CN106741297B - 一种转向灵活的前驱智能小车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转向灵活的前驱智能小车，包括车体、驱动模块、转向模块、调速模块、避障模块以及主控模块；车体包括底盘与壳体；驱动模块包括驱动电机与车轮；转向模块包括转向支架、丝杠、滑杆、转向杆以及转向电机；调速模块包括采样电阻、调速CPU、可控硅、测速霍尔以及磁数环；避障模块包括避障支架与避障传感器；主控模块包括主控CPU以及供电电源。本发明采用前驱式安装，重量轻，能量损耗低，内部空间有效提升，并且采用创新的转向装置替代传动的舵机，不仅生产制造成本得到显著降低，同时使转向更为迅速与高效；同时能够对弯道弧度以及路况进行有效参数采集，保证整体行驶稳定。

Description

一种转向灵活的前驱智能小车

技术领域

本发明属于智能控制技术领域，具体涉及一种转向灵活的前驱智能小车。

背景技术

智能小车，即轮式机器人，是移动机器人中的一种，作为一门新兴的综合技术被广泛应用于工厂搬料、遥控探测等技术领域，也可用于替代人工用于复杂、恶劣的工作环境中。按照驱动安装位置一般分为前驱与后驱，前驱方式能够减轻车身重量，降低动力损耗，但是其转向较为困难，后驱方式虽然转向灵活，但是其动力损耗较高；同时，现有的智能小车在避障效果方面表现的并不是十分理想。

因此，为了解决以上问题研制出一种智能小车是本领域技术人员所急需解决的难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种转向灵活的前驱智能小车。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种转向灵活的前驱智能小车，包括车体、驱动模块、转向模块、调速模块、避障模块以及主控模块；

车体包括底盘与壳体；壳体配合安装于底盘的顶部，两者之间形成安装槽；

驱动模块包括驱动电机与车轮；驱动电机安装于底盘的前端，其输出轴通过驱动杆与车轮相配合安装；

转向模块包括转向支架、丝杠、滑杆、转向杆以及转向电机；转向支架呈U形杆通过垫块水平安装于底盘上方，并且与驱动杆保持平行；丝杠以及滑杆分别水平转动连接于转向支架的中部以及开口处，丝杠中部配合安装有两侧螺纹反向设置的丝杠螺母，并且丝杠位于丝杠螺母两侧的表面对称设有限位槽；丝杠螺母的表面配合设有丝杠齿轮；转向杆为电动伸缩杆，一端套设于滑杆表面，并与限位槽相配合安装，另一端套设于驱动杆的表面；转向电机固定于转向支架的表面，其输出轴末端配合安装有转向齿轮；转向齿轮与丝杠齿轮相啮合；

调速模块包括采样电阻、调速CPU、可控硅、测速霍尔以及磁数环；磁数环套设于驱动杆表面；测速霍尔安装于磁数环旁，并与调速CPU相连；采样电阻、调速CPU以及可控硅串联接入驱动电机的电机回路中；

避障模块包括避障支架与避障传感器；避障支架安装于底盘的前端，包括支撑杆、平行支架以及倾斜支架；支撑杆沿底盘的长度方向对称安装于底盘的前端；平行支架平行于底盘设置，并与支撑杆垂直固定；倾斜支架对称设置于底盘的前端两侧，两端分别连接平行支架以及支撑杆，倾斜支架与平行支架所成锐角为30～60°；避障传感器均匀且沿长度方向设置于平行支架以及倾斜支架上；

主控模块包括主控CPU以及供电电源；主控CPU通过供电电源分别与驱动电机、转向电机以及转向杆相连，并且还分别与调速CPU以及避障传感器相连。

本发明提供了一种转向灵活的前驱智能小车，由车体、驱动模块、转向模块、调速模块、避障模块以及主控模块组成。本发明中车体包括底盘以及与之配合安装的壳体，两者之间形成安装槽用于安装其他部件。本发明中驱动模块包括驱动电机与车轮；驱动电机安装于底盘的前端，其输出轴通过驱动杆与车轮相配合安装，形成前驱式安装，有助于提升在有限空间的安装槽中安装其他部件的数目，同时降低本发明的整体重量，同时能够降低驱动电机的输出损耗。

