CN105383582B - 摆臂式无人四驱平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摆臂式无人四驱平台，包括车体、摆臂驱动机构、摆臂机构、车轮机构和控制器；车体上分别安装摆臂驱动机构，摆臂驱动机构与摆臂机构连接，车轮机构与摆臂机构连接，控制器分别控制摆臂驱动机构和车轮机构的运转，摆臂机构包括前臂、后臂和摆臂连接机构，前臂和后臂通过摆臂连接机构进行铰接。本产品实现了轻型轮式四驱平台的高速运行效果，并针对复杂环境下的行驶，如攀爬楼梯任务实现了较好的优化，克服了轮式移动机器人平台地形适应性差的缺点，具有较强的通过性能，采用轮式驱动方式，具有结构简单，控制方便，耗能较低，可靠性高，实用性强等优点。

Description

摆臂式无人四驱平台

技术领域

本发明涉及无人车技术领域，特别是涉及一种摆臂式无人四驱平台。

背景技术

当今时代，机器人技术的应用非常广泛，在民用、军工和执法机关等领域均有大量应用，移动机器人的应用领域也在不断扩大，包括巡检、救援、排爆、消防等，一个优良的移动平台更是移动机器人正常作业的基础。

移动机器人平台作为移动机器人最基本单元，用于搭载控制系统、检测系统和机械手等部件抵达作业现场执行具体的作业任务，其性能优劣直接影响着机器人的整体性能。

轮式移动机器人平台具有高速高效的优点，但因其地形适应性较差，应用受到了一定的局限。为了提高移动平台在复杂地形上的通过性能，目前已开发了多种轮履、腿履、轮腿复合式移动平台。

当前小型移动平台主要围绕履带式及纯轮式结构展开；履带式无人平台通过性强，纯履带式无人平台运行速度受限，能量消耗较大；轮式结构具有快速、能量利用率高的特点，纯轮式平台由于车体过低，行驶姿态单一，而且复杂环境通过性很差，不具有攀爬楼梯的功能，对于复杂路面、楼梯、高低不平环境无法适应。

另外，当前小型无人平台普遍具有体积过大，重量过重的缺点，不方便进行个人携行，也不便于收纳。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种摆臂式无人四驱平台，包括车体、摆臂驱动机构、摆臂机构、车轮机构和控制器；

所述车体的四角处分别安装摆臂驱动机构，所述摆臂驱动机构分别与摆臂机构连接，所述车轮机构与摆臂机构底部连接，所述控制器安装在车体上，控制器分别控制摆臂驱动机构和车轮机构的运转，所述摆臂驱动机构驱动摆臂机构的转动，达到车体姿态的调整；

所述摆臂机构包括前臂、后臂和摆臂连接机构，所述前臂的一端设有用于连接后臂的第一连接板以及第一悬挂耳，所述后臂的一端设有用于连接前臂的第二连接板，所述第一连接板和第二连接板通过摆臂连接机构进行铰接；

所述车轮机构包括车轮、驱动所述车轮旋转的轮毂电机以及控制轮毂电机运转的车轮驱动器，所述车轮驱动器与控制器连接。

进一步的，所述第一连接板和第二连接板均设为圆盘状，第一连接板和第二连接板中部均设有用于穿装摆臂连接机构的连接孔。

进一步的，所述摆臂连接机构包括螺栓、螺母、轴承和弹簧垫片，所述轴承安装在第一连接板中部的连接孔内，螺栓穿装在轴承上，螺栓的螺帽用于和轴承配合连接，螺母通过弹簧垫片螺接在伸出于第二连接板的螺栓尾端。

进一步的，所述前臂位于第一连接板的端部设有圆弧状的第一限位板，所述后臂位于第二连接板的端部设有圆弧状的第二限位板，所述第一限位板和第二限位板用于对铰接在一起的第一连接板和第二连接板之间的摆动角度进行限位。

