CN104859735A - 一种翻转式越障车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种翻转式越障车，包括两个对称设置的履带式车轮、及夹在两个履带式车轮之间的自由转动的中轴。中轴上固定连接有翻转车体，翻转车体与中轴同步转动。翻转车体包括两根旋转杆、及自由轮，所述两根旋转杆并行排布组成了翻转车体的框架结构，自由轮转动连接在框架结构的顶端。翻转车体上设有控制电路系统，控制电路系统用于判断路况、控制两个履带式车轮的行进、及翻转车体的翻转越障。翻转式越障车具备极强越障能力、强大灵活性和一定载体性，能实现针对复杂地形下的越障侦查与运输工作，在极为简单负载框架使车体可以负载很多重量，在车体自带的旋转中轴上，可以方便地添加摄像头，实现实时监测。

Description

一种翻转式越障车

技术领域

本发明涉及一种越障车，尤其是一种具有手动控制模式和自动控制模式的翻转式越障车。

背景技术

在狭小、危险的复杂地形情况下，工作人员都无法直接进入探测内部情况，导致没办法完成任务。例如，在狭小的地下溶洞中进行地质探测，在火灾现场中进行先行检测，在现代战争中进行复杂地形情况下的军情侦测等等。当面对这些特殊情况，使用机器设备帮助人们完成相应的工作，不仅能大幅度提高工作效率，更能尽可能地避免人员伤亡。但在地面环境复杂，地形特点多样的情况下，一般的四驱车和履带车根本无法完成越障要求。

根据对各种复杂地形的分析研究，发现主要难以翻越的地形一般是多层阶梯、狭小的缝隙、较宽的沟壑，一般的机器小车因为结构简单和运动方式单一的限制，都只能完成简单的平路移动，对于翻转、倾斜车体等难度动作无法完成。

国内外已有的越障小车，主要都是针对极为崎岖的路面，如有很多碎石的砂石路，大部分都会选择采用多个独立轮或者是机械脚来完成越障，但是对于阶梯沟壑和狭缝就很难完成越障，具有较高的越障限制。其内部的结构都极为复杂，会占用很多可以用于装载设备的空间，并且大多小车都采用类似汽车的形状，装载设备的平台都是在轮子所支撑的平台上，虽然有较大的空间，但装载设备的灵活度很低。

无论是远距离操控机器设备，还是实现机器设备的自动控制，都需要机器设备本身具备极强的越障能力，强大的灵活性和一定的载体性，从而适应各种特殊地质环境，并能装载各种侦测设备。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提出了一种翻转式越障车。本翻转式越障车具备极强越障能力、强大灵活性和一定的载体性。

本发明采用如下技术方案：

一种翻转式越障车，包括两个对称设置的履带式车轮、及夹在两个履带式车轮之间的自由转动的中轴，所述中轴上固定连接有翻转车体，翻转车体与中轴同步转动；

所述翻转车体包括两根旋转杆、及自由轮，所述两根旋转杆并行排布组成了翻转车体的框架结构，自由轮转动连接在框架结构的顶端；

所述翻转车体上设有控制电路系统，控制电路系统用于判断路况、控制两个履带式车轮的行进、及翻转车体的翻转越障。

进一步地，翻转式越障车还包括两个行进电机、一个翻转电机、及一个自由轮角度控制电机；

所述两个行进电机分别驱动两个履带式车轮行进；

所述翻转电机安装在翻转车体上，所述翻转电机的输出轴上固定有翻转齿轮，所述中轴上固定有直径大于翻转齿轮的中轴齿轮，翻转齿轮与中轴齿轮咬合，中轴齿轮放大翻转电机的转矩并带动中轴翻转；

所述自由轮角度控制电机用于调整自由轮到中轴的直线距离；

所述行进电机、翻转电机、及自由轮角度控制电机分别连通控制电路系统。

进一步地，所述旋转杆的顶端连接有角度控制轴，角度控制轴连接有并行排布的角度调整杆，所述自由轮连接在角度调整杆的顶端，所述自由轮角度控制电机安装在角度调整杆上，自由轮角度控制电机的输出轴上固定有角度控制齿轮，所述角度控制轴上固定有直径大于角度控制齿轮的角度控制轴齿轮，角度控制齿轮与角度控制轴齿轮咬合，角度控制轴齿轮放大自由轮角度控制电机的转矩并带动角度调整杆转动，改变自由轮到中轴的直线距离，实现不同的越障动作。

