CN106218339A - 用于全方位移动平台的减震与稳定机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全方位移动平台的减震与稳定机构，属于减震与稳定装置领域，该减震与稳定机构包括主车体、连接块、麦克纳姆轮、驱动单元和四组对称式安装的滑块连接机构，每组滑块连杆机构均包括外支撑块、内支撑块、第一纵向连杆、第二纵向连杆、横向连杆、横向导杆和减震器，同侧的两个第一纵向连杆之间采用第一弹性元件以回转副连接，对侧的两个横向导杆之间采用第二弹性元件连接。本发明能够保证平台在越过路面凸起及攀爬斜坡过程中依然能够保持平台的稳定性，减小平台的振动及倾翻。

Description

用于全方位移动平台的减震与稳定机构

技术领域

本发明涉及一种减震与稳定装置，特别是指一种用于全方位移动平台的减震与稳定机构。

背景技术

目前随着基于麦克纳姆轮的全方位移动平台的研发逐渐深入，全方位移动平台的应用也越来越广泛。全方位移动平台在移动过程中会遇到斜坡或路面凸起的情况，当全方位移动平台越过斜坡或凸起的时候会产生车体车轮振动及车轮离地的情况，这样严重影响了全方位移动平台行进的稳定性。现有的基于麦克纳姆轮的全方位移动平台的车轮与车架的连接方式大都采用刚性连接，车轮与车架之间无法相对运动，当全方位移动平台行进中遇到路面凸起时，必定会导致车轮抬升，车体振动。

国家知识产权局于2016年2月24日公布的公布号为CN105345420A的发明专利申请中公开了一种飞机起落架拆装装置，该装置的麦克纳姆轮与车架之间采用的即为固定连接方式，虽然该飞机起落架拆装装置能够实现全方位移动效果，但当遇到凹凸路面时却无法保证移动装置运动的稳定性，遇到路面凸起时必定会导致车轮随车体一同跳动。国家知识产权局于2015年4月8日公告的授权公告号为CN204250202U的实用新型专利中公开了一种基于麦克纳姆轮的摇杆式全方位移动平台，该全方位移动平台的车轮虽能始终与地面接触且分担载荷，但经验证却无法实现像其所叙述的在轮子充分接地的情况下越过凸台斜坡的效果。另外还有一些专利中采用单纯的采用减震装置来连接车轮与车架，但这也只能缓冲移动平台的振动，而在单侧越障及单轮越障时依然会有可能会产生振动和倾翻的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够保证平台在越过路面凸起及攀爬斜坡过程中依然能够保持平台的稳定性，减小平台的振动及倾翻的用于全方位移动平台的减震与稳定机构。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种用于全方位移动平台的减震与稳定机构，包括主车体、连接块、右旋麦克纳姆轮、左旋麦克纳姆轮和驱动单元，每个右旋麦克纳姆轮和左旋麦克纳姆轮分别对应一个驱动单元和连接块，所述驱动单元与右旋麦克纳姆轮以及所述驱动单元与左旋麦克纳姆轮均通过所述连接块中的传动件连接，还包括四组对称式安装的滑块连接机构，每组滑块连杆机构均包括外支撑块、内支撑块、第一纵向连杆、第二纵向连杆、横向连杆和横向导杆，其中：

每组滑块连接机构中，所述外支撑块设置于主车体上，所述内支撑块设置于连接块上，所述外支撑块与内支撑块采用滑动连接，所述第一纵向连杆的两端分别与所述内支撑块和第二纵向连杆的一端铰接连接，所述第二纵向连杆的另一端与所述主车体的中部采用回转副连接，所述横向连杆的两端分别与所述第二纵向连杆和横向导杆采用球连接；

所述内支撑块上设置有减震器，所述减震器的顶端与所述外支撑块的底部铰接，所述减震器的底端与所述内支撑块的底部铰接；

同侧的两组滑块连接机构中的第一纵向连杆之间采用第一弹性元件以回转副连接，对侧的两组滑块连杆机构中的横向导杆之间采用第二弹性元件连接。

进一步的，所述外支撑块的内部和内支撑块的内部均为空心，所述外支撑块的顶部和内支撑块的顶部均开口，所述外支撑块的底部和内支撑块的底部均封口，所述外支撑块的内部设有第一导向槽，所述内支撑块的外部设置有与所述第一导向槽配合的导向块，所述减震器设置于所述内支撑块的内部。

