该技术已申请专利。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种车轮行程检测装置及行走机器人。


背景技术：

2.在工业4.0的时代背景下，智能化成为了主流，机器人的融合应用也越来越普遍。例如，在工业制造方面，各种机械臂凭借高负载、高精准的操作能力取代了工人的双手；在物流配送方面，智能仓储机器人和无人搬运车也不断提高着运输效率；在生活服务方面，送餐机器人和清洁机器人也给生活提供了很多便利。
3.大多数机器人具备行走能力，通过车轮实现行走功能。为了精准控制机器人的移动行程，通常利用激光雷达、红外测距等方式获取不同时刻机器人与障碍物或参照物之间的距离，以进一步利用算法换算出机器人的位移。然而，这种方式容易受到光线、天气等外部环境的影响，导致最终得到的机器人位移信息不够精确。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种车轮行程检测装置及行走机器人；该车轮行程检测装置对车轮行程的检测结果不易受到外部环境的影响，能够得到相对更准确的行程信息。
5.其技术方案如下：
6.一个实施例提供了一种车轮行程检测装置，包括：
7.轮本体，所述轮本体具有轮毂，所述轮毂的内壁设有第一传动部；
8.轮轴，所述轮轴设有第二传动部，所述第二传动部与所述第一传动部传动配合，以使所述轮轴与所述轮本体传动连接；
9.编码器，所述编码器用于检测所述轮轴的角位移，以获取所述轮本体的移动行程。
10.上述车轮行程检测装置，轮本体和轮轴之间通过第一传动部和第二传动部进行传动，通过纯机械的连接，使得轮轴的角位移能够真实反映轮本体的角位移，从而使编码器测得的角位移数据更为准确，以进一步转换为轮本体的移动行程数据；相比激光、红外等检测后通过算法计算的方式，直接对轮轴的角位移进行检测并获取行程的方式不易受到外部光线等的影响，使得测得的结果更为准确。
11.下面进一步对技术方案进行说明：
12.在其中一个实施例中，所述第一传动部包括设在所述轮毂的内壁的第一配合槽，所述第二传动部包括设在所述轮轴上的传动体，所述传动体的至少一部分位于所述第一配合槽内。
13.在其中一个实施例中，所述第二传动部还包括设在所述轮轴上的第二配合槽，所述传动体为设在所述第二配合槽内的键。
14.在其中一个实施例中，所述轮轴设有第一轴肩和第二轴肩，所述第二传动部位于所述第一轴肩和所述第二轴肩之间，所述轮毂的内壁设有限位肩，所述第一传动部位于所
述限位肩和所述轮毂的第一端之间，所述轮毂的第一端通过所述第一轴肩与所述轮轴抵接，所述车轮行程检测装置还包括第一挡圈，所述第一挡圈固定在所述轮轴上并与所述第二轴肩和所述限位肩均抵接。
15.在其中一个实施例中，所述车轮行程检测装置还包括轴承组件和固定设置的轴承座，所述轴承座用于安装所述轴承组件，所述轮轴通过所述轴承组件与所述轴承座转动连接。
16.在其中一个实施例中，所述轴承组件包括第一轴承、第二轴承和轴套，所述第一轴承和所述第二轴承均套设在所述轮轴上，且所述第一轴承和所述第二轴承均设在所述轴承座上并位于所述轮轴和所述轴承座之间，所述轴套套设在所述轮轴上并位于所述第一轴承和所述第二轴承之间。
17.在其中一个实施例中，所述轴承座设有挡肩，所述轮轴设有第三轴肩和第四轴肩，所述第三轴肩在所述轮轴上形成环形槽，所述环形槽的位置与所述挡肩的位置相匹配，所述第一轴承具有第一内圈和第一外圈，所述第一内圈套设在所述轮轴上并与所述第四轴肩抵接，所述第一外圈与所述挡肩抵接；
18.所述轮轴设有第五轴肩，所述第一轴承和所述第二轴承均位于所述第四轴肩和所述第五轴肩之间，所述轴承组件还包括第二挡圈和第三挡圈，所述第二挡圈固定在所述轮轴上并与所述第五轴肩抵接，所述第三挡圈固定在所述轴承座上，所述第二轴承具有第二内圈和第二外圈，所述第二内圈套设在所述轮轴上并与所述第二挡圈抵接，所述第二外圈与所述第三挡圈抵接。
19.在其中一个实施例中，所述轴承组件还包括第二螺母，所述第二螺母与所述轮轴螺接并将所述第二挡圈抵压在所述第五轴肩上；所述轮轴还设有卡位槽，所述卡位槽设有至少一个并环绕所述轮轴的外周设置。
20.在其中一个实施例中，所述车轮行程检测装置还包括安装座和联轴器，所述安装座与所述轴承座固定，所述编码器设在所述安装座上，所述编码器具有输出轴，所述联轴器连接所述输出轴和所述轮轴，以使所述编码器与所述轮轴传动连接；
21.或，所述编码器安装在所述轴承座上，所述编码器设有检测通孔，所述轮轴的一端通过所述检测通孔伸入所述编码器内。
22.另一个实施例提供了一种行走机器人，包括机器人本体和设在所述机器人本体上的如上述任一个技术方案所述的车轮行程检测装置。