进一步地，所述翻转车体上安装有电源，电源为行进电机、翻转电机、及控制电路系统上电；

所述中轴上套接有四个导通环，四个导通环包括两个用于导电的电源正极环和电源负极环、及两个用于通信的串口通信TXD环和RXD环，翻转车体上设有四个与导通环适配的导通触头，导通触头与导通环导通实现翻转车体旋转动作过程中两个行进电机、翻转电机和自由轮角度控制电机的通电，保证控制电路系统的控制信号传递。

进一步地，所述两个履带式车轮均包括首端的驱动轮、中间的支撑轮、及尾端的从动轮，所述驱动轮、支撑轮、及从动轮上覆盖有履带，所述驱动轮、支撑轮、及从动轮的轮轴两侧分别连接有轮轴连杆；

所述行进电机安装在驱动轮内侧。

进一步地，所述翻转车体上安装有用于判断方向角度的三轴数字罗盘、及用于判断车体运动状态的三轴加速度传感器，所述中轴两侧固定有用于测定周围障碍物的测障传感器；

所述三轴数字罗盘、三轴加速度传感器、及测障传感器均连通控制器，控制器通过无线通讯模块连接有遥控器。

进一步地，所述测障传感器有两组，每组有三个测障传感器，其中一组的三个测障传感器分别测前方、上方、及下方的障碍物，另一组的三个测障传感器分别测后方、上方、及下方的障碍物。

进一步地，所述无线通讯为无线蓝牙通讯或/可见光通讯；

所述遥控器为无线手柄或/手机终端或/上位机。

进一步地，所述并行排布的两根旋转杆之间预留有安装空间，预留的安装空间安装有摄像头、红外探测仪、及机械爪。

更进一步地，所述角度调整杆一端安装自由轮，另一端安装有机械爪，机械爪用于承载物品；

所述自由轮角度控制电机带动角度调整杆绕角度控制轴转动，翻转式越障车在越障或行进时，机械爪在并行排布的两根旋转杆之间静止或者上下转动；翻转式越障车停止机械爪装卸物品时，自由轮角度控制电机带动角度调整杆绕角度控制轴转动，使机械爪向外转动位于翻转式越障车一端。

采用如上技术方案取得的有益技术效果为：

翻转式越障车具备极强越障能力、强大灵活性和一定载体性，能实现针对复杂地形下的越障侦查与运输工作，在极为简单负载框架使车体可以负载很多重量，在车体自带的旋转中轴上，可以方便地添加摄像头，实现实时监测。

附图说明

图1为翻转式越障车三维立体图。

图2为图1的主视图。

图3为图1的俯视图。

图4为图1的左视图。

图5为翻转车体结构示意图。

图6为区别视角的翻转车体结构示意图。

具体实施方式

结合附图1至5对本发明的具体实施方式做进一步说明：

一种翻转式越障车，包括两个对称设置的履带式车轮、及夹在两个履带式车轮1之间的自由转动的中轴2，所述中轴上固定连接有翻转车体3，翻转车体与中轴同步转动。全方位转动的中轴使车体的重心位置可以在一定程度内转移，使小车能够完成多种不同的翻转越障动作。

翻转车体包括两根旋转杆、及自由轮4，所述两根旋转杆并行排布组成了翻转车体的框架结构，自由轮4转动连接在框架结构的顶端。翻转车体上设有控制电路系统，控制电路系统用于判断路况、控制两个履带式车轮的行进、及翻转车体的翻转越障。

翻转式越障车包括两个行进电机、一个翻转电机、及一个自由轮角度控制电机。两个行进电机22分别驱动两个履带式车轮1行进。翻转电机25安装在翻转车体3上，所述翻转电机25的输出轴上固定有翻转齿轮24，所述中轴上固定有直径大于翻转齿轮24的中轴齿轮21，翻转齿轮24与中轴齿轮21咬合，中轴齿轮21放大翻转电机25的转矩并带动中轴2翻转。自由轮角度控制电机43用于调整自由轮4到中轴2的直线距离。行进电机、翻转电机、及自由轮角度控制电机分别连通控制电路系统。

旋转杆的顶端连接有角度控制轴41，角度控制轴41连接有并行排布的角度调整杆45，所述自由轮4连接在角度调整杆45的顶端，所述自由轮角度控制电机43安装在角度调整杆45上，自由轮角度控制电机43的输出轴上固定有角度控制齿轮44，所述角度控制轴上固定有直径大于角度控制齿轮的角度控制轴齿轮42，角度控制齿轮44与角度控制轴齿轮42咬合，角度控制轴齿轮42放大自由轮角度控制电机43的转矩并带动角度调整杆45转动，改变自由轮4到中轴2的直线距离，实现不同的越障动作。