进一步的，所述第一限位板和第二限位板将铰接在一起的第一连接板和第二连接板之间的摆动角度限制为30度以内。

进一步的，所述前臂远离第二连接板的一端设有通孔和限位槽，所述通孔内安装用于与轮毂电机输出轴连接的轴套，所述轴套上设有用于与限位槽连接的弧形板。

进一步的，所述摆臂驱动机构包括驱动电机、箱体和传动机构；所述驱动电机驱动传动机构运转，所述传动机构安装在箱体内，传动机构的输出端与后臂铰接。

进一步的，所述传动机构包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮和蜗杆采用水平90度角啮合连接，所述蜗杆与驱动电机连接，蜗轮的输出轴与后臂连接。

进一步的，所述后臂远离第二连接板的一端设有容纳蜗轮的输出轴的凹槽以及第二悬挂耳，所述凹槽的槽底面设有穿线孔以及用于穿装销杆连接蜗轮输出轴的连接孔，凹槽的槽壁设有用于穿装限位栓固定蜗轮输出轴的限位孔，所述第二悬挂耳与第一悬挂耳之间安装悬挂减震装置。

进一步的，所述箱体包括主箱体以及分别安装在主箱体上的输入端盖和输出端盖，所述主箱体与车体通过螺栓固定，在主箱体内容纳有蜗轮和蜗杆，所述蜗轮和蜗杆分别与主箱体之间通过轴承连接，用于驱动蜗杆的摆臂电机与输入端盖连接，所述输入端盖用于对蜗杆的轴向移动限位，所述输出端盖用于对蜗轮的轴向移动限位。

采用上述技术方案，本发明产生的技术效果有：

与现有技术相比，本发明采用蜗轮蜗杆带动摆臂结构运转，结合了轮式结构的高速行驶的特性，实现了稳定行驶状态下的姿态调整，弥补了传统轮式平台的行动环境受限等问题，并针对复杂环境行驶，如攀爬楼梯任务实现了较好的优化，克服了轮式移动机器人平台地形适应性差的缺点，具有较强的通过性能，能满足野外复杂环境下工作的多种需求，可实现爬坡、越障、在非平整地形下进行平稳前进。采用轮式驱动方式，具有结构简单，控制方便，耗能较低，可靠性高，实用性强等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1是本发明的结构示意图；

图2是车轮机构的结构示意图；

图3是前臂的结构示意图；

图4是后臂的结构示意图；

图5是摆臂连接机构的结构示意图；

图6是摆臂驱动机构的结构示意图。

附图标记：

1—车体，2—摆臂驱动机构，3—摆臂机构，4—车轮机构，5—控制器，6—悬挂减震装置，7—轴套，21—驱动电机，22—箱体，23—传动机构，31—前臂，32—后臂，33—摆臂连接机构，41—车轮，42—轮毂电机，221—主箱体，222—输入端盖，223—输出端盖，231—蜗轮，232—蜗杆，311—第一连接板，312—第一悬挂耳，313—限位槽，315—第一限位板，321—第二连接板，322—第二悬挂耳，323—凹槽，324—穿线孔，325—连接孔，326—限位孔，327—第二限位板，331—螺栓，332—螺母，333—轴承，334—弹簧垫片，71—弧形板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

请参照图1，本发明公开的一种电动汽车摆臂式无人四驱平台的结构示意图；

一种摆臂式无人四驱平台，包括车体1、摆臂驱动机构2、摆臂机构3、车轮机构4和控制器5；

所述车体1的形状可以设置为矩形、梯形、圆形等其他形状，本实施例中以矩形的车体1为例进行说明。

在车体1的四角处分别安装摆臂驱动机构2，摆臂驱动机构2分别与摆臂机构3连接，所述车轮机构4与摆臂机构3底部连接，所述控制器5安装在车体1上，控制器5分别控制摆臂驱动机构2和车轮机构4的运转，所述摆臂驱动机构2驱动摆臂机构3的转动，达到车体1姿态的调整；

车轮机构4包括车轮41、驱动所述车轮旋转的轮毂电机42以及控制轮毂电机运转的车轮驱动器，所述车轮驱动器与控制器连接，通过控制器输出指令与车轮驱动器，使车轮驱动器控制轮毂电机的启停功能。

具体的，

请参见图1，所述摆臂机构3包括前臂31、后臂32和摆臂连接机构33；

请参照图3，所述前臂31的一端设有第一连接板311和第一悬挂耳312，所述第一连接板311用于连接后臂32，第一连接板311设为圆盘状，所述第一悬挂耳312用于与后臂32之间安装悬挂减震装置6；