23.上述行走机器人，采用前述的车轮行程检测装置，以获取更为准确的移动行程信息，从而更好的控制行走轨迹。
附图说明
24.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.此外，附图并不是以1:1的比例绘制，并且各个元件的相对尺寸在附图中仅示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。
27.图1为本实用新型实施例中车轮行程检测装置的整体结构截面；
28.图2为图1实施例中轮本体与轮轴的装配结构截面图；
29.图3为图1实施例中轮轴与轴承组件的装配结构截面图；
30.图4为图1实施例中轮轴与编码器的装配结构示意图；
31.图5为图1实施例中轴承座的整体结构示意图。
32.附图标注说明：
33.100、轮本体；110、轮毂；111、第一配合槽；112、限位肩；120、轮辋；130、轮辐；200、轮轴；211、传动体；212、第二配合槽；221、第一轴肩；222、第二轴肩；223、第三轴肩；224、第四轴肩；225、第五轴肩；226、环形槽；230、卡位槽；300、编码器；310、输出轴；411、第一挡圈；412、第一螺母；510、第一轴承；511、第一内圈；512、第一外圈；520、第二轴承；521、第二内圈；522、第二外圈；530、轴套；540、轴承座；541、挡肩；542、安装通孔；551、第二挡圈；552、第三挡圈；553、第二螺母；554、固定螺钉；610、安装座；620、联轴器。
具体实施方式
34.下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：
35.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
36.请参照图1至图4，一个实施例提供了一种车轮行程检测装置，包括轮本体100、轮轴200和编码器300，轮本体100和轮轴200传动连接，编码器300用于检测轮轴200的角位移，从而转换为轮本体100的行程数据。其中：
37.如图2所示，轮本体100具有轮毂110，轮毂110的内壁设有第一传动部。
38.如图2所示，轮本体100具有轮毂110、轮辋120和连接轮毂110与轮辋120的轮辐130，其中，轮毂110的内壁设有第一传动部，以与轮轴200的第二传动部传动连接；轮辋120的外侧套设轮胎，轮胎的角位移与轮毂110的角位移相同。
39.如图2所示，轮轴200设有第二传动部，第二传动部与第一传动部传动配合，以使轮轴200与轮本体100传动连接。
40.可选地，轮轴200与轮毂110的传动配合可以是键槽与花键配合，例如第一传动部为设在轮毂110的内壁上的键槽，第二传动部为设在轮轴200上的花键或与轮轴200配合的花键，以进一步与键槽配合。
41.可选地，轮轴200与轮毂110的传动配合也可以是方形槽与方形端头配合，例如第一传动部为设在轮毂110的内壁的方形槽，第二传动部为设在轮轴200的端部的方形端头。
42.当然，第一传动部和第二传动部也可以是齿形结构配合，例如第一传动部为设在轮毂110的内壁的多个齿形槽，第二传动部为设在轮轴200上的多个齿，以同样实现传动效果。
43.如图1和图4所示，编码器300用于检测轮轴200的角位移，以获取轮本体100的移动行程。
44.编码器300用于检测并得到轮轴200的角位移，因轮轴200与轮毂110的传动配合的，因此，轮毂110的角位移与轮轴200的角位移是相同的，而因轮胎是套设在轮辋120上的，因此，轮胎的角位移与轮轴200的角位移也是相同的，编码器300检测得到的轮轴200角位移即可进一步转换为轮胎的线位移，也即得到车轮的移动行程。
45.该车轮行程检测装置，轮本体100和轮轴200之间通过第一传动部和第二传动部进行传动，通过纯机械的连接，使得轮轴200的角位移能够真实反映轮本体100的角位移，从而使编码器300测得的角位移数据更为准确，以进一步转换为轮本体100的移动行程数据；相比激光、红外等检测后通过算法计算的方式，直接对轮轴200的角位移进行检测并获取行程的方式不易受到外部光线等的影响，使得测得的结果更为准确。
46.在一个实施例中，请参照图2，第一传动部包括设在轮毂110的内壁的第一配合槽111，第二传动部包括设在轮轴200上的传动体211，传动体211的至少一部分位于第一配合槽111内。
47.如图2所示，轮毂110的内壁设有第一配合槽111，第一配合槽111大致沿轮本体100的轴向延伸开设，传动体211与轮轴200大致是固定的，当轮轴200转动时，通过传动体211的伸入第一配合槽111内的部分带动轮本体100同步转动，实现可靠的传动效果。
