CN105882746B - 一种双驱六轮小车及其转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双驱六轮小车及其转向控制方法，包括车架本体、行动轮组Ⅰ、行动轮组Ⅱ、驱动装置及传送装置，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ分布在车架本体两侧；所述行动轮组Ⅰ由三个车轮Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组成，所述行动轮组Ⅱ由三个车轮Ⅳ、Ⅴ及Ⅵ组成，所述车轮Ⅰ与车轮Ⅱ同轴连接并由一组驱动装置驱动，所述车轮Ⅳ与车轮Ⅴ同轴连接并由另一组驱动装置驱动，所述车轮Ⅲ通过传送装置与车轮Ⅰ、Ⅱ的驱动装置相连接，所述车轮Ⅵ通过另一组传送装置与车轮Ⅳ、Ⅴ的驱动装置相连接；通过控制行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ的转向，实现小车换向。该小车结构简单，体积小、重量轻、能耗低，有效解决了左右同轴转弯困难的问题，可广泛适用于工作在特殊环境中的设备。

Description

一种双驱六轮小车及其转向控制方法

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种双驱六轮小车及其转向控制方法。

背景技术

在移动机器人领域，轮式越障机构是其重要组成部分，现实生活中已有广泛应用且价值显著。因其具有承重大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、工作效率高等特点而被大众认可。但是，一般常用的轮式移动机器人越障能力不强，虽然左右同相能够大大增强轮式移动机器人的越障能力，却带来了转弯难的问题。这主要是由于：现有左右同相移动机器人采用左右同轴方式从结构上保持严格的左右同相，而同轴驱动则使得轮式移动机器人则存在转弯方面的困难。差速转向可解决转弯问题，但传统的差速转向是左右轮分别由不同的驱动机构控制，以使左右轮产生不同的速度实现转弯，而该方式又与上述的左右同相相冲突。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单且平稳性高的双驱六轮小车及其转向控制方法，该小车有效解决了左右同轴不能产生转弯效果的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双驱六轮小车，包括车架本体、行动轮组Ⅰ、行动轮组Ⅱ、驱动装置及传送装置，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ分布在车架本体两侧；所述行动轮组Ⅰ由三个车轮Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组成，所述行动轮组Ⅱ由三个车轮Ⅳ、Ⅴ及Ⅵ组成，所述车轮Ⅰ与车轮Ⅱ同轴连接并由一组驱动装置驱动，所述车轮Ⅳ与车轮Ⅴ同轴连接并由另一组驱动装置驱动，所述车轮Ⅲ通过传送装置与车轮Ⅰ、Ⅱ的驱动装置相连接，所述车轮Ⅵ通过另一组传送装置与车轮Ⅳ、Ⅴ的驱动装置相连接。

进一步，所述车轮Ⅲ与车轮Ⅵ均通过动力轴与传送装置相连接。

进一步，所述车轮Ⅲ与车轮Ⅵ位于两组同轴连接的车轮之间。

进一步，所述车轮Ⅰ与车轮Ⅱ、车轮Ⅳ与车轮Ⅴ、车轮Ⅲ与车轮Ⅵ两两对称设置在车架本体两侧。

进一步，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ均为车轮外圆周上均匀设有若干个缺口的多叶轮，相互对称设置的两个多叶轮上的叶片圆弧段互补并可形成一个整圆，位于车架本体一侧间隔设置的两个多叶轮上的叶片圆弧段偏转角度相同。

进一步，所述多叶轮为三叶轮。

本发明还提供一种小车转向控制方法，包括以下步骤：

(1)保证车轮Ⅲ与车轮Ⅰ、Ⅱ同步驱动，车轮Ⅵ与车轮Ⅳ、Ⅴ同步驱动；

(2)车架本体转向时，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ的转向相反。

进一步，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ均为多叶轮时，保证对称设置在车架本体上的两个多叶轮上的叶片圆弧段互补且各多叶轮间的相对相位固定不变。

本发明的有益效果在于：该双驱六轮小车有效解决了左右同轴转弯困难的问题，具有结构简单，体积小、重量轻、能耗低的特点，无需再加其余的动力装置即可实现转弯，控制简单且容易实现，在规整地形下以轮式前进，运动效率较高，在非规整地形下行走时，可利用缺口相位搭到障碍物上，集合前后驱动装置的驱动力，越障能力得到极大提升。

