CN105059422B - 一种基于四连杆可变形原理的全地形车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于四连杆可变形原理的全地形车，依据其可变形的原理的全地形车。该全地形车采用模块化设计，可实现对多种地形的适应。第一个模块为前轮结构，利用相关的机械设计知识设计了四连杆式的前轮结构，将四连杆的机架安装在车身上，连杆上固定前轮，然后在连杆上固定舵机以控制方向。为了增加前轮与地面的摩擦力，在四连杆对角方向安装拉长的弹簧，阻碍前轮离开地面。第二个模块为车身两侧车轮，车身两侧采用对称结构，均采用四连杆结构，在两个曲柄上固定车轮，将连杆和机架的固定在车身上，同时保证其可以自由转动。本发明的全地形车采用前轮和两侧车轮均采用四连杆结构，具有适应能力强、稳定性高、结构简单可靠、整体布局合理、外形简约美观，运动性能突出、控制简单高效等特点。

Description

一种基于四连杆可变形原理的全地形车

技术领域

本发明属于全地形车技术领域，具体涉及一种能够通过四连杆可变形的原理实现全地形运动的结构设计和器件。

背景技术

传统全地形车的履带式或4轮式移动方式已经获得广泛的应用，而随着环境的复杂程度的加大，对地形车的适应性的要求不断提高，能够适应多种复杂地形，并在一定程度上保证车身稳定性，具有普通全地形车所不能比拟的机动性能的全地形车将获得更良好的发展前景。目前国内外的大多数全地形车采用轻型履带式，前后两个车体动力驱动并以液压铰接方式链接，其主要特点是接地比压(一般小于0.3kg/cm2)低于通用车，转弯半径和纵向通过半径小于相同长度通用车，具有较高的环境适应性。然而这种全地形车对于凹凸不平的地面适应性不强、易倾覆，对于较窄路面无法正常行进。因此我们设计了一种基于四连杆结构，依据其可变形原理的全地形车。

发明内容

本发明内容设计了一种基于四连杆结构，依据其可变形的原理的全地形车。该全地形车采用模块化设计，可实现对多种地形的适应。第一个模块为前轮结构，利用相关的机械设计知识设计了四连杆式的前轮结构，将四连杆的机架安装在车身上，连杆上固定前轮，然后在连杆上固定舵机以控制方向。为了增加前轮与地面的摩擦力，在四连杆对角方向安装拉长的弹簧，阻碍前轮离开地面。第二个模块为车身两侧车轮，车身两侧采用对称结构，均采用四连杆结构，在两个曲柄上固定车轮，将连杆和机架的固定在车身上，同时保证其可以自由转动。该全地形车采用前轮和两侧车轮均采用四连杆结构，具有适应能力强、稳定性高、结构简单可靠、整体布局合理、外形简约美观，运动性能突出、控制简单高效等特点。

为了实现上述发明目的，我们基于四连杆可变形原理，设计了这款全地形车。所述全地形车包括前轮结构、两侧车轮结构、和后轮结构；其中，所述前轮结构包括前轮四连杆机构、前轮传动机构和前轮安装结构。

所述前轮四连杆机构包括前轮机架、上连杆、下连杆、耳片、连接板和前轮弹簧；前轮机架固定在车身前方上，上连杆和下连杆的一端分别连接到前轮机架的上、下两个孔处上，上连杆和下连杆的的另一端分别连接有耳片，耳片分别固定到连接板上，可拉长的前轮弹簧对角地固定在前轮机架下方和连接板上方，舵机架和轴承座分别固定到连接板的上方、下方。在弹簧的拉力下连接板受向下的力，从而增加前轮与地的摩擦力。

所述前轮传动机构包括舵机、舵机架、舵盘、连接盘、轴承座和转动轴；舵机通过舵机架固定到连接板上，舵盘安装到舵机上，连接盘通过螺钉与舵盘连接，连接盘与转动轴通过形位连接，从而将舵机的扭矩通过转动轴输出，转动轴通过螺钉固定在U型架上，内部安装有两个轴承的轴承座固定在连接板上，转动轴穿过轴承座中的两个轴承与U型架连接。

所述前轮安装结构包括U型架、电机、、联轴器和车轮；车轮安装在U型架中间，电机安装在U型架一侧的外侧，电机通过联轴器将车轮连接到电机输出轴上，在车轮另一侧使用螺栓固定车轮和联轴器。