翻转车体上安装有电源，电源为行进电机、翻转电机、自由轮角度控制电机、及控制电路系统上电。中轴上套接有四个导通环23，四个导通环包括两个用于导电的电源正极环和电源负极环、及两个用于通信的串口通信TXD环和RXD环，翻转车体上设有四个与导通环适配的导通触头，导通触头与导通环导通实现翻转车体旋转动作过程中两个行进电机、翻转电机和自由轮角度控制电机的通电，保证控制电路系统的控制信号传递。

两个履带式车轮1均包括首端的驱动轮11、中间的支撑轮12、及尾端的从动轮13，所述驱动轮11、支撑轮12、及从动轮13上覆盖有履带15，所述驱动轮11、支撑轮12、及从动轮13的轮轴两侧分别连接有轮轴连杆14。行进电机22安装在驱动轮11内侧。

翻转车体上安装有用于判断方向角度的三轴数字罗盘、及用于判断车体运动状态的三轴加速度传感器，所述中轴两侧固定有用于测定周围障碍物的测障传感器。三轴数字罗盘、三轴加速度传感器、及测障传感器均连通控制器，控制器通过无线通讯模块连接有遥控器。三轴数字罗盘可以记录翻转式越障车行驶转向的角度，角度数据传输给控制电路系统。

测障传感器有两组，每组有三个测障传感器，其中一组的三个测障传感器分别测前方、上方、及下方的障碍物，另一组的三个测障传感器分别测后方、上方、及下方的障碍物。无论前进还是后退，测障传感器都能实现上、下、左、右、前、后的全方位检测。当有某一方位的障碍物距离传感器在检测范围之内，传感器就会感应并把信号传输到控制电路系统，相应的障碍物指示灯也会亮起。

控制电路系统印制成整体印刷电路板，整体印刷电路板依据功能模块切割分别安装在翻转车体、及履带式车轮的连杆上；所述整体印刷电路板上预留有多个为添加辅助设备预留连接点的连接孔。

无线通讯为无线蓝牙通讯，也可采用可见光通讯。所述遥控器为无线手柄、手机终端或上位机。一般情况下，翻转式越障车都是无线遥控控制，考虑到在复杂地形情况下，个人操控较为复杂，也有一定难度，所以在程序内部设计了针对特殊地形的自动越障模式，遇到特殊的障碍就可以开启自动越障模式，根据车体内部的三轴加速度传感器，来判断车体目前的运动形态，再根据测障传感器得到的信息，自动决定下一步的运动方式，最终完成整个越障动作。从而自主进行决策下一步的电机运动，大大简化了人工操作的复杂程度，体现了设备运动的自主性。

并行排布的两根旋转杆之间预留有安装空间，预留的安装空间安装有摄像头、红外探测仪、及机械爪。

角度调整杆一端安装自由轮4，另一端安装有机械爪5，机械爪5用于承载物品。自由轮角度控制电机带动角度调整杆绕角度控制轴转动，翻转式越障车在越障或行进时，机械爪在并行排布的两根旋转杆之间静止或者上下转动；翻转式越障车停止机械爪装卸物品时，自由轮角度控制电机带动角度调整杆绕角度控制轴转动，使机械爪向外转动位于翻转式越障车一端。

在平路正常行进动作：

履带式车轮与翻转车体在同一水平面上，行进电机驱动左右两个履带式车轮前进或后退，左右履带式车轮通过旋转轴带动翻转车体同步运动。

跨越阶梯障碍时：

当遇到阶梯障碍时，翻转电机驱动中轴转动，左右两个履带式车轮同步转过90°，使两个履带式车轮直立贴紧障碍物，此时左右两个履带式车轮与翻转车体垂直；再由翻转电机中轴向前运动，重心上移，左右两个履带式车轮跨上台阶并保持水平；中轴向前运动、重心上移的同时，行进电机带动履带式车轮向前行进，当履带式车轮与翻转车体成角90°时，左右两个履带式车轮完全跨过阶梯障碍；之后，中轴转动270°，带动翻转车体旋转到台阶上与左右两个履带式车轮在同一水平面上，翻转式越障车完成台阶式越障。