48.在一个实施例中，请参照2，第二传动部还包括设在轮轴200上的第二配合槽212，传动体211为设在第二配合槽212内的键。
49.如图2所示，第二配合槽212沿轮轴200的轴向延伸开设，且第二配合槽212的槽长与第一配合槽111的槽长大致相等，传动体211为固设在第二配合槽212内的键，键的一部分位于第一配合槽111内，从而实现轮轴200与轮毂110的传动。
50.可选地，传动体211为设在轮轴200上的平键。
51.在一个实施例中，请参照图2，轮轴200设有第一轴肩221和第二轴肩222，第二传动部位于第一轴肩221和第二轴肩222之间，轮毂110的内壁设有限位肩112，第一传动部位于限位肩112和轮毂110的第一端之间，轮毂110的第一端通过第一轴肩221与轮轴200抵接，车轮行程检测装置还包括第一挡圈411，第一挡圈411固定在轮轴200上并与第二轴肩222和限位肩112均抵接。
52.如图2所示的视角下，第二配合槽212位于第一轴肩221和第二轴肩222之间，传动体211位于第一轴肩221和第二轴肩222之间，轮毂110的第一端(如图2中的右端)与第一轴肩221抵接。
53.如图2所示的视角下，限位肩112由对轮毂110的内壁扩槽形成，第一配合槽111位于轮毂110的第一端和限位肩112之间，第一挡圈411固定在轮轴200上并与第二轴肩222抵接，同时，第一挡圈411又抵接限位肩112，使得轮毂110的一部分限定在第一轴肩221和第一挡圈411之间，从而限制轮本体100在轮轴200的轴向上的移动。
54.可选地，与第一挡圈411配套设有第一螺母412，第一螺母412与轮轴200螺接，以将第一挡圈411固定并抵接到第二轴肩222上，不再赘述。
55.在一个实施例中，请参照图1和图3，车轮行程检测装置还包括轴承组件和固定设置的轴承座540，轴承座540用于安装轴承组件，轮轴200通过轴承组件与轴承座540转动连
接。
56.轴承座540用于与机器人的底盘固定，轴承组件固定在轴承座540上，轴承组件一方面用于支撑轮轴200，另一方面用于使轮轴200转动设置，以实现转动的功能。
57.在一个实施例中，请参照图1和图3，轴承组件包括第一轴承510、第二轴承520和轴套530，第一轴承510和第二轴承520均套设在轮轴200上，且第一轴承510和第二轴承520均设在轴承座540上并位于轮轴200和轴承座540之间，轴套530套设在轮轴200上并位于第一轴承510和第二轴承520之间。
58.如图3所示，第一轴承510和第二轴承520通过轴套530进行间隔设置，两个轴承的受载能力更强，通过轴套530大跨距布置，使得轮轴200的支撑更为稳固。
59.如图3和图5所示，轴承座540大致呈矩形箱体设置，以使第一轴承510和第二轴承520安装在轴承座540内；轴承座540设有安装通孔542，以用于使轮轴200能够穿过并通过第一轴承510和第二轴承520进行支撑。
60.可选地，第一轴承510和第二轴承520均为滚动轴承。
61.在一个实施例中，请参照图3和图5，轴承座540设有挡肩541，轮轴200设有第三轴肩223和第四轴肩224，第三轴肩223在轮轴200上形成环形槽226，环形槽226的位置与挡肩541的位置相匹配，第一轴承510具有第一内圈511和第一外圈512，第一内圈511套设在轮轴200上并与第四轴肩224抵接，第一外圈512与挡肩541抵接。
62.如图3和图5所示，轴承座540设有挡肩541，挡肩541大致环绕安装通孔542的边沿设置并朝安装通孔542的孔中心侧延伸。
63.如图3所示的视角下，轮轴200的左侧设有第三轴肩223和第四轴肩224，第三轴肩223在轮轴200上形成环形槽226，以与轴承座540的挡肩541相匹配，避免轮轴200转动的过程中与挡肩541发生干涉。
64.如图3所示，第四轴肩224位于第三轴肩223的远离轮本体100的一侧，第四轴肩224用于与第一轴承510的第一内圈511抵接，以使第一轴承510限定在轴套530和第四轴肩224之间；而第一轴承510的第一外圈512与挡肩541抵接，以进一步限定第一轴承510的移动自由度。
65.在一个实施例中，请参照图3，轮轴200设有第五轴肩225，第一轴承510和第二轴承520均位于第四轴肩224和第五轴肩225之间，轴承组件还包括第二挡圈551和第三挡圈552，第二挡圈551固定在轮轴200上并与第五轴肩225抵接，第三挡圈552固定在轴承座540上，第二轴承520具有第二内圈521和第二外圈522，第二内圈521套设在轮轴200上并与第二挡圈551抵接，第二外圈522与第三挡圈552抵接。