本发明中的转向模块由转向支架、丝杠、滑杆、转向杆以及转向电机；其中转向支架设计为U形杆，与驱动杆水平等高设置，丝杠以及滑杆分别转动于转向支架的中部以及开口处，丝杠中部还配合安装有两侧螺纹反向设置的丝杠螺母，转向杆选择为电动伸缩杆，一端套设于滑杆表面，并与丝杠相配合安装，另一端套设在驱动杆的外部，该结构使得本发明在转向时，只需要转动丝杠中部的丝杠螺母，即可使得两根转向杆沿着滑杆相对靠近或远离，当小车需要小角度转向时，只需保证两根转向杆相互远离，并且一根伸长，另一根收缩，即可完成小角度的快速转向；反之，当小车需要较大角度转向时，则需要使两根转向杆相互靠近，并且一根伸长，另一根收缩，即可完成较大角度转向；并且为了使丝杠螺母的转动更为简单、可控，本发明在转向支架上安装有转向电机，转向电机的输出轴配合安装转向齿轮，同时丝杠螺母表面配合安装有与转向齿轮相啮合的丝杠齿轮，该结构保证只需通过转向电机的转动，即可带动丝杠螺母的转动，进一步使两个转向杆相互靠近或远离。

本发明中调速模块由采样电阻、调速CPU、可控硅、测速霍尔以及磁数环组成，其中磁数环套设于驱动杆表面，跟随驱动杆一起转动，测速霍尔安装于磁数环旁，并与调速CPU相连，使得测速霍尔能够根据磁数环的转动产生磁极的变化，从而判断驱动杆是否处于静止还是转动状态以及驱动杆的加速度；采样电阻、调速CPU以及可控硅串联接入驱动电机的电机回路中；采样电阻将驱动电机回路中不同大小的电流值转换为相应电压值，输入调速CPU，调速CPU将由采样电阻传输的电压模拟量转化为相对应的数字量，控制可控硅的通断或者打开角度，进一步控制驱动电机的启闭或者转速，从而实现本发明整体的调速。

本发明中避障模块由避障支架以及避障传感器组成，避障支架安装于底盘的前端，包括支撑杆、平行支架以及倾斜支架；支撑杆沿底盘的长度方向对称安装于底盘的前端；平行支架平行于底盘设置，并与支撑杆垂直固定；倾斜支架对称设置于底盘的前端两侧，两端分别连接平行支架以及支撑杆，倾斜支架与平行支架所成锐角为30～60°；避障传感器均匀且沿长度方向设置于平行支架以及倾斜支架上；本发明在底盘前端采用左倾以及右倾的方式安装避障传感器，不仅能够针对直道以及较小弧度的弯道进行有效的参数采集，并且在针对较大弧度的弯道时，也拥有良好的参数采集效果，最大限度降低小车与障碍碰撞的可能性，提升小车整体的行驶稳定。

本发明中主控模块由主控CPU以及供电电源组成；主控CPU通过供电电源分别与驱动电机、转向电机以及转向杆相连，并且还分别与调速CPU以及避障传感器相连，该结构保证主控CPU能够根据调速CPU以及避障传感器获得的参数，对驱动电机、转向电机以及转向杆进行迅速驱动，保证小车整体的灵活性。

作为优选，转向杆靠近底盘前端的一侧设有转向限位环；转向限位环为椭圆环，其内侧配合设有一圈限位橡胶圈；限位橡胶圈套设于驱动杆的表面，并且限位橡胶圈的内侧为弧面。

本发明中在转向杆靠近底盘前端一侧设有椭圆环状的转向限位环，内侧配合设有限位橡胶圈，并且限位橡胶圈内侧设计为弧面，该结构不仅保证转向杆在相互靠近或远离时不会影响驱动杆的转动，并且转向杆在通过伸缩实现转向时，驱动杆能够得到良好的限位作用，保持转向稳定性，同时也不会影响驱动杆的正常转动。