跨越沟壑障碍时：

中轴向前翻转180°，使翻转车体同步转动并搭在沟壑另一侧，行进电机驱动左右两个履带式车轮向前行进跨过沟壑，履带式车轮向前行的过程中履带式车轮与翻转车体水平；跨过沟壑后，左右两个履带式车轮再向前旋转180°，翻转式越障车完成台阶式越障。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (10)

1.一种翻转式越障车，其特征在于，包括两个对称设置的履带式车轮、及夹在两个履带式车轮之间的自由转动的中轴，所述中轴上固定连接有翻转车体，翻转车体与中轴同步转动；

所述翻转车体包括两根旋转杆、及自由轮，所述两根旋转杆并行排布组成了翻转车体的框架结构，自由轮转动连接在框架结构的顶端；

所述翻转车体上设有控制电路系统，控制电路系统用于判断路况、控制两个履带式车轮的行进、及翻转车体的翻转越障。

2.根据权利要求1所述的一种翻转式越障车，其特征在于，还包括两个行进电机、一个翻转电机、及一个自由轮角度控制电机；

所述两个行进电机分别驱动两个履带式车轮行进；

所述翻转电机安装在翻转车体上，所述翻转电机的输出轴上固定有翻转齿轮，所述中轴上固定有直径大于翻转齿轮的中轴齿轮，翻转齿轮与中轴齿轮咬合，中轴齿轮放大翻转电机的转矩并带动中轴翻转；

所述自由轮角度控制电机用于调整自由轮到中轴的直线距离；

所述行进电机、翻转电机、及自由轮角度控制电机分别连通控制电路系统。

3.根据权利要求2所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述旋转杆的顶端连接有角度控制轴，角度控制轴连接有并行排布的角度调整杆，所述自由轮连接在角度调整杆的顶端，所述自由轮角度控制电机安装在角度调整杆上，自由轮角度控制电机的输出轴上固定有角度控制齿轮，所述角度控制轴上固定有直径大于角度控制齿轮的角度控制轴齿轮，角度控制齿轮与角度控制轴齿轮咬合，角度控制轴齿轮放大自由轮角度控制电机的转矩并带动角度调整杆转动，改变自由轮到中轴的直线距离，实现不同的越障动作。

4.根据权利要求2所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述翻转车体上安装有电源，电源为行进电机、翻转电机、及控制电路系统上电；

所述中轴上套接有四个导通环，四个导通环包括两个用于导电的电源正极环和电源负极环、及两个用于通信的串口通信TXD环和RXD环，翻转车体上设有四个与导通环适配的导通触头，导通触头与导通环导通实现翻转车体旋转动作过程中两个行进电机、翻转电机和自由轮角度控制电机的通电，保证控制电路系统的控制信号传递。

5.根据权利要求2所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述两个履带式车轮均包括首端的驱动轮、中间的支撑轮、及尾端的从动轮，所述驱动轮、支撑轮、及从动轮上覆盖有履带，所述驱动轮、支撑轮、及从动轮的轮轴两侧分别连接有轮轴连杆；

所述行进电机安装在驱动轮内侧。

6.根据权利要求1所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述翻转车体上安装有用于判断方向角度的三轴数字罗盘、及用于判断车体运动状态的三轴加速度传感器，所述中轴两侧固定有用于测定周围障碍物的测障传感器；

所述三轴数字罗盘、三轴加速度传感器、及测障传感器均连通控制器，控制器通过无线通讯模块连接有遥控器。

7.根据权利要求6所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述测障传感器有两组，每组有三个测障传感器，其中一组的三个测障传感器分别测前方、上方、及下方的障碍物，另一组的三个测障传感器分别测后方、上方、及下方的障碍物。

8.根据权利要求6所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述无线通讯为无线蓝牙通讯或/可见光通讯；

所述遥控器为无线手柄或/手机终端或/上位机。

9.根据权利要求1所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述并行排布的两根旋转杆之间预留有安装空间，预留的安装空间安装有摄像头、红外探测仪、及机械爪。

10.根据权利要求3所述的一种翻转式越障车，其特征在于，所述角度调整杆一端安装自由轮，另一端安装有机械爪，机械爪用于承载物品；

所述自由轮角度控制电机带动角度调整杆绕角度控制轴转动，翻转式越障车在越障或行进时，机械爪在并行排布的两根旋转杆之间静止或者上下转动；翻转式越障车停止机械爪装卸物品时，自由轮角度控制电机带动角度调整杆绕角度控制轴转动，使机械爪向外转动位于翻转式越障车一端。