所述两侧车轮结构包括对称地安装在车身两侧的四连杆结构和支架；所述四连杆结构包括侧轮曲柄、侧轮连杆和侧轮弹簧；车轮安装在侧轮曲柄上，电机安装在侧轮曲柄内侧并通过联轴器连接车轮，车轮固定在车身外侧；所述支架包括横梁和横梁支架；两个U字型的横梁支架对称地固定在车身中间的两侧，两个横梁分别上下固定到横梁支架的U型凹槽中。

所述车身为矩形平板，前轮机架固定在车身前方，横梁支架固定在车身中部，对称地安装有两个横梁支架。

考虑后轮直接固定在车身上，后轮结构不具有自由度，为防止翻越障碍物时后轮卡住，将U型倾斜一定角度，然后将车轮和电机采用和前轮一样的安装方式安装在后轮固定架上。所述后轮结构包括后轮固定架、电机和车轮，后轮固定架固定在车身后方，后轮安装在后轮固定架中间，电机安装在后轮固定架一侧的外侧，电机通过联轴器将车轮连接到电机输出轴上，在车轮另一侧使用螺栓固定车轮和联轴器，以保证后轮提供强劲动力的同时防止后轮卡住。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，轴承座包含有阶梯型内孔，两个轴承分别安装在上下两个大内径的孔中，转动轴穿过两个轴承，转动轴的底部设有凸肩以限制下方轴承轴向移动，转动轴的另一端开有圆环凹槽，通过卡在转动轴凹槽中的挡圈阻挡上方的轴承移动，通过连接盘将转动轴与舵机相连，以减小舵机输出轴所受弯矩。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，小轴承通过前轮套筒安装在U型架的一侧的孔中，前轮套筒穿过小轴承，通过螺钉将前轮套筒、车轮固定到联轴器上，在前轮套筒外侧套设有前轮轴肩，以阻挡小轴承内向滑动，小轴承的另一侧添加垫片以阻挡小轴承向外滑出，通过前轮套筒将电机所受的扭矩传递到U型架上，以减小电机输出轴所受的弯矩。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，两个侧轮曲柄对称安装在两个侧轮连杆的两端，两个可拉长的侧轮弹簧对角地安装在侧轮曲柄上，当侧轮遇到障碍物后被动抬高或降低，以保证车身稳定性。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，横梁的两端分别与侧轮连杆的中间位置相连，在承载侧轮四连杆结构的基础上，以保证侧轮连杆的自由转动。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，后轮固定架为U型架并具有一倾斜角度10～20°，以防止翻越障碍物时后轮卡住。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，转动轴一端开有D形的孔，连接盘有突出的D形柱。

作为对本发明的所述全地形车的进一步说明，优选地，侧轮曲柄的端部开设有U型槽，上、下两个侧轮连杆安装在U型槽中，上、下两个侧轮连杆的中间开设有圆孔，通过螺栓固定在横梁两端。这样，侧轮的四连杆结构既连接到车身上又保证四连杆可以因地变形。将两个拉长的弹簧对角固定在侧轮曲柄上，防止两侧的车轮因被动抬高而离开地面。

本发明的优点在于：1)前轮采用四连杆结构被动适应地形，前轮抬高的同时车身高度不变。2)前轮四连杆结构安装弹簧，通过弹簧的拉力作用增加前轮与地面的摩擦力。3)前后轮车轮采用U型架安装，一侧固定电机，另一侧通过轴承连接车轮，减少电机输出轴所受的弯矩，增强车轮的稳定性。4)车身两侧的车轮采用双曲柄结构，使得两侧车轮遇到障碍物时可以最大程度的抬高，同时保证车身稳定性。5)两侧的四连杆结构使用双弹簧对角拉紧的方式，阻碍车轮离开地面，增加车轮与地面的摩擦力，抬高电机能量的利用率。6)总体结构采用模块化设计，结构紧凑而有条理，通过四连杆结构被动适应地形，在车轮上下运动的同时保证车身的稳定性，运动灵活，操纵方便。

附图说明

图1为本发明的全地形车的整体示意图；

图2为本发明的全地形车的前轮结构示意图；

图3为本发明的全地形车的前轮舵机传动结构示意图；

图4为本发明的全地形车的前轮舵机传动剖面结构示意图；

图5为本发明的全地形车的前后车轮安装结构细节示意图；

图6为本发明的全地形车的两侧连杆安装效果示意图；

图7为本发明的全地形车的侧身连杆结构示意图；

图8为本发明的全地形车的侧轮安装结构细节示意图；

图9为本发明的全地形车的侧身连杆固定结构示意图；

图10为本发明的全地形车的后轮固定结构示意图；

附图标记说明如下：

前轮机架1，上连杆2，下连杆3，前轮弹簧4，耳片5，连接板6，舵机架7，舵机8，舵盘9，连接盘10，轴承座11，转动轴12，轴承13，挡圈14，U型架15，电机15，车轮17，联轴器18，小轴承19，垫片20，前轮套筒21，前轮轴肩22，车身23，侧轮弹簧24，侧轮连杆25，侧轮曲柄26，横梁27，横梁支架28，后轮固定架29。

