CN104691611B - 对角差速转向四轮车及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对角差速转向四轮车，包括四个车轮和两个双出轴电机，每个双出轴电机控制两个车轮，每个车轮和所对应的双出轴电机间通过离合器连接。本发明克服现有技术的不足，而提供一种结构简洁可靠、效率高、地表适应性好、控制简单、低能耗、应用范围广，可以进行行走的模式切换，以适应不同的复杂地形。可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面和平整地面行走的移动设备使用。

Description

对角差速转向四轮车及控制方法

技术领域

本发明涉及一种四轮车，特别涉及一种对角差速转向四轮车。

背景技术

随着我国核能工业、探险救援、军事侦察、消防排爆、航天航空等众多领域的快速发展，迫切需要一种既能在平坦地面自由行走，又能在野外环境和复杂地形（如地震废墟、矿难现场）中自由行走和越障的移动机器人。现有移动机器人的行走机构大致可分为：轮式、履带式、多足式、混合式（如轮腿混合式、轮履混合式）和特殊形式（如多边形翻滚式、蛇形滑动式）。其中，多足式和特殊形式大多属于仿生类行走机构，具有很强的越障能力和地形适应性，但这两类行走机构的机械结构复杂、控制难度大、机动性相对较差，目前正处于研究与开发应用的初级阶段。履带经过一百多年的发展已经被证明是一种能适应复杂地形和恶劣环境的行走机构，不过它的缺点也很明显：笨重、需要大功率驱动器，因此，对于便携式或对功率有严格限制的移动机器人来说履带并不合适。车轮早在三千多年前就已经出现，被认为是能量轮换效率最高的行走机构，车轮具有轻便简洁、高速度、高效率和控制简单等优势使得它经久不衰，近年来出现的万用拖轮（三角轮）、各种越障轮以及车轮与其它形式混合的行走机构使得车轮开始脱离硬质平坦地面而走进复杂地形。

关于动力车轮一般的分布有:单侧动力，前后动力，统一动力等等。单侧动力的行走机构比较容易实现差速转向控制但是很难实现车轮的左右同步。前后动力的行走机构与单侧动力的行走机构恰好相反，前后动力的行走机构容易实现车轮左右同步控制，却难实现机体转向的控制。统一动力方式在转向控制中，一般都是用第三方机械结构来辅助实现，相对比较复杂。

发明内容

鉴于此，本发明的目的之一是提供一种对角差速转向四轮车，可以进行模式切换，以适应不同的复杂地形。本发明的目的之二是提供一种控制对角差速转向四轮车的方法。

本发明的目的之一是通过以下的技术方案实现的，一种对角差速转向四轮车，包括四个车轮和两个双输出轴电机，每个双输出轴电机控制两个车轮，每个车轮和所对应的双输出轴电机间通过离合器连接。

本发明的目的之二是通过以下的技术方案实现的，一种控制对角差速转向四轮车的方法，当第一电机5正转、第二电机6反转时，第一离合器7和第四离合器10连接，第二离合器8和第三离合器9断开，车身向左转；

或，当第一电机5反转、第二电机6正转时，第一离合器7和第四离合器10断开，第二离合器7和第四离合器10连接，车身向左转；

或，当第一电机5和第二电机6都正转，第二离合器8和第四离合器10断开连接，第一离合器7和第三离合器9连接，车身向左转；

或，当第一电机5和第二电机6都反转，第二离合器8和第四离合器10连接，第一离合器7和第三离合器9断开连接，车身向左转；

或，当第一电机5正转和第二电机6反转时，第二离合器8和第三离合器9连接，第一离合器7和第四离合器10断开，车身向右转；

或，当第一电机5反转和第二电机6正转时，第一离合器7和第四离合器10连接，第二离合器8和第三离合器9断开，车身向右转；

或，当第一电机5和第二电机6都正转时，第二离合器8和第四离合器10都连接，第一离合器7和第三离合器9断开，车身向右转；

或，当第一电机5和第二电机6都反转时，第二离合器8和第四离合器10断开连接，第一离合器7和第三离合器9连接，车身向右转。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1、本发明主要包括双输出轴电机和与电机出轴相连接的离合器，离合器的断开与连接就可以控制相应车轮的受力和不受力。