与其它左右同轴机构相比，转弯效率较高，越障能力较好，负载能力强，可广泛适用于工作在特殊环境中的设备，如越障移动机器人，救灾机器人，救援装置等。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的前进示意图；

图3为图1的后退示意图；

图4为图1的右转示意图；

图5为图1的左转示意图；

图6为三叶轮小车的结构示意图；

图7为图6的前进示意图；

图8为图6的后退示意图；

图9为图6的左转示意图；

图10为图6的右转示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本发明中的双驱六轮小车，包括车架本体1、行动轮组Ⅰ、行动轮组Ⅱ、驱动装置2及传送装置3，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ分布在车架本体1两侧；所述行动轮组Ⅰ由三个车轮Ⅰ4、Ⅱ5及Ⅲ6组成，所述行动轮组Ⅱ由三个车轮Ⅳ7、Ⅴ8及Ⅵ9组成，所述车轮Ⅰ4与车轮Ⅱ5同轴连接并由一组驱动装置2驱动，所述车轮Ⅳ7与车轮Ⅴ8同轴连接并由另一组驱动装置2驱动，所述车轮Ⅲ6通过传送装置3与车轮Ⅰ4、Ⅱ5的驱动装置2相连接，所述车轮Ⅵ9通过另一组传送装置3与车轮Ⅳ7、Ⅴ8的驱动装置2相连接。

具体的，所述车轮Ⅲ6与车轮Ⅵ9均通过动力轴10与传送装置3相连接。所述车轮Ⅲ6与车轮Ⅵ9位于两组同轴连接的车轮之间，且车轮Ⅰ与车轮Ⅱ、车轮Ⅳ与车轮Ⅴ、车轮Ⅲ与车轮Ⅵ两两对称设置在车架本体两侧。该结构的小车平稳性更好且更易控制，降低了操作难度。

本发明还提供一种小车转向控制方法，包括以下步骤：

(1)保证车轮Ⅲ6与车轮Ⅰ4、Ⅱ5同步驱动，车轮Ⅵ9与车轮Ⅳ7、Ⅴ8同步驱动；

(2)车架本体1转向时，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ的转向相反。

作为上述方案的进一步改进，当行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ均为多叶轮时，保证对称设置在车架本体上的两个多叶轮上的叶片圆弧段互补且各多叶轮间的相对相位固定不变。

为了说明该小车的工作过程，可定义两种驱动装置2转动方式，正向转动(驱动装置2的驱动轴顺时针转动)和逆向转动(驱动轴逆时针转动)。

当车架本体1上的两组驱动装置2的驱动轴顺时针转动时，此时，驱动轴带动行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ正向转动，车体向前行进。如图2所示。

当车架本体1上的两组驱动装置2的驱动轴逆时针转动时，此时，驱动轴带动行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ逆向转动，车体向后行进。如图3所示。

当行动轮组Ⅰ正向旋转、行动轮组Ⅱ逆向旋转时，由于车架本体1上的前、后两组轮子(车轮Ⅰ4、Ⅱ5与车轮Ⅳ7、Ⅴ8)完全对称，故其对车体的作用力相互抵消，而中间一组轮子(车轮Ⅲ6与车轮Ⅵ9)因对应与前、后两组驱动装置2相连，故对应与前后车轮同相，即车轮Ⅲ6正向旋转，车轮Ⅵ9逆向旋转，从而实现车身右转。如图4所示。

当行动轮组Ⅰ逆向旋转、行动轮组Ⅱ正向旋转时，由于车架本体1上的前、后两组轮子(车轮Ⅰ4、Ⅱ5与车轮Ⅳ7、Ⅴ8)完全对称，故其对车体的作用力相互抵消，而中间一组轮子(车轮Ⅲ6与车轮Ⅵ9)因对应与前、后两组驱动装置2相连，故对应与前后车轮同相，即车轮Ⅲ6逆向旋转，车轮Ⅵ9正向旋转，从而实现车身左转。如图5所示。

作为上述方案的进一步改进，可将各车轮替换成多叶轮，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ均为车轮外圆周上均匀设有若干个缺口的多叶轮，相互对称设置的两个多叶轮上的叶片圆弧段互补并可形成一个整圆，位于车架本体1一侧间隔设置的两个多叶轮上的叶片圆弧段偏转角度相同。缺口相位具有极强的越障能力，相位互补增强了转弯效率，该结构不仅提高了小车的越障性能和转弯效率，同时又不失去平坦地面的行走效率，实用效果好。