具体实施方式

为了使审查员能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。

首先，请参考图1，图1为本发明的全地形车的整体示意图，如图1所示，所述全地形车包括前轮结构、两侧车轮结构、车身和后轮结构。

再参考图2，图2为本发明的全地形车的前轮结构示意图。如图2所示，所述前轮结构包括前轮四连杆机构、前轮传动机构和前轮安装结构。

首先，所述前轮四连杆机构包括前轮机架1、上连杆2、下连杆3、连接板6和前轮弹簧4。设计下连杆长于上连杆，并且当整车在一个平面时，前轮结构中的下连杆倾斜向上，便于前轮接触障碍物时四连杆能够变形，使得前轮被动抬高，从而攀越障碍物。前轮机架1固定在车身23前方上，上连杆2和下连杆3的一端分别连接到前轮机架1的上、下两个孔处上，上连杆2和下连杆3的的另一端分别连接有耳片5，耳片5分别固定到连接板6上，可拉长的前轮弹簧4对角地固定在前轮机架1下方和连接板6上方，舵机架7和轴承座11分别固定到连接板6的上方、下方。当前轮遇到障碍物后前轮被动抬高，在弹簧作用下车轮不会离开地面，保证车身稳定性。使用带有可拉伸弹簧的四连杆结构，遇到障碍物后前轮被动抬高，但车身保持平稳，在弹簧的作用下，前轮不会离开地面，保证了车身的稳定性。

再者，参考图3，图3为本发明的全地形车的前轮舵机传动结构示意图。如图3所示，所述前轮传动机构包括舵机8、舵机架7、舵盘9、连接盘10、轴承座11和转动轴12；舵机8通过舵机架7固定到连接板6上，舵盘9安装到舵机8上，连接盘10通过螺钉与舵盘9连接，连接盘10与转动轴12通过形位连接，从而将舵机8的扭矩通过转动轴12输出，转动轴12通过螺钉固定在U型架15上，内部安装有两个轴承13的轴承座11固定在连接板6上，转动轴12穿过轴承座11中的两个轴承13与U型架15连接。

所述前轮安装结构包括U型架15、电机16、联轴器18和车轮17；车轮17安装在U型架15中间，电机16安装在U型架15一侧的外侧，电机16通过联轴器18将车轮17连接到电机16输出轴上，在车轮17另一侧使用螺栓固定车轮17和联轴器18。为了减小电机输出轴所受的弯矩，车轮另一侧使用长螺栓，在螺栓外围安装前轮套筒，然后将前轮套筒穿过安装在U型架中一侧圆孔中的小轴承，通过螺栓和垫片防止前轮套筒和小轴承向外滑出，前轮套筒外围安装前轮轴肩防止小轴承向车轮一侧滑动。

再参考图3，图3为本发明的全地形车的前轮舵机传动结构示意图。如图3所示，所述前轮传动机构包括舵机架7、轴承座11和转动轴12。舵机8固定到舵机架7上，将舵盘9安装到用于控制前轮转动方向的舵机8上。转动轴12一端开有D形的孔，连接盘10有突出的D形柱，舵机8通过舵机架7固定到连接板6上，通过形面连接将连接盘10与转动轴12固定在一起，然后通过螺钉将连接盘10与舵盘9连接，从而将舵机8的转矩输出到前轮。转动轴12通过螺钉固定在U型架15上；具有两个轴承的轴承座11安装在连接板6上，转动轴12穿过两个轴承13。

参考图4，图4为本发明的全地形车的前轮舵机传动剖面结构示意图。如图4所示，设计带有阶梯型内孔的轴承座11，然后将两个轴承13分别安装在上下两个大内径的孔中。将转动轴12穿过两个轴承13，转动轴12的底部设有凸肩以限制下方轴承13轴向移动，转动轴12的另一端开有圆环凹槽，上方的轴承13通过卡在转动轴12上的挡圈14阻挡其移动。通过连接盘10将转动轴12与舵机8相连，以减小舵机输出轴所受弯矩。为了限制两个轴承的轴向移动，设计转动轴靠近U型架的一端带有凸肩，限制下方轴承移出。转动轴穿过两个轴承后，将挡圈卡进转动轴的圆环凹槽里，从而阻挡轴承移动。通过这种方式就减小了舵机输出轴受弯矩。