请参照图4，所述后臂32的一端设有第二连接板321，所述第二连接板321设为与第一连接板311同样大小的圆盘状结构，在第一连接板311和第二连接板321中部均设有用于穿装摆臂连接机构33的连接孔325，第一连接板311和第二连接板321通过摆臂连接机构33进行铰接。在后臂32远离第二连接板321的一端设有第二悬挂耳322，所述第二悬挂耳322与第一悬挂耳312通过悬挂减震装置6进行连接。

本产品采用的悬挂减震装置采用现有技术中通孔连接杆穿装减震弹簧的形式，也可以采用其他结构形式，这里不在赘述。

请参照图5，摆臂连接机构33包括螺栓331、螺母332、轴承333和弹簧垫片334；

所述轴承333安装在第一连接板311中部的连接孔325内，螺栓331穿装在轴承333上，螺栓331的螺帽用于和轴承333配合连接，螺母332通过弹簧垫片334螺接在伸出于第二连接板321的螺栓331尾端，弹簧垫片334用于为前臂31、后臂32提供预压力。

通过摆臂连接机构33对第一连接板311和第二连接板321进行连接，进而使前臂31与后臂32可相对摆动的连接在一起。

请参照图3，所述前臂31远离第二连接板321的一端设有通孔和限位槽313，所述通孔内安装用于与轮毂电机输出轴连接的轴套7，所述轴套7上设有用于与限位槽313连接的弧形板71。采用通孔和限位槽313相配合形式可以提高轮毂电机42和前臂31连接稳定性。

请参照图6，所述摆臂驱动机构2包括驱动电机21、箱体22和传动机构23；所述驱动电机21驱动传动机构23运转，所述传动机构23安装在箱体22内，传动机构的输出端与后臂32铰接。

传动机构23包括蜗轮231和蜗杆232，蜗轮231和蜗杆232采用水平90度角啮合连接，所述蜗杆232与驱动电机21连接，蜗轮231的输出轴与后臂32连接。

本产品采用的蜗轮231和蜗杆232结构具有以下优点：

1.蜗轮和蜗杆具有自锁功能，使摆臂机构3在电机断电后仍可以保持断电前的状态，在平稳行驶时可以减少电池的耗电量，大大加强了续航能力。

2.动力90度转向输出，因为车体的结构小巧，而摆臂电机的长度较大，如果直接输出，就会导致机器人的宽度大大增加，通过蜗轮蜗杆的90度输出特点，把摆臂电机的长度分配到了车体的长度方向，解决了因摆臂电机长度大导致车体宽度增加的问题。

请参照图4，后臂32远离第二连接板321的一端设有容纳蜗轮231的输出轴的凹槽323，所述凹槽323的槽底面设有穿线孔324以及用于穿装销杆连接蜗轮231输出轴的连接孔325，凹槽323的槽壁设有用于穿装限位栓固定蜗轮231输出轴的限位孔326；穿线孔324上安装有导电滑环，所述导电滑环用于线路的安装，同时保障摆臂机构进行360度全向的旋转。

请参照图6，箱体22包括主箱体221以及分别安装在主箱体221上的输入端盖222和输出端盖223；

所述主箱体221与车体1通过螺栓331固定，在主箱体221内容纳有蜗轮231和蜗杆232，蜗轮231和蜗杆232分别与主箱体221之间通过轴承连接，用于驱动蜗杆232的摆臂电机与输入端盖222连接，所述输入端盖222用于对蜗杆232的轴向移动限位，所述输出端盖223用于对蜗轮231的输出轴进行轴向限位。

实施例二

请参照图1，本发明公开的一种电动汽车摆臂式无人四驱平台的示意图；

一种摆臂式无人四驱平台，包括车体1、摆臂驱动机构2、摆臂机构3、车轮机构4和控制器5；

所述车体1的形状可以设置为矩形、梯形、圆形等其他形状，本实施例中以矩形的车体1为例进行说明。

在车体1的四角处分别安装摆臂驱动机构2，摆臂驱动机构2分别与摆臂机构3连接，所述车轮机构4与摆臂机构3底部连接，所述控制器5安装在车体1上，控制器5分别控制摆臂驱动机构2和车轮机构4的运转，所述摆臂驱动机构2驱动摆臂机构3的转动，达到车体1姿态的调整；