2、用4个车轮通过车轮有动力和无动力，以及动力的方向的相应组合来实现车身的转弯控制。

3、本发明可以进行模式切换，以适应不同的复杂地形。

附图说明

图1为本发明所述对角差速转向四轮车的结构简图；

图2为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第一种工作状态；

图3为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第二种工作状态；

图4为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第三种工作状态；

图5为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第四种工作状态；

图6为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第五种工作状态；

图7为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第六种工作状态；

图8为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第七种工作状态；

图9为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第八种工作状态；

图10为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第九种工作状态；

图11为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第十种工作状态；

图12为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第十一种工作状态；

图13为本发明所述四轮车运动时离合器与电机第十二种工作状态；

图14为车轮结构简图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明公开了一种对角差速转向四轮车，如图1所示，该对角差速转向四轮车主要包括四个车轮（即第一车轮1、第二车轮2、第三车轮3、第四车轮4）和两个双输出轴电机（第一电机5、第二电机6）以及四个离合器（第一离合器7、第二离合器8、第三离合器9、第四离合器10）。每个车轮和电机轴之通过一个离合器连接，这样一来就可以实现电机轴与相应车轮之间的“离”与“合”。“离”就代表着这个车轮与电机之间断开连接，即：电机对这个车轮不起作用。“合”就代表着车轮与相应电机轴相连接，即：电机对这个车轮起作用,综上所述：本发明的关键在于动力源对行走轮的扭矩传输。

所述的对角差速转向四轮车只有两个电机来驱动，且是前后各一个电机，第一电机5驱动前面的两个车轮，第二电机6驱动后面的两个车轮，这样一来就使得车身转弯会和经典的转弯模式有所不同。

在本实施例中，车轮采用双偏心圆可变偏心距越障轮，以第三车轮3为例进行说明。

如图14所示，双偏心圆可变偏心距越障轮包括同为偏心轮的内轮32和外轮31，所述内轮可转动的设置于外轮中，所述内轮的外环表面321上设置有若干个第一限位装置361，所述外轮的内环表面311设置有与第一限位装置配合的第二限装置362。

所述第一限位装置为凹陷部，所述第二限位装置为可伸入凹陷部的伸缩部。在本实施例中，伸缩部的伸缩可以通过外部控制。

所述内轮和外轮上设置有驱动孔37。

采用双偏心圆可变偏心距越障轮，可以改善偏心轮足结构的机器人在规整地形运动效率低的劣势而又不丧失越障能力，使得环境适应能力较高；采用双偏心圆可变偏心距越障轮行走，不但可以改善偏心轮结构在行走时功耗剧烈震荡，而且能保证行走的可靠性，并保证了前进、后退、左右转向功能的完整性；采用双偏心圆可变偏心距越障轮，既能做偏心轮足越障机器人使用，又可做普通圆心轮足移动机器人使用，能够实现偏心轮足和普通的圆心轮足之间自由切换。根据负重的大小和障碍物的高低，可以方便地选用不同大小的越障轮偏心距；采用独立驱动方式，可控性好，可动态调整机器人的步距与速度。机械结构简单、实现容易、控制方便。

本发明可以根据越障环境中障碍物的最大高度，调整越障轮偏心距的大小，即双偏心圆可变偏心距越障轮3为可调偏心距的越障轮，即通过伸缩部与不同位置凹陷部相配合来改变偏心距，伸缩部的伸缩可由外界遥控。偏心距定义为电机34的驱动轴33轴心与双偏心圆可变偏心距越障轮3的外轮31中心（圆心）之间的距离。

关于本发明对角差速转向车转弯的方式就比较多了，常见的转弯方式主要有以下几种（假设电机正转就会出现车轮朝前转，电机反转就会出现车轮朝后转）：向左转方式、向右转方式和模式切换方式。

向左转方式：

如图2所示：当第一电机5正转和第二电机6反转时，第一离合器7和第四离合器10连接，第二离合器8和第三离合器9断开，这样就能实现车身向左转。

同理如图3所示：当第一电机5反转和第二电机6正转时，第一离合器7和第四离合器10断开，第二离合器8和第三离合器9连接，这样就能实现车身向左转。

除了上述对角向左转以外，还有一种同侧向左转的方式，如图4所示：当第一电机5和第二电机6都正转时，第二离合器8和第四离合器10断开连接，第一离合器7和第三离合器9连接，这样车身也会向左转。同理，如图12所示，当第一电机5和第二电机6都反转时，第二离合器8和第四离合器10连接，第一离合器7和第三离合器9断开连接，这样车身也会向左转。

除了上述的车体包括4个离合器的情况之外，还可以只包括两个离合器，如图5所示，当只包括第一离合器7和第四离合器10时，当第一电机5反转和第二电机6正转时，第一离合器7和第四离合器10断开，这样就能实现车身向左转。同理，当车身只包括第二离合器8和第三离合器9的时候，如图6所示：当第一电机5正转和第二电机6反转时，第二离合器8和第三离合器9断开，这样就能实现车身向左转。