参考图5，图5为本发明的全地形车的前后车轮安装结构细节示意图。如图5所示，所述前轮安装结构包括U型架15、电机16和车轮17。车轮17安装在U型架15中间，电机16固定在U型架15一侧的外侧，车轮17通过联轴器18将车轮17与电机16输出轴连接，安装在U型架15的内侧，在车轮17另一侧使用长螺栓固定车轮17和联轴器18。将小轴承19安装在U型架15的一侧的孔中，然后将前轮套筒21穿过小轴承19，通过螺钉将前轮套筒21、车轮17固定到联轴器18上。为了防止小轴承18滑动，在前轮套筒21外侧套前轮轴肩22，阻挡小轴承19内向滑动，小轴承19另一侧添加垫片22阻挡小轴承19向外滑出，以减小电机输出轴所受的弯矩。

参考图7，图7为本发明的全地形车的侧身连杆结构示意图。如图7所示，所述两侧车轮结构包括对称地安装在车身23两侧的四连杆结构和支架；所述四连杆结构包括侧轮曲柄26、侧轮连杆25和侧轮弹簧24；两个侧轮曲柄26对称安装在两个侧轮连杆25的两端，然后将两个拉长的侧轮弹簧24的一端安装在一个侧轮曲柄26上端的螺钉处，另一端安装在另一个侧轮曲柄26的下端螺钉处。这种车身两侧对称的四连杆结构，每个四连杆上安装双弹簧拉紧装置，遇到障碍物后两侧车轮被动抬高或降低，保证车身稳定性，在双弹簧的作用下车轮紧挨地面，保证整车的机动性。

参考图8，图8为本发明的全地形车的侧轮安装结构细节示意图。如图8所示，车轮17安装在侧轮曲柄26上，电机16安装在侧轮曲柄26的内侧，然后通过联轴器18将另一侧的车轮17连接到电机16输出轴上，车轮17安装在车身23外侧。

参考图6和9，图6为本发明的全地形车的两侧连杆安装效果示意图；图9为本发明的全地形车的侧身连杆固定结构示意图。如图6和9所示，所述支架包括横梁27和横梁支架28，两个横梁支架28对称固定在车身23中间，然后将两个横梁27分别上下固定到横梁支架28的U型凹槽中。凹型的横梁27的两端与侧轮连杆25的中间位置相连，在承载侧轮四连杆结构的基础上，保证侧轮连杆25的自由转动。车身23为矩形平板，前轮机架固定在车身23前方，两个U字型的横梁支架28对称地固定在车身23中间的两侧，对称地安装有两个横梁支架28。这样，侧轮的四连杆结构既连接到车身上又保证四连杆可以因地变形。将两个拉长的弹簧对角固定在侧轮曲柄上，防止两侧的车轮因被动抬高而离开地面。

参考图10，图10为本发明的全地形车的后轮固定结构示意图。如图10所示，所述后轮结构包括后轮固定架29、电机16和车轮17，后轮固定架29的U型槽中采用同前轮一样的方式安装电机16和车轮17，后轮固定架29的平端固定在车身23后方。后轮固定架29固定在车身23后方，后轮17安装在后轮固定架29中间，电机16安装在后轮固定架29一侧的外侧，电机16通过联轴器18将车轮17连接到电机16输出轴上，在车轮17另一侧使用螺栓固定车轮17和联轴器18，以保证后轮提供强劲动力的同时防止后轮卡住。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (5)

1.一种基于四连杆可变形原理的全地形车，其特征在于，所述全地形车包括前轮结构、两侧车轮结构、车身和后轮结构；其中，

所述前轮结构包括前轮四连杆机构、前轮传动机构和前轮安装结构；其中，

所述前轮四连杆机构包括前轮机架(1)、上连杆(2)、下连杆(3)、耳片(5)、连接板(6)和前轮弹簧(4)；前轮机架(1)固定在车身(23)前方上，上连杆(2)和下连杆(3)的一端分别连接到前轮机架(1)的上、下两个孔处上，上连杆(2)和下连杆(3)的的另一端分别连接有耳片(5)，耳片(5)固定到连接板(6)上，拉长的前轮弹簧(4)对角固定在前轮机架(1)下方和连接板(6)上方；