进一步的，所述主车体的上板上设置有左右贯通的通孔，所述通孔的正下方设置有沿所述通孔轴线方向的滑槽，所述第二弹性元件自由放置在所述通孔的中间位置，所述横向导杆的一端设置有与所述横向导杆轴线垂直的用于支撑所述横向导杆的球副的支撑杆，所述支撑杆与所述滑槽配合并沿所述滑槽移动，同侧的两个横向导杆的另一端与所述第二弹性元件的两端均采用压缩接触连接。

进一步的，所述主车体的侧板上设置有第二导向槽，所述第二纵向连杆上安装球副的对侧设置有滑块，所述滑块与第二导向槽配合并沿所述第二导向槽移动。

进一步的，同侧的两个第二纵向连杆与所述主车体中部设置的同一回转轴采用回转副连接，所述主车体的中部用于与同侧的两个第二纵向连杆采用回转副连接的回转轴和与对侧的两个第二纵向连杆采用回转副连接的回转轴同轴。

进一步的，所述第一弹性元件和第二弹性元件均为压缩弹簧。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构采用减震器与滑块连接机构并配合弹性元件实现了缓冲减震的作用，同时驱动单元与麦克纳姆轮之间通过连接块的传动件连接能够保证驱动单元随麦克纳姆轮一同上下运动。全方位移动平台在运行过程中遇到路面凸起时，遇到路面凸起的麦克纳姆轮对应的滑块连接机构中的内支撑块会受到向上的顶升力，该顶升力带动麦克纳姆轮、连接块及驱动单元一同抬升。一方面，内支撑块受到的一部分顶升力被与内支撑块和外支撑块铰接连接的减震器吸收并消散，起到一定的缓冲作用；另一方面，内支撑块的抬升会带动与其连接的第一纵向连杆将第二纵向连杆顶起，此时会引起两个作用：一是第二纵向连杆的抬升会压缩与其以回转副连接的第一弹性元件，这就将地面对麦克纳姆轮的顶升力的一部分力转化为第一弹性元件的压缩变形力，然后再通过第一弹性元件将这部分压缩变形力通过同侧另一滑块连接机构的第二纵向连杆及第一纵向连杆作用到同侧另一麦克纳姆轮上，使得同侧的另一麦克纳姆轮更加紧实的压在地面上，由于力是相互作用的，所以同侧两麦克纳姆轮之间可相互挤压，在遇到凸起时同侧两麦克纳姆轮都不容易发生离地的情况；二是第二纵向连杆的抬升会推动与其采用球连接的横向连杆，横向连杆又推动与其采用球连接的横向导杆移动，从而压缩第二弹性元件，即将地面对麦克纳姆轮的顶升力的另一部分力转化为第二弹性元件的压力，第二弹性元件受压后将力又施加到对侧对称的横向导杆上，对侧对称的横向导杆再将受到的第二弹性元件的压力施加到与其采用球连接的横向连杆上，这部分力再通过横向连杆传递到对侧对称的第二纵向连杆上，然后再通过对侧对称的第一纵向连杆及内支撑块将这部分力传递到对侧的麦克纳姆轮上，保证对侧的麦克纳姆轮紧实接地，不发生跳动离地的情况。在此过程中主要是依靠带有球副的横向连杆将全方位移动平台侧面上的二维力转换为三维力，然后再将三维力转换为二维力，实现了地面对全方位移动平台的反作用力在全方位移动平台两侧车轮间的传递。

另外，本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构使得麦克纳姆轮与主车体之间的支撑力已经不再局限性地作用在麦克纳姆轮支撑件与主车体固定连接的部位，而是采用滑块连接机构并配合弹性元件和球连接将麦克纳姆轮受到的部分支撑力经过第一纵向连杆、第二纵向连杆在第二纵向连杆与主车体中部的回转副连接处施加到主车体上，在总支撑力不变的情况下实现了支撑力的分散以保证主车体能在多个部位分散受力避免应力集中，使主车体受力更加合理。