66.如图3所示，第一轴承510和第二轴承520均位于第四轴肩224和第五轴肩225之间，轴承座540上固定第三挡圈552，用于抵接第二轴承520的第二外圈522，限定第二轴承520的移动自由度，而第二轴承520的第二内圈521则通过固定在轮轴200上并与第五轴肩225抵接的第二挡圈551进行限定，进而使第二内圈521限定为轴套530和第二挡圈551之间。
67.可选地，如图3所示，第三挡圈552可以通过固定螺钉554固定到轴承座540上。
68.在一个实施例中，请参照图3，轴承组件还包括第二螺母553，第二螺母553与轮轴200螺接并将第二挡圈551抵压在第五轴肩225上。
69.如图3所示，第二螺母553与轮轴200螺接，以将第二挡圈551抵压在第五轴肩225
上，进而使第二挡圈551限定第二轴承520的移动自由度。
70.在一个实施例中，请参照图3，轮轴200还设有卡位槽230，卡位槽230设有至少一个并环绕轮轴200的外周设置。
71.如图3所示的实施例中，卡位槽230设有多个，多个卡位槽230沿轮轴200的外周间隔布置。
72.卡位槽230用于安装第二螺母553与第一螺母412时对轮轴200进行卡位，以便于进行螺接。
73.例如，卡位槽230可以是扳手卡孔，以通过圆柱头月牙形扳手进行卡位。
74.在一个实施例中，请参照图1和图4，车轮行程检测装置还包括安装座610和联轴器620，安装座610与轴承座540固定，编码器300设在安装座610上，编码器300具有输出轴310，联轴器620连接输出轴310和轮轴200，以使编码器300与轮轴200传动连接。
75.如图4所示的实施例中，安装座610通过螺钉固定到轴承座540上，安装座610预留有用于轮轴200与编码器300的输出轴310进行连接的空间，编码器300固定在安装座610上。当轮轴200转动时，轮轴200通过联轴器620与输出轴310传动连接，以使编码器300能够检测并获取轮轴200的角位移。
76.在另一个实施例中，编码器300安装在轴承座540上，编码器300设有检测通孔，轮轴200的一端通过检测通孔伸入编码器300内。
77.该实施例中，编码器300为盲孔编码器，编码器300并无输出轴310，也无需联轴器620，但编码器300设有检测通孔，轮轴200的一部分通过检测通孔伸入编码器300内，以使编码器300进行轮轴200的角位移的检测。
78.可选地，轴承座540上固定有弹性支架，编码器300的外壳固定在弹性支架上。
79.弹性支架由弹簧钢制成，能够进行小幅度的形变。
80.另一个实施例提供了一种行走机器人，包括机器人本体和设在机器人本体上的如上述任一个实施例所述的车轮行程检测装置。
81.该行走机器人采用前述的车轮行程检测装置，以获取更为准确的移动行程信息，从而更好的控制行走轨迹。
82.该行走机器人可以是配送机器人例如送餐机器人，也可以是清洁机器人例如扫地机器人或扫拖一体机器人等，通过对车轮行程的检测，进而能够更好的控制行走机器人的移动轨迹；同时，结构紧凑，易于安装，占用空间少，能够应用于大型、重载型机器人。
83.当行走机器人在移动的时候，编码器300将轮轴200即轮胎的角位移记录为数字编码，将编码传送给行走机器人的控制器，由控制器解码换算后得到轮胎的线位移，以使控制器进一步对移动轨迹进行闭环控制，提高机器人的移动精度。
84.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
85.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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
86.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
87.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
88.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也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
89.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
90.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。