车轮机构4包括车轮41、驱动所述车轮旋转的轮毂电机42以及控制轮毂电机运转的车轮驱动器，所述车轮驱动器与控制器连接。

具体的，

请参见图1，所述摆臂机构3包括前臂31、后臂32和摆臂连接机构33；

参照图3，所述前臂31的一端设有第一连接板311和第一悬挂耳312，所述第一连接板311用于连接后臂32，第一连接板311设为圆盘状，所述第一悬挂耳312用于与后臂32之间安装悬挂减震装置6；

参照图4，所述后臂32的一端设有第二连接板321，所述第二连接板321设为与第一连接板311同样大小的圆盘状结构，在第一连接板311和第二连接板321中部均设有用于穿装摆臂连接机构33的连接孔325，第一连接板311和第二连接板321通过摆臂连接机构33进行铰接。在后臂32远离第二连接板321的一端设有第二悬挂耳322，所述第二悬挂耳322与第一悬挂耳312通过悬挂减震装置进行连接。

本产品采用的悬挂减震装置采用现有技术中通孔连接杆穿装减震弹簧的形式，也可以采用其他结构形式，这里不在赘述。

本实施中，在前臂31位于第一连接板311的端部设有圆弧状的第一限位板315，后臂32位于第二连接板321的端部设有圆弧状的第二限位板327，所述第一限位板315和第二限位板327用于对铰接在一起的第一连接板311和第二连接板321之间的摆动角度进行限位。

优选地，第一限位板315和第二限位板327将铰接在一起的第一连接板311和第二连接板321之间的摆动角度限制为30度以内。

请参照图5，摆臂连接机构33包括螺栓331、螺母332、轴承333和弹簧垫片334；

所述轴承333安装在第一连接板311中部的连接孔325内，螺栓331穿装在轴承333上，螺栓331的螺帽用于和轴承333配合连接，螺母332通过弹簧垫片334螺接在伸出于第二连接板321的螺栓331尾端，弹簧垫片334用于为前臂31、后臂32提供预压力。

通过摆臂连接机构33对第一连接板311和第二连接板321进行连接，进而使前臂31与后臂32可相对摆动的连接在一起。

请参照图3，所述前臂31远离第二连接板321的一端设有通孔和限位槽313，所述通孔内安装用于与轮毂电机输出轴连接的轴套7，所述轴套7上设有用于与限位槽313连接的弧形板71。采用通孔和限位槽313相配合形式可以提高轮毂电机和前臂31连接稳定性。

请参照图6，所述摆臂驱动机构2包括驱动电机21、箱体和传动机构；所述驱动电机21驱动传动机构运转，所述传动机构安装在箱体内，传动机构的输出端与后臂32铰接。

传动机构包括蜗轮231和蜗杆232，蜗轮231和蜗杆232采用水平90度角啮合连接，所述蜗杆232与驱动电机21连接，蜗轮231的输出轴与后臂32连接。

后臂32远离第二连接板321的一端设有容纳蜗轮231的输出轴的凹槽323，所述凹槽323的槽底面设有穿线孔324以及用于穿装销杆连接蜗轮231输出轴的连接孔325，凹槽323的槽壁设有用于穿装限位栓固定蜗轮231输出轴的限位孔326；穿线孔324上安装有导电滑环，所述导电滑环用于线路的安装，同时保障摆臂机构进行360度全向的旋转。

箱体包括主箱体221以及分别安装在主箱体221上的输入端盖222和输出端盖223；

所述主箱体221与车体1通过螺栓331固定，在主箱体221内容纳有蜗轮231和蜗杆232，蜗轮231和蜗杆232分别与主箱体221之间通过轴承333连接，用于驱动蜗杆232的摆臂电机与输入端盖222连接，所述输入端盖222用于对蜗杆232的轴向移动限位，所述输出端盖223用于对蜗轮231的输出轴进行轴向限位。

