CN105857423B - 一种高机动高适应性地面无人平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高机动高适应性地面无人平台，其特征是包括车身平台和对称布置在车身平台两侧的六套独立驱动机构，独立驱动机构包括悬挂系统、履带行走机构和半轴，履带行走机构通过悬挂系统与车身平台相连，履带行走机构包括履带驱动机构和履带旋转机构；履带驱动机构包括驱动电机、中心驱动轮、翼轮和履带，由中心驱动轮和两侧翼轮共同啮合传动的履带在竖直平面上构成平行四边形的几何形状；控制翼轮与中心驱动轮的相对位置，获得独立驱动机构的不同运动姿态。本发明能适应复杂地形，具有很强的越障、越壕、攀爬能力。

Description

一种高机动高适应性地面无人平台

技术领域

本发明属于地面无人车辆技术领域，具体涉及一种高机动高适应性地面无人平台。

背景技术

地面无人平台具有高机动性、搭载能力强、成本低等特点，一些特殊场合中，尤其是在战场环境中，地面无人平台对于巡逻侦察、反恐维稳、未爆弹药处理、战场救护、简易爆炸装置探测、探扫雷、城区辅助作战和后勤保障等都能发挥巨大的作用。

对于地面无人平台来说，良好通过性是最重要的性能之一，尤其是在非结构化环境下作业时，更要求具备良好的灵活性和适应性。目前，针对复杂地形的不同道路条件，地面无人平台的驱动方式主要有轮式、履带式和轮履复合式三种方式。轮式结构简单，在硬路面行驶速度快，机动性强，但由于接地比压大，在泥泞，沙地及雪地等恶劣地形条件下容易出现打滑、沉陷等现象，通过性差。履带式具有牵引力大、接地比压低、爬坡能力强、转弯半径小等优点，在沙石、泥泞以及崎岖路面上具有较高的通过性，但存在机动性差、行驶速度慢、对路面破坏性大。轮履组合式、轮履更换式、可变形履带式等兼顾轮式驱动的高机动性和履带式驱动的高通过性的特点，但是系统结构复杂、可靠性差，实际应用中受到了较大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种机动性高，能适应各种复杂的地形，且具有很强的越障、越壕、攀爬能力的高机动高适应性地面无人平台。

本发明为解决技术问题采用以下的技术方案：

本发明高机动高适应性地面无人平台的结构特点是：所述地面无人平台包括车身平台和六套独立驱动机构，所述六套独立驱动机构对称布置在车身平台的两侧，所述独立驱动机构包括悬挂系统、履带行走机构和半轴，所述履带行走机构通过悬挂系统与车身平台相连，所述履带行走机构包括履带驱动机构和履带旋转机构；所述履带驱动机构包括驱动电机、中心驱动轮、翼轮和履带，由所述中心驱动轮和两侧翼轮共同啮合传动的履带在竖直平面上构成平行四边形的几何形状；利用履带旋转机构控制所述翼轮与中心驱动轮的相对位置，以获得所述独立驱动机构的不同运动姿态。

本发明高机动高适应性地面无人平台的结构特点也在于：所述驱动电机的驱动电机转子通过螺栓与中心驱动轮相连，所述驱动电机的驱动电机定子通过键与半轴相连，所述中心驱动轮和驱动电机转子均通过轴承支撑于半轴上。

本发明高机动高适应性地面无人平台的结构特点也在于：所述履带旋转机构包括旋转电机、回转摆臂、张紧弹簧和推杆，所述旋转电机的旋转电机转子通过螺栓与回转摆臂相连，旋转电机的旋转电机定子通过螺栓与半轴相连，回转摆臂和旋转电机转子均通过轴承支撑于半轴上，所述推杆有两个，两根推杆的外端与翼轮铰接，两根推杆的内端插入在回转摆臂的套筒内，所述套筒在沿回转摆臂的径向上对称凸伸；利用所述旋转电机控制回转摆臂的0～360°的转动，从而控制所述翼轮与中心驱动轮的相对位置。

本发明高机动高适应性地面无人平台的结构特点也在于：在所述套筒的筒底部放置有张紧弹簧，所述张紧弹簧两端分别与推杆的内端面以及回转摆臂底面相接，所述履带的张紧状态依靠推杆和张紧弹簧共同维持。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明中由所述中心驱动轮和两侧翼轮共同啮合传动的履带在竖直平面上构成平行四边形的几何形状；利用履带旋转机构控制翼轮与中心驱动轮的相对位置，以获得独立驱动机构的不同运动姿态，通过独立驱动机构姿态的变化及其相互组合来适应多种复杂地形，极大地提高了地面无人平台的地形适应性。

2、本发明由中心驱动轮、翼轮和履带构成平行四边形的几何形状，可以利用平行四边形中的一条边触地，使得地面无人平台具有较大的接近角，从而具有良好的越障、攀爬能力。

3、本发明在独立驱动机构姿态改变过程中，通过回转摆臂套筒内张紧弹簧的反作用力使履带保持张紧状态，保证中心驱动轮、翼轮和履带时刻处于啮合状态，从而使得履带在任意形态情况下都可以平稳行进。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图1的主视示意图；