作为优选，底盘的中部还安装有转向调节导轨；转向调节导轨垂直于底盘的长度方向，并与转向支架保持平行，转向调节导轨上还配合安装有转向调节电机；垫块的顶部设有垫块凹槽；转向支架与转向调节电机相固定，并且转向支架的底部沿垫块的长度方向设有支架凸起；支架凸起与垫块凹槽滑动配合。

本发明在底盘中部还安装转向调节导轨，转向调节导轨垂直于底盘的长度方向，并与转向支架保持平行，用于安装带动转向支架水平横移的转向调节电机，相对应地，转向支架的底部设有与垫块上垫块凹槽相配合的支架凸起；该结构保证在需要在短时间内实现大角度转向时，可通过转动调节电机带动转向支架水平横移，从而使两根转向杆中的任意一根更加贴近驱动杆中部，进一步保证转动驱动杆更为快速高效。

作为优选，壳体的顶部左右两侧分别设有一个CCD图像传感器，且均与主控CPU相连。

本发明在壳体的顶部左右两侧均设有一个与主控CPU相连CCD图像传感器，保证本发明能够通过两个CCD图像传感器同时捕捉到的图形信息，对小车前端的路况进行更为精准的分析与判断。

作为优选，倾斜支架与平行支架均为碳素支架，两者所成锐角为45°；支撑杆为碳素杆。

本发明中倾斜支架、平行支架以及支撑杆均由碳素材料制作获得，不仅质量轻、柔韧度高，同时也能够降低转动惯量，保证小车的转向性能；同时倾斜支架与平行支架所成角度为45°，保证避障传感器为左倾45°以及右倾45°设置，不仅对直道、较小弧度的弯道以及较大弧度的弯道均具有良好的数据采集效果，同时也易于开发。

作为优选，还包括传输模块；传输模块包括WIFI模块与数据端口；WIFI模块安装于壳体的内侧；数据端口与主控CPU配合连接。

本发明中还设有由WIFI模块以及数据端口组成的传输模块，可用于小车采集到数据的收发以及主控CPU的更新。

作为优选，调速模块还包括减速器；减速器与驱动电机的输出轴相配合安装。

作为优选，车轮为麦克纳姆轮。

本发明中车轮选择为麦克纳姆轮，保证车轮在各种路况以及转向时的运转稳定性。

作为优选，底盘的底部由前至后对称设有散热条；散热条靠近底盘中部一侧开有散热槽；散热槽的长度随其至底盘前端距离的增加而增加。

作为优选，散热槽靠近底盘外侧的一端的连线为弧线。

本发明中底盘底部由前至后对称设有散热条，并且散热条靠近底盘中部一侧设有散热槽，散热槽的长度与其至底盘前端的距离呈正比，散热槽外侧一端的连线为弧线，该结构保证小车在行驶时，其底部空气流通更为顺畅，散热更为高效。

本发明与现有技术相比，采用前驱式安装，重量轻，能量损耗低，内部空间有效提升，并且采用创新的转向装置替代传动的舵机，不仅生产制造成本得到显著降低，同时使转向更为迅速与高效；同时能够对弯道弧度以及路况进行有效参数采集，保证整体行驶稳定。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、本发明中转向模块的结构示意图；

图3、本发明中调速模块的原理图；

图4、本发明中避障模块的安装示意图；

图5、本发明的俯视图；

图6、本发明中底盘的底部示意图；

图7、本发明中丝杠螺母处的放大图；

图8、本发明中转向杆的侧视图。

附图标记列表：底盘1、壳体2、驱动电机3、车轮4、驱动杆5、转向支架6、丝杠7、滑杆8、转向杆9、转向电机10、丝杠螺母11、丝杠齿轮12、转向齿轮13、采样电阻14、调速CPU15、可控硅16、测速霍尔17、磁数环18、避障传感器19、支撑杆20、平行支架21、倾斜支架22、主控CPU23、供电电源24、转向限位环25、限位橡胶圈26、转向调节导轨27、转向调节电机28、CCD图像传感器30、WIFI模块31、数据端口32、减速器33、散热条34、散热槽35。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1所示为本发明的结构示意图，本发明为一种转向灵活的前驱智能小车，包括车体、驱动模块、转向模块、调速模块、避障模块以及主控模块。