向右转向方式：

如图7所示：当第一电机5正转和第二电机6反转时，第二离合器8和第三离合器9连接，第一离合器7和第四离合器10断开，这时车身就会向右转。

同理如图8所示：当第一电机5反转和第二电机6正转时，第一离合器7和第四离合器10连接，第二离合器8和第三离合器9断开，这时车身就会向右转。

除了上述对角向右转以外，还有一种同侧向右转的方式，如图9所示：当第一电机5和第二电机6都正转时，第二离合器8和第四离合器10都连接，第一离合器7和第三离合器9都断开，这时车身就会向右转。同理，如图13所示，当第一电机5和第二电机6都反转时，第二离合器8和第四离合器10都断开连接，第一离合器7和第三离合器9都连接，这时车身就会向右转。

除了上述的车体包括4个离合器的情况之外，还可以只包括两个离合器，如图10所示，当只包括第一离合器7和第四离合器10时，当第一电机5正转和第二电机6反转时，第一离合器7和第四离合器10断开，这时车身就会向右转。同理，当车身只包括第二离合器8和第三离合器9的时候，如图11所示：当第一电机5反转和第二电机6正转时，第二离合器8和第三离合器9断开，这时车身就会向右转。

模式切换：

当这种结构在向左或者向右转弯的时候会遇到各种复杂的地形，所以在一些较为复杂的地形中，常规的轮式结构通常会遇到车轮被卡住，无法运动的情况。那么用这种结构的车身就能很好的避免这种情况。例：当第一车轮1和第四车轮4都被卡住的时候，如果，这时第一电机5反转第二电机6正转，且第二离合器8和第三离合器9连接，第一离合器7和第四离合器10断开。本来这种情况是要向左转的，但是由于第一车轮1和第四车轮4被卡死不起作用了，第一离合器7和第四离合器10断开也导致第三车轮3和第二车轮2不起作用，这样以来，就会存在着整个车身停止不动，向左转也失败了。

由于本发明采用的这种带离合器的结构，所以在上述情况，就可以控制第一电机5正转第二电机6反转，相应的第一离合器7和第四离合器10连接，第二离合器8和第三离合器9断开，由于第二车轮2和第三车轮3没有被复杂地面卡住，所以第二车轮2和第三车轮3就能起到作用，就能实现整个车身的向左转动。

本发明克服现有技术的不足，而提供一种结构简洁可靠、效率高、地表适应性好、控制简单、低能耗、应用范围广，可以进行行走的模式切换，以适应不同的复杂地形。可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面和平整地面行走的移动设备使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种对角差速转向四轮车，其特征在于：包括四个车轮（1、2、3、4）和两个双输出轴电机（5、6），每个双输出轴电机控制两个车轮，每个车轮和所对应的双输出轴电机间通过离合器（7、8、9、10）连接；四个车轮采用同样的结构，所述车轮为双偏心圆可变偏心距越障轮，包括同为偏心轮的内轮（32）和外轮（31），所述内轮可转动的设置于外轮中，所述内轮的外环表面（321）上设置有若干个第一限位装置（361），所述外轮的内环表面（311）设置有与第一限位装置配合的第二限位装置（362）；所述内轮和外轮上设置有驱动孔（37）。

2.根据权利要求1所述的对角差速转向四轮车，其特征在于：所述第一限位装置为凹陷部，所述第二限位装置为可伸入凹陷部的伸缩部。

3.一种控制如权利要求1所述的对角差速转向四轮车的方法，其特征在于：包括左转向控制，

当第一电机（5）正转、第二电机（6）反转时，第一离合器（7）和第四离合器（10）连接，第二离合器（8）和第三离合器（9）断开；

或，当第一电机（5）反转、第二电机（6）正转时，第一离合器（7）和第四离合器（10）断开，第二离合器（7）和第四离合器（10）连接；

或，当第一电机（5）和第二电机（6）都正转，第二离合器（8）和第四离合器（10）断开连接，第一离合器（7）和第三离合器（9）连接；

或，当第一电机（5）和第二电机（6）都反转，第二离合器（8）和第四离合器（10）连接，第一离合器（7）和第三离合器（9）断开连接。

4.一种控制如权利要求1所述的对角差速转向四轮车的方法，其特征在于：还包括右转向控制，

当第一电机（5）正转和第二电机（6）反转时，第二离合器（8）和第三离合器（9）连接，第一离合器（7）和第四离合器（10）断开；

或，当第一电机（5）反转和第二电机（6）正转时，第一离合器（7）和第四离合器（10）连接，第二离合器（8）和第三离合器（9）断开；

或，当第一电机（5）和第二电机（6）都正转时，第二离合器（8）和第四离合器（10）都连接，第一离合器（7）和第三离合器（9）断开；

或，当第一电机（5）和第二电机（6）都反转时，第二离合器（8）和第四离合器（10）断开连接，第一离合器（7）和第三离合器（9）连接。