附图说明

图1为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的等轴测图；

图2为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的滑动连杆机构的结构示意图；

图3为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的侧剖视图；

图4为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的主剖视图；

图5为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的内支撑块与外支撑块的连接示意图；

图6为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的横向导杆与主车体的通孔的连接示意图；

图7为图1所示的本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的Ⅰ的局部放大图，即为第二纵向连杆与主车体侧板的连接示意图；

图8为本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构的麦克纳姆轮承受的支撑力的传递示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种用于全方位移动平台的减震与稳定机构，如图1至图8所示，包括主车体1、连接块2、右旋麦克纳姆轮3、左旋麦克纳姆轮4和驱动单元5，每个右旋麦克纳姆轮3和左旋麦克纳姆轮4分别对应一个驱动单元5和连接块2，驱动单元5与右旋麦克纳姆轮3以及驱动单元5与左旋麦克纳姆轮4均通过连接块2中的传动件(未示出)连接，该减震与稳定机构还包括四组对称式安装的滑块连接机构6，每组滑块连杆机构6均包括外支撑块65、内支撑块66、第一纵向连杆67、第二纵向连杆64、横向连杆63和横向导杆62，其中：

每组滑块连接机构6中，外支撑块65设置于主车体1上，内支撑块66设置于连接块2上，外支撑块65与内支撑块66采用滑动连接，第一纵向连杆67的两端分别与内支撑块66和第二纵向连杆64的一端铰接连接，第二纵向连杆64的另一端与主车体1的中部采用回转副连接，横向连杆63的两端分别与第二纵向连杆64和横向导杆62采用球连接；

内支撑块66上设置有减震器69，减震器69的顶端与外支撑块65的底部铰接，减震器69的底端与内支撑块66底部铰接；

同侧的两组滑块连接机构6中的第一纵向连杆67之间采用第一弹性元件68以回转副连接，对侧的两组滑块连杆机构6中的横向导杆62之间采用第二弹性元件61连接。

本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构采用减震器与滑块连接机构并配合弹性元件实现了缓冲减震的作用，同时驱动单元与麦克纳姆轮之间通过连接块的传动件连接能够保证驱动单元随麦克纳姆轮一同上下运动。全方位移动平台在运行过程中遇到路面凸起时，遇到路面凸起的麦克纳姆轮对应的滑块连接机构中的内支撑块会受到向上的顶升力，该顶升力带动麦克纳姆轮、连接块及驱动单元一同抬升。一方面，内支撑块受到的一部分顶升力被与内支撑块和外支撑块铰接连接的减震器吸收并消散，起到一定的缓冲作用；另一方面，内支撑块的抬升会带动与其连接的第一纵向连杆将第二纵向连杆顶起，此时会引起两个作用：一是第二纵向连杆的抬升会压缩与其以回转副连接的第一弹性元件，这就将地面对麦克纳姆轮的顶升力的一部分力转化为第一弹性元件的压缩变形力，然后再通过第一弹性元件将这部分压缩变形力通过同侧另一滑块连接机构的第二纵向连杆及第一纵向连杆作用到同侧另一麦克纳姆轮上，使得同侧的另一麦克纳姆轮更加紧实的压在地面上，由于力是相互作用的，所以同侧两麦克纳姆轮之间可相互挤压，在遇到凸起时同侧两麦克纳姆轮都不容易发生离地的情况；二是第二纵向连杆的抬升会推动与其采用球连接的横向连杆，横向连杆又推动与其采用球连接的横向导杆移动，从而压缩第二弹性元件，即将地面对麦克纳姆轮的顶升力的另一部分力转化为第二弹性元件的压力，第二弹性元件受压后将力又施加到对侧对称的横向导杆上，对侧对称的横向导杆再将受到的第二弹性元件的压力施加到与其采用球连接的横向连杆上，这部分力再通过横向连杆传递到对侧对称的第二纵向连杆上，然后再通过对侧对称的第一纵向连杆及内支撑块将这部分力传递到对侧的麦克纳姆轮上，保证对侧的麦克纳姆轮紧实接地，不发生跳动离地的情况。在此过程中主要是依靠带有球副的横向连杆将全方位移动平台侧面上的二维力转换为三维力，然后再将三维力转换为二维力，实现了地面对全方位移动平台的反作用力在全方位移动平台两侧车轮间的传递。