车体包括底盘1与壳体2；壳体2配合安装于底盘1的顶部，两者之间形成安装槽；如图6，底盘1的底部由前至后对称设有散热条34；散热条34靠近底盘1中部一侧开有散热槽35；散热槽35的长度随其至底盘1前端距离的增加而增加，散热槽35靠近底盘1外侧的一端的连线为弧线。

驱动模块包括驱动电机3与车轮4；驱动电机3安装于底盘1的前端，其输出轴通过驱动杆5与车轮4相配合安装，车轮4为麦克纳姆轮。

如图2，转向模块包括转向支架6、丝杠7、滑杆8、转向杆9以及转向电机10；转向支架6呈U形杆通过垫块水平安装于底盘1上方，并且与驱动杆5保持平行；丝杠7以及滑杆8分别水平转动连接于转向支架6的中部以及开口处，丝杠7中部配合安装有两侧螺纹反向设置的丝杠螺母11，并且丝杠7位于丝杠螺母11两侧的表面对称设有限位槽；如图7，丝杠螺母11的表面配合设有丝杠齿轮12；转向杆9为电动伸缩杆，一端套设于滑杆8表面，并与限位槽相配合安装，另一端套设于驱动杆5的表面；如图8，转向杆9靠近底盘1前端的一侧设有转向限位环25；转向限位环25为椭圆环，其内侧配合设有一圈限位橡胶圈26；限位橡胶圈26套设于驱动杆5的表面，并且限位橡胶圈26的内侧为弧面；转向电机10固定于转向支架6的表面，其输出轴末端配合安装有转向齿轮13；转向齿轮13与丝杠齿轮12相啮合。

并且底盘1的中部还安装有转向调节导轨27；转向调节导轨27垂直于底盘1的长度方向，并与转向支架6保持平行，转向调节导轨27上还配合安装有转向调节电机28；垫块的顶部设有垫块凹槽；转向支架6与转向调节电机28相固定，并且转向支架6的底部沿垫块的长度方向设有支架凸起；支架凸起与垫块凹槽滑动配合。

如图3，调速模块包括采样电阻14、调速CPU15、可控硅16、测速霍尔17以及磁数环18；磁数环18套设于驱动杆5表面；测速霍尔17安装于磁数环18旁，并与调速CPU15相连；采样电阻14、调速CPU15以及可控硅16串联接入驱动电机3的电机回路中；还包括减速器33；减速器33与驱动电机3的输出轴相配合安装。

避障模块包括避障支架与避障传感器19；如图4，避障支架安装于底盘1的前端，包括支撑杆20、平行支架21以及倾斜支架22；支撑杆20沿底盘1的长度方向对称安装于底盘1的前端；平行支架21平行于底盘1设置，并与支撑杆20垂直固定；倾斜支架22对称设置于底盘1的前端两侧，两端分别连接平行支架21以及支撑杆20，倾斜支架22与平行支架21所成锐角为30～60°；避障传感器19均匀且沿长度方向设置于平行支架21以及倾斜支架22上；并且倾斜支架22与平行支架21均为碳素支架，两者所成锐角为45°；支撑杆20为碳素杆。

主控模块包括主控CPU23以及供电电源24；主控CPU23通过供电电源24分别与驱动电机3、转向电机10以及转向杆9相连，并且还分别与调速CPU15以及避障传感器19相连。

还包括传输模块；传输模块包括WIFI模块31与数据端口32；WIFI模块31安装于壳体2的内侧；数据端口32与主控CPU23配合连接。

如图5，壳体2的顶部左右两侧分别设有一个CCD图像传感器30，且均与主控CPU23相连。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：包括车体、驱动模块、转向模块、调速模块、避障模块以及主控模块；