图3为图1的侧视示意图；

图4为图1的俯视示意图；

图5为本发明中履带行走机构立体结构示意图；

图6为图5的主视示意图；

图7为图6的A-A剖面示意图；

图8为图5的侧视图示意；

图9为图8的B-B剖面视示意图；

图10为本发明在铺装路面行进时的运动示意图；

图11为本发明在恶劣路况行进时的运动示意图；

图12为本发明在上、下坡行进时的运动示意图；

图13为本发明在过凸起障碍时的运动示意图；

图14为本发明在侧坡行进时的运动示意图；

图15为本发明在攀爬垂直阶梯墙时的运动示意图；

图16为本发明在过壕沟时的运动示意图；

图17为本发明在涉水行进时的运动示意图。

图中标号：1车身平台；2独立驱动机构；3悬挂系统；4履带行走机构；5中心驱动轮；6翼轮；7履带；8驱动电机转子；9驱动电机定子；10减震弹簧；11阻尼器；12半轴；13横拉杆；14旋转电机定子；15旋转电机转子；16回转摆臂；17推杆；18张紧弹簧。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本实施例中高机动高适应性地面无人平台，包括车身平台1和六套独立驱动机构2，六套独立驱动机构2对称布置在车身平台1的两侧，左侧和右侧分别设置有三套，依次为前轮、中轮和后轮，每套独立驱动机构2均由单独的轮毂电机驱动履带行走，车身平台1的转向功能依靠其两侧独立驱动机构之间的差速控制来实现，从而形成地面无人平台6×6驱动模式。

参见图5、图6、图7和图8，独立驱动机构2包括悬挂系统3、履带行走机构4和半轴12，履带行走机构4通过悬挂系统3与车身平台1相连，履带行走机构4由履带驱动机构和履带旋转机构两个部分组成；履带驱动机构包括驱动电机、中心驱动轮5、翼轮6和履带7，由中心驱动轮5和两侧翼轮6共同啮合传动的履带7在竖直平面上构成平行四边形的几何形状；利用履带旋转机构控制所述翼轮6与中心驱动轮5的相对位置，以获得所述独立驱动机构的不同运动姿态，使地面无人平台通过独立驱动机构2的姿态变化及相互组合来主动适应多种复杂地形，提高其机动性和地形适应性。

如图7所示，本实施例中驱动电机采用轮毂电机，驱动电机转子8通过螺栓与中心驱动轮5相连，驱动电机的驱动电机定子9通过键与半轴12相连，中心驱动轮5和驱动电机转子8均通过轴承支撑于半轴12上。

如图7、图8和图9所示，本实施例中履带旋转机构包括旋转电机、回转摆臂16、张紧弹簧18和推杆17，旋转电机的旋转电机转子15通过螺栓与回转摆臂16相连，旋转电机的旋转电机定子14通过螺栓与半轴12相连，回转摆臂16和旋转电机转子15均通过轴承支撑于半轴12上，推杆17有两个，两根推杆17的外端与翼轮6铰接，两根推杆17的内端插入在回转摆臂16的套筒内，套筒在沿回转摆臂的径向上对称凸伸；利用旋转电机控制回转摆臂16的0～360°的转动，从而控制翼轮6与中心驱动轮5的相对位置。

如图9所示，本实施例中在套筒的筒底部放置有张紧弹簧18，张紧弹簧18两端分别与推杆17的内端面以及回转摆臂16底面相接，履带7的张紧状态依靠推杆17和张紧弹簧18共同维持。

如图7所示，本实施例中悬挂系统3包括横拉杆13、减震弹簧10、阻尼器11，其中横拉杆13的两端分别与半轴12和车身平台1铰接，减震弹簧10上端通过螺栓与车身平台1固接，减震弹簧10下端与半轴12铰接，减震弹簧10采用螺旋弹簧，减震弹簧10套装在阻尼器11的外面。

本实施例中是以中心驱动轮5为主动轮，翼轮6为从动轮，通过履带驱动机构中的驱动电机驱动中心驱动轮5旋转，并通过翼轮6和履带7实现地面无人平台的行走。履带旋转机构通过旋转电机控制回转摆臂16绕其回转中心作0～360°的回转，随之带动推杆17转动，进而使得推杆17外端铰接的翼轮6绕回转摆臂16的回转中心作圆周运动，达到控制独立驱动机构2姿态的目的，并在独立驱动机构2姿态改变过程中，通过张紧弹簧18的反作用力使履带7时刻保持张紧状态，从而使得中心驱动轮5、翼轮6和履带7形成的几何形状始终保持为平行四边形，确保回转摆臂16停止在任意角度时地面无人平台都可以平稳行进，利用六个独立驱动机构2姿态的主动变化及其相互组合来综合提高地面无人平台的机动性和地形适应性。