另外，本发明的用于全方位移动平台的减震与稳定机构使得麦克纳姆轮与主车体之间的支撑力已经不再局限性地作用在麦克纳姆轮支撑件与主车体固定连接的部位，而是采用滑块连接机构并配合弹性元件和球连接将麦克纳姆轮受到的部分支撑力经过第一纵向连杆和第二纵向连杆在第二纵向连杆与主车体中部的回转副连接处施加到主车体上，在总支撑力不变的情况下实现了支撑力的分散以保证主车体能在多个部位分散受力避免应力集中，使主车体受力更加合理。

作为本发明的一种改进，外支撑块65的内部和内支撑块66的内部均可以为空心，外支撑块65的顶部和内支撑块66的顶部均开口，外支撑块65的底部和内支撑块66的底部均封口，外支撑块65的内部设有第一导向槽651，内支撑块66的外部设置有与第一导向槽651配合的导向块661，减震器69设置于内支撑块66的内部。外支撑块65与内支撑块66之间采用第一导向槽651和导向块661配合滑动，能够保证内支撑块66相对于外支撑块65只能沿Y向来回移动，如图5所示，减震器69设置于内支撑块66的内部，通过外支撑块65和内支撑块65连接主车体1和右旋麦克纳姆轮3以及主车体1和左旋麦克纳姆轮4，结构紧凑，节省了安装空间。

进一步的，主车体1的上板上优选设置有左右贯通的通孔101，通孔101的正下方设置有沿通孔101轴线方向的滑槽102，第二弹性元件61自由放置在通孔101的中间位置，横向导杆62的一端设置有与横向导杆62轴线垂直的用于支撑横向导杆62的球副622的支撑杆621，支撑杆621与滑槽102配合并沿滑槽102移动，同侧的两个横向导杆62的另一端与第二弹性元件61的两端均采用压缩接触连接。支撑杆621卡在滑槽102内，能够保证横向导杆62只能沿通孔101的轴线方向移动，即X方向，如图4所示，并与同侧的另一个横向导杆62共同挤压第二弹性元件61，第二弹性元件61与两个横向导杆62之间始终为挤压状态，实现了同侧的两组滑块连接机构6之间的力的传递。

作为本发明的另一种改进，主车体1的侧板上优选设置有第二导向槽103，第二纵向连杆64上安装球副641的对侧设置有滑块642，滑块642与第二导向槽103配合并沿第二导向槽103移动。当第二纵向连杆64摆动时，滑块642只能沿第二导向槽103滑动，具有导向的作用，并且二者之间只有沿垂直于第二导向槽103方向即X方向的横向相互作用力，此横向相互作用力能够抵消第二弹性元件61引起的沿X方向的横向力，保证第一纵向连杆67和第二纵向连杆64不会因受到横向力的作用而出现发生变形及增大回转摩擦的不利情况。

进一步的，同侧的两个第二纵向连杆64与主车体1中部设置的同一回转轴(未示出)采用回转副连接，主车体1中部用于与同侧的两个第二纵向连杆64采用回转副连接的回转轴和与对侧的两个第二纵向连杆64采用回转副连接的回转轴同轴。麦克纳姆轮受到的部分支撑力经过第一纵向连杆67和第二纵向连杆64在第二纵向连杆64与主车体1中部的回转副连接处施加到主车体1上，在总支撑力不变的情况下实现了支撑力的分散以保证主车体1能在多个部位分散受力避免应力集中，使主车体1受力更加合理。

优选的，第一弹性元件68和第二弹性元件61均为压缩弹簧。压缩弹簧刚性稳定，结构简单，成本低。

如图8所示，麦克纳姆轮受到的支撑力主要有四条传递路径：

第一条：①→②；

第二条：①→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧→⑨→⑩；

第三条：

第四条：

由第一条力传递路径可将麦克纳姆轮所受到的主要支撑力在外支撑块65与主车体1固定连接处施加到主车体1上；

由第二条力传递路径带来的效果有三个：一是可将一侧麦克纳姆轮受到的部分支撑力传递并施加到另一侧对称安装的麦克纳姆轮上，并且方向垂直向下，表现为另一侧对称安装的麦克纳姆轮受到垂直向下的压力；二是支撑力在传递过程中会在两侧对称安装的横向导杆62与主车体1接触的部分产生两个垂直向上的支撑力，且二者大小相等；三是支撑力在麦克纳姆轮直径上传递的过程中因横向连杆63分别与横向导杆62和第二纵向连杆64采用球连接的方式会对主车体1两侧产生横向压力，而且此两个横向压力大小相同方向相反，所以对于主车体1来说所受的横向力抵消为零，因此不考虑横向力。

