本發明屬于機器人機構設計技術領域，具體涉及一種機器人車體懸掛系統。

背景技術：

懸掛系統是汽車車架與車輪或車橋之間一切連接裝置的總稱，同樣也適用于機器人移動平臺中的運用。通過懸掛系統，可以有效得降低移動平臺的震動，緩解平臺關鍵零件之間的沖擊，提高平臺的穩定性和可靠性。

懸掛系統主要分為獨立懸掛和非獨立懸掛系統兩種。非獨立懸掛系統是指兩個車輪相互聯系，一側車輪的跳動同時也會影響到另一側車輪的跳動，這種懸掛系統比價簡單，常見于重載車輪的懸掛應用。而獨立懸掛系統中各個車輪都有各自的懸掛機構，彼此相互獨立，互不干擾。在RoboMasters機器人比賽時應用的一種非獨立懸掛系統——前擺式懸掛的麥克納姆輪移動平臺。實際比賽中，這種懸掛結構的減震效果明細，在崎嶇的比賽場地上，搭載在平臺上的攝像頭始終能采集清晰的圖像。這種懸掛結構中的避震彈簧的反作用力主要在水平方向，而不是承擔移動平臺重力的豎直方向，因而對機架結構強度的利用率比較低，機架需要加強來抑制內部的作用力，不適用于重載荷的移動平臺。同時，由于使用的是電機，電機加上減速箱部分偏長，如果想在豎直方向安裝減震器，就需要設計在電機的減速箱上方，這樣做導致設計底盤機架的時候減震器另一點的安放位置偏高，一同平臺總體就偏高了，導致機器人行走穩定性差。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述問題，提供一種結構簡單、性能可靠的機器人車體懸掛系統。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種機器人車體懸掛系統，包括懸掛機構、連軸機構、電機、驅動器以及車輪，所述懸掛機構包括支撐架、連桿組件、橫臂組件以及減震器，所述支撐架和連桿組件、橫臂組件組成雙平行四邊形機構，所述減震器位于雙平行四邊形機構之間且呈豎直方向其兩端分別連接支撐架和連桿組件，所述電機位于懸掛機構的下部并與連桿組件固定連接，所述連軸機構用于連接電機輸出軸和車輪，所述驅動器卡設于電機上。

優選地，所述連軸機構包括連軸箱、法蘭聯軸器和滾動軸承，所述連軸箱包括連軸箱座和內嵌式端蓋，所述連軸箱座與電機固定連接，所述法蘭聯軸器的法蘭端與車輪固定連接，法蘭聯軸器的軸套穿設端蓋且末端位于連軸箱座空腔內，所述滾動軸承的內圈套設于法蘭聯軸器的軸套上，且其外圈嵌入端蓋內，所述電機的輸出軸與所述軸套鍵連接。

優選地，所述軸套上卡設有軸卡，用于限定滾動軸承的軸向移動。

優選地，所述滾動軸承為深溝球軸承。

優選地，所述橫臂組件包括橫臂一、橫臂二、橫臂三以及橫臂四，所述連桿組件包括連桿一、連桿二，以及兩端分別與連桿一上部和連桿二上部固定連接的固定桿，所述橫臂一、橫臂二的兩端均分別與支撐架左側邊、連桿一鉸接組成第一平行四邊形機構，所述橫臂三、橫臂四的兩端均分別與支撐架右側邊、連桿二鉸接組成第二平行四邊形機構，所述減震器位于第一平行四邊形機構和第二平行四邊形機構之間且兩端分別與支撐架上側中部、固定桿中部。

優選地，所述連桿組件上還設有固定架，所述固定架圍繞車輪且其上安裝有超聲波傳感器。

優選地，所述車輪采用麥克納姆輪。

優選地，所述驅動器卡設于靠近電機編碼器的一端。

優選地，所述電機為行星減速電機。

本發明的有益效果是：本發明所提供的機器人車體懸掛系統，基于模塊化設計的核心思想，集合了“電機+驅動+車輪懸掛結構”，整合了機械結構和電路控制，形成了一個單獨完整的功能模塊，該懸掛系統為獨立的子系統，可作為通用模塊與其他產品要素進行組合，構成的新的系統，產生不同的功能或者相同功能、不同性能的系列產品。該懸掛系統，環境適應能力強，在不同環境中運動，都能保證機器人車輪與地面的良好貼合，運動平穩性好，結構簡單、性能可靠，值得在業內推廣。