以某三叶轮小车为例，如图6所示。车轮4-1与车轮5-1同轴连接且相位互补，车轮7-1与车轮8-1同轴连接且相位互补，车轮6-1与车轮4-1、5-1上的驱动装置相连，车轮9-1与车轮7-1、8-1上的驱动装置相连，车轮5-1、6-1及7-1同侧且车轮5-1与车轮7-1同相，车轮4-1、8-1及9-1同侧且车轮8-1与车轮4-1同相。

当车架本体1上的两组驱动装置2的驱动轴顺时针转动时，此时，驱动轴带动车轮4-1、5-1、6-1与车轮7-1、8-1、9-1正向转动，车体向前行进。如图7所示。

当车架本体1上的两组驱动装置2的驱动轴逆时针转动时，此时，驱动轴带动车轮4-1、5-1及车轮6-1与车轮7-1、8-1、9-1逆向转动，车体向后行进。如图8所示。

当车轮4-1、5-1及车轮6-1逆向旋转、车轮7-1、8-1及车轮9-1正向旋转时，由于车轮4-1、5-1及车轮6-1左侧轮子的摩擦力作用时间大于右侧，车轮7-1、8-1及车轮9-1右侧轮子的摩擦力作用时间大于左侧，而中间一组轮子对应与前后两组驱动装置相连，即左侧逆向旋转，右侧正向旋转，有效力臂均大于前后轴的有效力臂，故车身左转。如图9所示。

当车轮4-1、5-1及车轮6-1正向旋转、车轮7-1、8-1及车轮9-1逆向旋转时，由于车轮4-1、5-1及车轮6-1右侧轮子的摩擦力作用时间大于左侧，车轮7-1、8-1及车轮9-1左侧轮子的摩擦力作用时间大于右侧，而中间一组轮子对应与前后两组驱动装置相连，即左侧正向旋转，右侧逆向旋转，有效力臂均大于前后轴的有效力臂，故车身右转。如图10所示。

当然，多叶轮的叶片数量不限定在三片，也可为二、三、四或五。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种双驱六轮小车，其特征在于：包括车架本体、行动轮组Ⅰ、行动轮组Ⅱ、驱动装置及传送装置，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ分布在车架本体两侧；所述行动轮组Ⅰ由三个车轮Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ组成，所述行动轮组Ⅱ由三个车轮Ⅳ、Ⅴ及Ⅵ组成，所述车轮Ⅰ与车轮Ⅱ同轴连接并由一组驱动装置驱动，所述车轮Ⅳ与车轮Ⅴ同轴连接并由另一组驱动装置驱动，所述车轮Ⅲ通过传送装置与车轮Ⅰ、Ⅱ的驱动装置相连接，所述车轮Ⅵ通过另一组传送装置与车轮Ⅳ、Ⅴ的驱动装置相连接。

2.根据权利要求1所述的双驱六轮小车，其特征在于：所述车轮Ⅲ与车轮Ⅵ均通过动力轴与传送装置相连接。

3.根据权利要求1所述的双驱六轮小车，其特征在于：所述车轮Ⅲ与车轮Ⅵ位于两组同轴连接的车轮之间。

4.根据权利要求3所述的双驱六轮小车，其特征在于：所述车轮Ⅰ与车轮Ⅱ、车轮Ⅳ与车轮Ⅴ、车轮Ⅲ与车轮Ⅵ两两对称设置在车架本体两侧。

5.根据权利要求4所述的双驱六轮小车，其特征在于：所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ均为车轮外圆周上均匀设有若干个缺口的多叶轮，相互对称设置的两个多叶轮上的叶片圆弧段互补并可形成一个整圆，位于车架本体一侧间隔设置的两个多叶轮上的叶片圆弧段偏转角度相同。

6.根据权利要求5所述的双驱六轮小车，其特征在于：所述多叶轮为三叶轮。

7.一种控制权利要求1～6任一项所述双驱六轮小车转向的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）保证车轮Ⅲ与车轮Ⅰ、Ⅱ同步驱动，车轮Ⅵ与车轮Ⅳ、Ⅴ同步驱动；

（2）车架本体转向时，所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ的转向相反。

8.根据权利要求7所述的控制双驱六轮小车转向的方法，其特征在于：所述行动轮组Ⅰ与行动轮组Ⅱ均为多叶轮时，保证对称设置在车架本体上的两个多叶轮上的叶片圆弧段互补且各多叶轮间的相对相位固定不变。