由第三条路径可将一侧的麦克纳姆轮受到的部分支撑力传递到同一侧另一麦克纳姆轮并转化为对同侧另一麦克纳姆轮的垂直向下的压力；

由第四条路径可将麦克纳姆轮受到的部分支撑力经滑块连杆机构最终在第二纵向连杆64与主车体1的回转副连接处施加到主车体1上，其方向沿第二纵向连杆64的方向向下。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于全方位移动平台的减震与稳定机构，包括主车体、连接块、右旋麦克纳姆轮、左旋麦克纳姆轮和驱动单元，每个右旋麦克纳姆轮和左旋麦克纳姆轮分别对应一个驱动单元和连接块，所述驱动单元与右旋麦克纳姆轮以及所述驱动单元与左旋麦克纳姆轮均通过所述连接块中的传动件连接，其特征在于，还包括四组对称式安装的滑块连接机构，每组滑块连杆机构均包括外支撑块、内支撑块、第一纵向连杆、第二纵向连杆、横向连杆和横向导杆，其中：

每组滑块连接机构中，所述外支撑块设置于主车体上，所述内支撑块设置于连接块上，所述外支撑块与内支撑块采用滑动连接，所述第一纵向连杆的两端分别与所述内支撑块和第二纵向连杆的一端铰接连接，所述第二纵向连杆的另一端与所述主车体的中部采用回转副连接，所述横向连杆的两端分别与所述第二纵向连杆和横向导杆采用球连接；

所述内支撑块上设置有减震器，所述减震器的顶端与所述外支撑块的底部铰接，所述减震器的底端与所述内支撑块的底部铰接；

同侧的两组滑块连接机构中的第一纵向连杆之间采用第一弹性元件以回转副连接，对侧的两组滑块连杆机构中的横向导杆之间采用第二弹性元件连接。

2.根据权利要求1所述的用于全方位移动平台的减震与稳定机构，其特征在于，所述外支撑块的内部和内支撑块的内部均为空心，所述外支撑块的顶部和内支撑块的顶部均开口，所述外支撑块的底部和内支撑块的底部均封口，所述外支撑块的内部设有第一导向槽，所述内支撑块的外部设置有与所述第一导向槽配合的导向块，所述减震器设置于所述内支撑块的内部。

3.根据权利要求2所述的用于全方位移动平台的减震与稳定机构，其特征在于，所述主车体的上板上设置有左右贯通的通孔，所述通孔的正下方设置有沿所述通孔轴线方向的滑槽，所述第二弹性元件自由放置在所述通孔的中间位置，所述横向导杆的一端设置有与所述横向导杆轴线垂直的用于支撑所述横向导杆的球副的支撑杆，所述支撑杆与所述滑槽配合并沿所述滑槽移动，同侧的两个横向导杆的另一端与所述第二弹性元件的两端均采用压缩接触连接。

4.根据权利要求3所述的用于全方位移动平台的减震与稳定机构，其特征在于，所述主车体的侧板上设置有第二导向槽，所述第二纵向连杆上安装球副的对侧设置有滑块，所述滑块与第二导向槽配合并沿所述第二导向槽移动。

5.根据权利要求1至4中任一所述的用于全方位移动平台的减震与稳定机构，其特征在于，同侧的两个第二纵向连杆与所述主车体中部设置的同一回转轴采用回转副连接，所述主车体的中部用于与同侧的两个第二纵向连杆采用回转副连接的回转轴和与对侧的两个第二纵向连杆采用回转副连接的回转轴同轴。

6.根据权利要求5所述的用于全方位移动平台的减震与稳定机构，其特征在于，所述第一弹性元件和第二弹性元件均为压缩弹簧。