以下举例说明本发明高机动高适应性地面无人平台的运动方式：

如图10所示，在铺装路面条件下，两侧翼轮6收起，履带7与地面接触面积减小，接地比压增大，摩擦力减小，从而达到在铺装路面快速行进的目的。

如图11所示，在泥泞、沙地及雪地等恶劣地形条件下，两侧翼轮6位置改变形成履带结构，使之有较大的接近角，此时平台接地比压降低，具备履带式车辆对泥泞，沙地及雪地等恶劣地形的较好的通过能力。

如图12所示，上坡行进时，车身平台的重心后倾，通过改变两侧独立驱动机构中翼轮的位置，使得履带平行四边形的一条边着地，平台具有较大的接近角并支撑平台的重心，如图12中(a)图所示；下坡行进时，车身平台的重心前倾，通过改变两侧独立驱动机构中翼轮的位置，使得独立驱动机构的姿态在上坡基础上顺时针旋转一定的角度，使得平行四边形的另外一条边着地，从而支撑平台的重心，实现平稳下坡，如图12中(b)图所示。

如图13所示，在路面有凸起情况下，通过不断改变两侧翼轮的位置来调节平台的接近角和离去角，按照图13中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)图所示过程翻越凸起的障碍物。

如图14所示，在侧坡上行进时，通过调整左右侧独立驱动机构中翼轮的位置，使得近地侧独立驱动机构的离地高度大于远地侧，从而实现在侧坡上的平稳行进。

如图15所示，在攀爬垂直阶梯墙条件下，在接近障碍物时，通过前轮与阶梯的接触点产生向上的攀爬升力，后轮驱动提供更大的前轮与阶梯的压力，使前轮获得更大的攀爬升力，直到攀爬升力克服自身重力，使车辆前轮成功抬升。在前轮上升到阶梯高度时，前轮的翼轮下降，履带与地面接触，平台获得更好的抓地力，行进至中轮接近阶梯时，中轮与前轮以类似的方式接近并通过阶梯，此时前后轮各自调整至车辆平衡位置前进，直至平台顺利通过垂直阶梯，按照图15中(a)、(b)、(c)和(d)图所示的四个步骤跨越垂直阶梯墙。

如图16所示，在跨越壕沟障碍时，前履带轮离开地面，处于壕沟上方的状态时，通过控制前轮独立驱动机构的姿态顺时针旋转90°后提前落到对面壕沟边缘，以使得地面无人平台受力均衡而不至于跌入壕沟，按照图16中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)图的步骤通过壕沟。

如图17所示，在涉水行进时，通过控制履带旋转电机的转动，使得左右侧独立驱动机构的站立，增大离地间隙，以此抬高车身平台涉水行进。

Claims (4)

1.一种高机动高适应性地面无人平台，其特征在于：所述地面无人平台包括车身平台(1)和六套独立驱动机构(2)，所述六套独立驱动机构(2)对称布置在车身平台(1)的两侧，所述独立驱动机构(2)包括悬挂系统(3)、履带行走机构(4)和半轴(12)，所述履带行走机构(4)通过悬挂系统(3)与车身平台(1)相连，所述履带行走机构(4)包括履带驱动机构和履带旋转机构；所述履带驱动机构包括驱动电机、中心驱动轮(5)、翼轮(6)和履带(7)，由所述中心驱动轮(5)和两侧翼轮(6)共同啮合传动的履带(7)在竖直平面上构成平行四边形的几何形状；利用履带旋转机构控制所述翼轮(6)与中心驱动轮(5)的相对位置，以获得所述独立驱动机构的不同运动姿态，使地面无人平台通过独立驱动机构(2)的姿态变化及相互组合来主动适应多种复杂地形，提高其机动性和地形适应性。

2.根据权利要求1所述的高机动高适应性地面无人平台，其特征在于：所述驱动电机的驱动电机转子(8)通过螺栓与中心驱动轮(5)相连，所述驱动电机的驱动电机定子(9)通过键与半轴(12)相连，所述中心驱动轮(5)和驱动电机转子(8)均通过轴承支撑于半轴(12)上。

3.根据权利要求1或2所述的高机动高适应性地面无人平台，其特征在于：所述履带旋转机构包括旋转电机、回转摆臂(16)、张紧弹簧(18)和推杆(17)，所述旋转电机的旋转电机转子(15)通过螺栓与回转摆臂(16)相连，旋转电机的旋转电机定子(14)通过螺栓与半轴(12)相连，回转摆臂(16)和旋转电机转子(15)均通过轴承支撑于半轴(12)上，所述推杆(17)有两个，两根推杆(17)的外端与翼轮(6)铰接，两根推杆(17)的内端插入在回转摆臂(16)的套筒内，所述套筒在沿回转摆臂的径向上对称凸伸；利用所述旋转电机控制回转摆臂(16)的0～360°的转动，从而控制所述翼轮(6)与中心驱动轮(5)的相对位置。

4.根据权利要求3所述的高机动高适应性地面无人平台，其特征在于：在所述套筒的筒底部放置有张紧弹簧(18)，所述张紧弹簧(18)两端分别与推杆(17)的内端面以及回转摆臂(16)底面相接，所述履带(7)的张紧状态依靠推杆(17)和张紧弹簧(18)共同维持。