该无人平台特有的摆臂结构，实现了轮式结构的高速运行效果，还可以弥补传统轮式平台的行动环境受限等问题，并针对复杂环境行驶，如攀爬楼梯任务实现了较好的优化。

携行状态下，摆臂旋转180°，与车身平齐，体积缩到最小。启动、运行、制动由轮毂电机控制器实现。运行过程中，轮毂电机转动带动平台行驶，期间摆臂电机带动蜗轮蜗杆机构，实现摆臂机构的转动，达到车体姿态的调整，实现良好的通过性。运动过程中通过左右侧差速实现转向。攀爬楼梯时，后轮提供动力使其与地面摩擦保持稳定，前轮通过翻转动作实现上升攀爬。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种摆臂式无人四驱平台，其特征在于：包括车体、摆臂驱动机构、摆臂机构、车轮机构和控制器；

所述车体的四角处分别安装摆臂驱动机构，所述摆臂驱动机构分别与摆臂机构连接，所述车轮机构与摆臂机构底部连接，所述控制器安装在车体上，控制器分别控制摆臂驱动机构和车轮机构的运转，所述摆臂驱动机构驱动摆臂机构的转动，达到车体姿态的调整；

所述摆臂机构包括前臂、后臂和摆臂连接机构，所述前臂的一端设有用于连接后臂的第一连接板以及第一悬挂耳，所述后臂的一端设有用于连接前臂的第二连接板，所述第一连接板和第二连接板通过摆臂连接机构进行铰接；

所述车轮机构包括车轮、驱动所述车轮旋转的轮毂电机以及控制轮毂电机运转的车轮驱动器，所述车轮驱动器与控制器连接；

所述前臂位于第一连接板的端部设有圆弧状的第一限位板，所述后臂位于第二连接板的端部设有圆弧状的第二限位板，所述第一限位板和第二限位板用于对铰接在一起的第一连接板和第二连接板之间的摆动角度进行限位。

2.根据权利要求1所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述第一连接板和第二连接板均设为圆盘状，第一连接板和第二连接板中部均设有用于穿装摆臂连接机构的连接孔。

3.根据权利要求2所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述摆臂连接机构包括螺栓、螺母、轴承和弹簧垫片，所述轴承安装在第一连接板中部的连接孔内，螺栓穿装在轴承上，螺栓的螺帽用于和轴承配合连接，螺母通过弹簧垫片螺接在伸出于第二连接板的螺栓尾端。

4.根据权利要求1所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述第一限位板和第二限位板将铰接在一起的第一连接板和第二连接板之间的摆动角度限制为30度以内。

5.根据权利要求3所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述前臂远离第二连接板的一端设有通孔和限位槽，所述通孔内安装用于与轮毂电机输出轴连接的轴套，所述轴套上设有用于与限位槽连接的弧形板。

6.根据权利要求1所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述摆臂驱动机构包括驱动电机、箱体和传动机构；所述驱动电机驱动传动机构运转，所述传动机构安装在箱体内，传动机构的输出端与后臂铰接。

7.根据权利要求6所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述传动机构包括蜗轮和蜗杆，所述蜗轮和蜗杆采用水平90度角啮合连接，所述蜗杆与驱动电机连接，蜗轮的输出轴与后臂连接。

8.根据权利要求7所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述后臂远离第二连接板的一端设有容纳蜗轮的输出轴的凹槽以及第二悬挂耳，所述凹槽的槽底面设有穿线孔以及用于穿装销杆连接蜗轮输出轴的连接孔，凹槽的槽壁设有用于穿装限位栓固定蜗轮输出轴的限位孔，所述第二悬挂耳与第一悬挂耳之间安装悬挂减震装置。

9.根据权利要求8所述的摆臂式无人四驱平台，其特征在于：所述箱体包括主箱体以及分别安装在主箱体上的输入端盖和输出端盖，所述主箱体与车体通过螺栓固定，在主箱体内容纳有蜗轮和蜗杆，所述蜗轮和蜗杆分别与主箱体之间通过轴承连接，用于驱动蜗杆的摆臂电机与输入端盖连接，所述输入端盖用于对蜗杆的轴向移动限位，所述输出端盖用于对蜗轮的轴向移动限位。