附圖說明

圖1是本發明機器人車體懸掛系統的結構示意圖；

圖2是本發明機器人車體懸掛系統的側視圖；

圖3是本發明機器人車體懸掛系統的懸掛機構示意圖；

圖4是本發明機器人車體懸掛系統的連軸機構爆炸圖；

圖5是本發明機器人車體懸掛系統的連軸機構爆炸俯視圖；

圖6是本發明機器人車體懸掛系統的連軸機構剖視圖。

附圖標記說明：1、懸掛機構；11、支撐架；12、減震器；13、橫臂一；14、橫臂二；15、橫臂三；16、橫臂四；17、連桿一；18、固定桿；19、連桿二；2、連軸機構；21、法蘭聯軸器；22、滾動軸承；23、連軸箱座；24、端蓋；25、軸卡；26、頂絲；3、電機；31、平鍵；4、車輪。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明：

如圖1-6所示，本發明的機器人車體懸掛系統，包括懸掛機構1、連軸機構2、電機3、驅動器(圖中未示出)以及車輪4，懸掛機構1包括支撐架11、連桿組件、橫臂組件以及減震器12，支撐架11和連桿組件、橫臂組件組成雙平行四邊形機構，減震器12位于雙平行四邊形機構之間且呈豎直方向其兩端分別連接支撐架11和連桿組件，電機3設置于懸掛機構1的下部，并通過連軸機構2與車輪4連接，驅動器卡設于電機3上并于電機電路連接。

在本實施例中，車輪4采用麥克納姆輪。麥克納姆輪(Mecanum Wheel)簡稱麥輪，是由瑞典人BengtIlon在1973年設計的。每個麥克納姆輪上都沿著輪子的輪廓，朝一定的角度斜放著一圈鼓形輥子，所以麥克納姆輪在運動的時候具有3個旋轉的自由度。由于麥克納姆輪的輥子曲線是根據麥輪中心圓擬合出來的，因此為了保證麥克納姆輪輪系的精確控制，在設計懸掛系統時，需盡可能得時刻保持麥輪與地面的垂直。

如圖4-6所示，連軸機構2包括連軸箱、法蘭聯軸器21和滾動軸承22。連軸箱包括連軸箱座23和與連軸箱座23端口固定連接的端蓋24。連軸箱座23與電機3固定連接。法蘭聯軸器21的法蘭端與車輪4固定連接，法蘭聯軸器21的軸套穿設端蓋24且末端位于連軸箱座23內。滾動軸承22的外圈、內圈分別與端蓋24、軸套配合連接。電機3的輸出軸與軸套鍵連接。

在本實施例中，滾動軸承22為深溝球軸承。連軸箱座23整體為外方中空結構，中空為圓柱形通孔。端蓋24采用內嵌式，也開設圓柱形通孔。連軸箱座23的后段部分呈“十字”對稱結構，該結構可減少連軸箱座23強度冗余，在保證結構強度的同時可減少體積減輕重量，節約耗材成本。連軸箱座23的后端部分還開設有長條孔，該長條孔為工藝孔，是為實際裝配過程中便于后續安裝頂絲26而設計。連軸箱座23前段部分的內側壁設有平臺，用于滾動軸承22一側面的軸向限位。連軸箱座23四角分別設有一個固定孔，通過前述固定孔使用M4的內六角杯頭螺絲使連軸箱座23與電機3相固定。同時，連軸箱座23前段四側面還分別設有一個安裝孔，通過該安裝孔使用M3的內六角杯頭螺絲使內嵌式端蓋24與連軸箱座23相固定。

法蘭聯軸器21包括法蘭盤和軸套，法蘭盤與軸套一體成型。法蘭盤上開設有三個安裝孔，通過安裝孔采用M6內六角螺絲將法蘭聯軸器21與車輪4固定連接。以法蘭端為左，軸套上從左至右設有三級階梯狀凸臺。滾動軸承22套設在中間凸臺上且其外圈嵌入在端蓋24內，滾動軸承22的軸向限位一側由端蓋24提供，另一側通過前述連軸箱座23前段部分的平臺提供。中間凸臺的外表面上設有環形凹槽，軸卡25設置在該環形凹槽內。左端凸臺和軸卡25共同作用進一步限制了滾動軸承22與聯軸器之間的軸向運動，因而使聯軸器和電機3的輸出軸之間有了初步的軸向約束。右端凸臺的內表面上下相對位置處分別設有鍵槽孔和螺紋孔。電機3輸出軸上設有平鍵31，平鍵31和鍵槽孔緊配合連接，為聯軸器增加了一層徑向約束。螺紋孔數量為兩個，通過螺紋孔安裝兩個頂絲26，進一步加強了聯軸器和電機3輸出軸之間的約束，使車輪4和電機3輸出軸之間建立了良好的軸系約束。

