置，而且减速箱321的输出轴同样朝下布置，以便和传动单元34相连接。
64.在本实施例中，为了方便精确控制轮毂电机35的转向角度，驱动电机322为伺服电机且自带有17位多圈绝对值编码器，驱动电机322的转向角度控制精度为0.02度，在其他实施例中，驱动电机322的转向角度控制精度还可以为0.01或者更低。
65.在本实施例中，传动单元34包括：主动齿轮341和从动齿轮342。
66.主动齿轮341转动安装于安装座31上且连接于驱动单元32；从动齿轮342转动安装于安装座31上且连接于轮毂支架33，从动齿轮342和主动齿轮341之间啮合传动，主动齿轮341在转动时，可以带动从动齿轮342一起转动。
67.从动齿轮342和主动齿轮341处于同一水平面上，而且从动齿轮342和主动齿轮341的转动轴线均竖向布置。
68.为了增大轮毂电机35的转向扭矩，以便轮毂电机35轻松转向，主动齿轮341与从动齿轮342的传动比为3，在其他实施例中，上述传动比还可以为2或者4。
69.在本实施例中，轮毂支架33为l形状且金属冲压件，而且轮毂支架33的顶部贴合于从动齿轮342的下表面，轮毂支架33的顶部和从动齿轮342之间通过多组螺钉固定连接。
70.在本实施例中，安装座31包括：安装板311、齿轮罩312和角度限位块313。主动齿轮341和从动齿轮342转动安装于安装板311上，驱动单元32固定安装于安装板311上。
71.齿轮罩312与安装板311可拆卸装配(具体装配方式为螺钉装配)，主动齿轮341和从动齿轮342位于齿轮罩312的内部，齿轮罩312可以将主动齿轮341和从动齿轮342很好的密封起来，有效防止灰尘、污渍进入齿轮啮合面，有效延长齿轮使用寿命。
72.在本实施例中，从动齿轮342上固定有旋转轴筒314，旋转轴筒314和安装板311之间设置有轴承315。轴承315具体为双列角接触轴承，通过轴承315和旋转轴筒314配合使用，
可以确保从动齿轮342的稳定性，进而轮毂支架33和轮毂电机35在转动的过程中，更加稳定。
73.安装板311上开设有供角度限位块313卡接的卡槽，角度限位块313用于限制旋转轴筒314的旋转角度(间接限制从动齿轮342的旋转角度)，旋转轴筒314上设置有的凸起，旋转轴筒314转动到预设位置处时，凸起被角度限位块313隔挡，实现限位目的。
74.角度限位块313的角度限位范围为正负170度，从而确保了轮毂电机35转向的灵活性以及良好的控制性。
75.在其他实施中，角度限位块313还可以单独安装于齿轮罩312上，或者安装于齿轮罩312和安装板311之间。
76.本技术实施例的舵轮模块的工作过程为：
77.轮毂电机35工作时，其内部的电机驱动轮毂电机35转动，实现舵轮模块203的前进和后退目的；安装座31为驱动单元32、传动单元34提供了稳定的安装位置，轮毂支架33为轮毂电机35提供了稳定的安装位置，驱动单元32启动工作时，可以通过传动单元34驱使轮毂支架33竖向转动，轮毂支架33再带动轮毂电机35转动，实现舵轮模块的转向目的。
78.本技术实施例的舵轮模块的有益技术效果为：
79.轮毂电机35在前进、后退和转向过程中，不易受到其他零配件的隔挡和干扰，具有转向灵活、控制精度高的优点，而且整体结构比较简单，运行时噪声也会比较小，同时整体结构非常紧凑，外形尺寸更小巧，占用安装空间更小，非常实用。
80.本技术实施例还提供一种机器人底盘，请参阅图3，包括：支撑部件201、两组定向轮202和一组如上述的舵轮模块203。
81.在其他实施例中，定向轮202的数量可以为三组、四组或者更多，舵轮模块203的数量可以为两组、三组、四组或者更多。
82.在本实施例中，两组定向轮202分别转动安装于支撑部件201一端的两侧部，舵轮模块203安装于支撑部件201的另一端部中部。
83.同时定向轮202同样为驱动轮，即定向轮202的结构和轮毂电机35相一致，可以实现自驱动效果，其区别在于定向轮202的直径小于轮毂电机35的直径。
84.支撑部件201包括：塑料车架11以及加强钣金件12，加强钣金件12通过多组螺钉固定安装于塑料车架11上，塑料车架11上设置有两个减重孔111。