所述前轮传动机构包括舵机(8)、舵机架(7)、舵盘(9)、连接盘(10)、轴承座(11)和转动轴(12)；舵机(8)通过舵机架(7)固定到连接板(6)上，舵盘(9)安装到舵机(8)上，连接盘(10)通过螺钉与舵盘(9)连接，连接盘(10)与转动轴(12)通过形位连接，从而将舵机(8)的扭矩通过转动轴(12)输出，转动轴(12)通过螺钉固定在U型架(15)上，内部安装有两个轴承(13)的轴承座(11)固定在连接板(6)上，转动轴(12)穿过轴承座(11)中的两个轴承(13)与U型架(15)连接；

所述前轮安装结构包括U型架(15)、电机(16)、联轴器(18)和车轮(17)；车轮(17)安装在U型架(15)中间，电机(16)安装在U型架(15)一侧的外侧，电机(16)通过联轴器(18)将车轮(17)连接到电机(16)输出轴上，在车轮(17)另一侧使用长螺栓固定车轮(17)和联轴器(18)，在长螺栓的外围安装前轮套筒(21)，将前轮套筒(21)穿过安装在U型架(15)中一侧圆孔中的小轴承(19)，在前轮套筒(21)外侧套有前轮轴肩(22)，以阻挡小轴承(19)内向滑动，小轴承(19)的另一侧添加垫片(22)以阻挡小轴承(19)向外滑出，通过前轮套筒(21)将电机所受的扭矩传递到U型架(15)上，以减小电机输出轴所受的弯矩；

所述两侧车轮结构包括对称地安装在车身(23)两侧的四连杆结构和支架；所述四连杆结构包括侧轮曲柄(26)、侧轮连杆(25)和侧轮弹簧(24)；两个侧轮曲柄(26)对称安装在两个侧轮连杆(25)的两端，两个可拉长的侧轮弹簧(24)对角安装在侧轮曲柄(26)上，当侧轮遇到障碍物后被动抬高或降低，以保证车身稳定性，车轮(17)安装在侧轮曲柄(26)上，电机(16)安装在侧轮曲柄(26)内侧并通过联轴器(18)连接车轮(17)，车轮(17)固定在车身(23)外侧；所述支架包括横梁(27)和横梁支架(28)；两个U字型的横梁支架(28)对称地固定在车身(23)中间的两侧，两个横梁(27)分别上下固定到横梁支架(28)的U型凹槽中，横梁(27)的两端分别与侧轮连杆(25)的中间位置相连，在承载侧轮四连杆结构的基础上，以保证侧轮连杆(25)的自由转动；

车身(23)为矩形平板，前轮机架(1)固定在车身(23)前方，横梁支架(28)固定在车身(23)中部，对称地安装有两个横梁支架(28)；

所述后轮结构包括后轮固定架(29)、电机(16)和车轮(17)，后轮固定架(29)固定在车身(23)后方，后轮(17)安装在后轮固定架(29)中间，电机(16)安装在后轮固定架(29)一侧的外侧，电机(16)通过联轴器(18)将车轮(17)连接到电机(16)输出轴上，在车轮(17)另一侧使用螺栓固定车轮(17)和联轴器(18)，以保证后轮提供强劲动力的同时防止后轮卡住，后轮固定架(29)为U型架并具有一倾斜角度10～20°，以防止翻越障碍物时后轮卡住。

2.根据权利要求1所述的全地形车，其特征在于，轴承座(11)包含有阶梯型内孔，两个轴承(13)分别安装在上下两个大内径的孔中，转动轴(12)穿过两个轴承(13)，转动轴(12)的底部设有凸肩以限制下方轴承(13)轴向移动。

3.根据权利要求2所述的全地形车，其特征在于，转动轴(12)的另一端开有圆环凹槽，通过卡在转动轴(12)凹槽中的挡圈(14)阻挡上方的轴承(13)移动，通过连接盘(10)将转动轴(12)与舵机(8)相连，以减小舵机输出轴所受弯矩。

4.根据权利要求1所述的全地形车，其特征在于，转动轴(12)一端开有D形的孔，连接盘(10)有突出的D形柱。

5.根据权利要求1所述的全地形车，其特征在于，侧轮曲柄(26)的端部开设有U型槽，上、下两个侧轮连杆(25)安装在U型槽中，上、下两个侧轮连杆的中间开设有圆孔，通过螺栓固定在横梁两端。