所述车体包括底盘（1）与壳体（2）；所述壳体（2）配合安装于底盘（1）的顶部，两者之间形成安装槽；

所述驱动模块包括驱动电机（3）与车轮（4）；所述驱动电机（3）安装于底盘（1）的前端，其输出轴通过驱动杆（5）与车轮（4）相配合安装；

所述转向模块包括转向支架（6）、丝杠（7）、滑杆（8）、转向杆（9）以及转向电机（10）；所述转向支架（6）呈U形杆通过垫块水平安装于底盘（1）上方，并且与驱动杆（5）保持平行；所述丝杠（7）以及滑杆（8）分别水平转动连接于转向支架（6）的中部以及开口处，丝杠（7）中部配合安装有两侧螺纹反向设置的丝杠螺母（11），并且丝杠（7）位于丝杠螺母（11）两侧的表面对称设有限位槽；所述丝杠螺母（11）的表面配合设有丝杠齿轮（12）；所述转向杆（9）为电动伸缩杆，一端套设于滑杆（8）表面，并与限位槽相配合安装，另一端套设于驱动杆（5）的表面；所述转向电机（10）固定于转向支架（6）的表面，其输出轴末端配合安装有转向齿轮（13）；所述转向齿轮（13）与丝杠齿轮（12）相啮合；

所述调速模块包括采样电阻（14）、调速CPU（15）、可控硅（16）、测速霍尔（17）以及磁数环（18）；所述磁数环（18）套设于驱动杆（5）表面；所述测速霍尔（17）安装于磁数环（18）旁，并与调速CPU（15）相连；所述采样电阻（14）、调速CPU（15）以及可控硅（16）串联接入驱动电机（3）的电机回路中；

所述避障模块包括避障支架与避障传感器（19）；所述避障支架安装于底盘（1）的前端，包括支撑杆（20）、平行支架（21）以及倾斜支架（22）；所述支撑杆（20）沿底盘（1）的长度方向对称安装于底盘（1）的前端；所述平行支架（21）平行于底盘（1）设置，并与支撑杆（20）垂直固定；所述倾斜支架（22）对称设置于底盘（1）的前端两侧，两端分别连接平行支架（21）以及支撑杆（20），倾斜支架（22）与平行支架（21）所成锐角为30～60°；所述避障传感器（19）均匀且沿长度方向设置于平行支架（21）以及倾斜支架（22）上；

所述主控模块包括主控CPU（23）以及供电电源（24）；所述主控CPU（23）通过供电电源（24）分别与驱动电机（3）、转向电机（10）以及转向杆（9）相连，并且还分别与调速CPU（15）以及避障传感器（19）相连。

2.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述转向杆（9）靠近底盘（1）前端的一侧设有转向限位环（25）；所述转向限位环（25）为椭圆环，其内侧配合设有一圈限位橡胶圈（26）；所述限位橡胶圈（26）套设于驱动杆（5）的表面，并且限位橡胶圈（26）的内侧为弧面。

3.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述底盘（1）的中部还安装有转向调节导轨（27）；所述转向调节导轨（27）垂直于底盘（1）的长度方向，并与转向支架（6）保持平行，转向调节导轨（27）上还配合安装有转向调节电机（28）；所述垫块的顶部设有垫块凹槽；所述转向支架（6）与转向调节电机（28）相固定，并且转向支架（6）的底部沿垫块的长度方向设有支架凸起；所述支架凸起与垫块凹槽滑动配合。

4.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述壳体（2）的顶部左右两侧分别设有一个CCD图像传感器（30），且均与主控CPU（23）相连。

5.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述倾斜支架（22）与平行支架（21）均为碳素支架，两者所成锐角为45°；所述支撑杆（20）为碳素杆。

6.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：还包括传输模块；所述传输模块包括WIFI模块（31）与数据端口（32）；所述WIFI模块（31）安装于壳体（2）的内侧；所述数据端口（32）与主控CPU（23）配合连接。

7.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述调速模块还包括减速器（33）；所述减速器（33）与驱动电机（3）的输出轴相配合安装。

8.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述车轮（4）为麦克纳姆轮。

9.根据权利要求1所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述底盘（1）的底部由前至后对称设有散热条（34）；所述散热条（34）靠近底盘（1）中部一侧开有散热槽（35）；所述散热槽（35）的长度随其至底盘（1）前端距离的增加而增加。

10.根据权利要求9所述的一种转向灵活的前驱智能小车，其特征在于：所述散热槽（35）靠近底盘（1）外侧的一端的连线为弧线。