85.加强钣金件12设置有多个，且部分加强钣金件12临近定向轮202布置，另一部分加强钣金件12用于供定向轮202安装。
86.塑料车架11采用尼龙加玻纤材料注塑一体成形的方式加工而成，局部受力较大的部位采用加强钣金件12进行加固，这种结构设计，在开模后结构制造成本低，并且具有很好的强度和刚度，使得支撑部件201具备强度高、简单、成本低的优点。同时由于支撑部件201结构简单，零部件少，同时也大大减少了机器人底盘200的组装耗时，生产效率更高。
87.请一并参阅图3和图4，本技术实施例还提供一种清洁机器人，包括机器人主体100以及如上述的机器人底盘200，机器人主体100安装于机器人底盘200上。
88.具体的，机器人主体100固定安装于支撑部件201上，支撑部件201主要起到承载重量的作用，支撑部件201在图4中因壳体阻挡不展示标记，但图3中展示标记了支撑部件201。
89.机器人底盘200可以带动机器人主体100前进、后退和转向，进而清洁机器人行走
更加灵活。
90.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种舵轮模块，其特征在于，包括：安装座；驱动单元，安装于所述安装座上；轮毂支架，位于所述安装座远离所述驱动单元的一侧布置；传动单元，安装于所述安装座上，且连接于所述驱动单元和所述轮毂支架之间，所述驱动单元通过所述传动单元驱使所述轮毂支架绕第一方向转动；以及，轮毂电机，绕第二方向转动安装于所述轮毂支架上，所述第二方向垂直于所述第一方向。2.如权利要求1所述的舵轮模块，其特征在于，所述驱动单元包括：减速箱，固定安装于所述安装座上，其输出轴和所述传动单元相连接；以及，驱动电机，与所述减速箱相连接，其输出轴和所述减速箱的输入轴相连接。3.如权利要求2所述的舵轮模块，其特征在于，所述驱动电机为伺服电机且自带有多圈绝对值编码器，所述驱动电机的转向角度控制精度为0.02度。4.如权利要求1所述的舵轮模块，其特征在于，所述传动单元包括：主动齿轮，转动安装于所述安装座上且连接于所述驱动单元；以及，从动齿轮，转动安装于所述安装座上且连接于所述轮毂支架，所述从动齿轮和所述主动齿轮之间啮合传动。5.如权利要求4所述的舵轮模块，其特征在于，所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比在2-4之间。6.如权利要求4所述的舵轮模块，其特征在于，所述安装座包括：安装板，所述主动齿轮和所述从动齿轮转动安装于所述安装板上，所述驱动单元固定安装于所述安装板上；齿轮罩，与所述安装板可拆卸装配，所述主动齿轮和所述从动齿轮位于所述齿轮罩的内部；以及，角度限位块，设置在所述安装板和/或所述齿轮罩上，用于限制所述从动齿轮的旋转角度，其角度限位范围为正负170度。7.如权利要求6所述的舵轮模块，其特征在于，所述从动齿轮上固定有旋转轴筒，所述旋转轴筒和所述安装板之间设置有轴承。8.一种机器人底盘，其特征在于，包括：支撑部件；至少两组定向轮，其中两组所述定向轮分别转动安装于所述支撑部件一端的两侧部；以及，至少一组如权利要求1至7任一项所述的舵轮模块，安装于所述支撑部件的另一端。9.如权利要求8所述的机器人底盘，其特征在于，所述支撑部件包括：塑料车架以及加强钣金件，所述加强钣金件固定安装于所述塑料车架上。10.一种清洁机器人，其特征在于，包括机器人主体以及如权利要求8或9所述的机器人底盘，所述机器人主体安装于所述支撑部件上。

技术总结

本申请涉及机器人技术领域，并提供了一种舵轮模块、机器人底盘及清洁机器人，其中，舵轮模块包括：安装座；驱动单元，安装于安装座上；轮毂支架，位于安装座远离驱动单元的一侧布置；传动单元，安装于安装座上，且连接于驱动单元和轮毂支架之间，驱动单元通过传动单元驱使轮毂支架绕第一方向转动；以及，轮毂电机，绕第二方向转动安装于轮毂支架上，第二方向垂直于第一方向；其中，机器人底盘及清洁机器人均包括上述舵轮模块。本申请提供的舵轮模块、机器人底盘及清洁机器人，转向灵活性比较好和控制精度比较高。精度比较高。精度比较高。