需要說明的是，法蘭聯軸器21與車輪4之間以及連軸箱座23與電機3之間的固定連接方式，并不限于本實施例所述，而當采用螺絲固定時，具體的安裝/固定孔個數以及螺絲個數并沒有特殊的限制。該連軸機構2的創新點在于連軸箱座23的設計，以及連軸箱座23、聯軸器和滾動軸承22共同形成的對車輪4和電機3輸出軸之間的良好的軸系約束，從而大大減小了車輪4對電機3輸出軸的沖擊。

如圖1-3所示，橫臂組件包括橫臂一13、橫臂二14、橫臂三15以及橫臂四16，連桿組件包括連桿一17、連桿二19，以及兩端分別與連桿一17上部和連桿二19上部固定連接的固定桿18，橫臂一13、橫臂二14的兩端均分別與支撐架11左側邊、連桿一17鉸接組成第一平行四邊形機構，橫臂三15、橫臂四16的兩端均分別與支撐架11右側邊、連桿二19鉸接組成第二平行四邊形機構，減震器12位于第一平行四邊形機構和第二平行四邊形機構之間且兩端分別與支撐架11上側中部和固定桿18中部連接。

在本實施例中，支撐架11整體采用門字型結構。門字型橫部設有上支撐座，門字型兩豎部的下段均設有下支撐座。上支撐座為M型結構，M型頂部的中間處具有兩個平行的安裝耳座。下支撐座為平板結構。連桿一17、連桿二19以及固定桿18也構成門字型結構，固定桿18一側邊的中間處也具有兩個平行的安裝耳座。橫臂一13的兩端分別鉸接于上支撐座左側邊和連桿一17的上端，橫臂二14的兩端分別鉸接于左邊的下支撐座和連桿一17的下端，組成第一平行四邊形機構。橫臂三15的兩端分別鉸接于上支撐座右側邊和連桿二19的上端，橫臂四16的兩端分別鉸接于右邊的下支撐座和連桿一17的下端，組成第二平行四邊形機構。進一步的，為加強橫臂組件的結構強度，在橫臂一13和橫臂三15之間、橫臂二14和橫臂四16之間均設有連接板，連接板的兩端通過螺絲固定在各橫臂上。減震器12的上端通過螺絲與上支撐座的兩個安裝耳座固定連接，其下端通過螺絲于固定桿18的兩個安裝耳座固定連接。進一步的，圍繞車輪4設有一固定架(圖中未示出)，該固定架的兩端與連桿一17和連桿二19固定連接。固定架上于車輪4外側邊安裝有超聲波傳感器(圖中未示出)，用于實現機器人移動過程中，兩側邊的避障功能。

本發明中的懸掛結構利用平行四邊形的原理，可以保證麥克納姆輪始終與地面垂直。同時采用了雙連桿，結構的強度相對于前擺式懸掛的強度更高。

進一步的，在本實施例中，電機3采用行星減速電機。行星減速電機的法蘭盤設為方形結構。電機3位于整個懸掛機構1的下部，即穿過支撐架11下方，方形法蘭盤卡設于連桿一17、連桿二19、固定桿18之間，并通過螺絲固定連接。連軸箱座23固定在該法蘭盤上。現有技術中行星減速電機的法蘭盤為圓形，該方形法蘭盤十分便于電機3的安裝固定，不僅限于本發明的使用，當將行星減速電機安裝于別處時，同樣便于固定，提高安裝效率。電機3靠近編碼器一端設有卡座，驅動器通過卡座固定在電機3上。經發明人大量實驗發現，由于現有技術中，驅動器和電機3往往分開設置，如果驅動器和電機3之間存在相對運動，就經常會出現由于驅動器和編碼器之間的連接電線松動而導致對電機3的控制出現問題。因而，本發明人將把驅動器和電機3固定在一起，從而很好的解決了這個問題，同時，把電機3和其驅動這兩個相關程度很高的要素整合在一起，也是模塊化設計理念的一種體現。

本發明所提供的機器人車體懸掛系統，基于模塊化設計的核心思想，集合了“電機+驅動+麥克納姆輪懸掛結構”，整合了機械結構和電路控制，形成了一個單獨完整的功能模塊，該懸掛系統為獨立的子系統，可作為通用模塊與其他產品要素進行組合，構成的新的系統，產生不同的功能或者相同功能、不同性能的系列產品。

本領域的普通技術人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發明的原理，應被理解為本發明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領域的普通技術人員可以根據本發明公開的這些技術啟示做出各種不脫離本發明實質的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發明的保護范圍內。