CN107215410B - 一种四轮独立驱动小车及其曲线跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四轮独立驱动小车，包括车厢和驱动部件，驱动部件设置在车厢底部，所述驱动部件由四个独立驱动部件组成，独立驱动部件设在车厢底部四个边角处，独立驱动部件内部设有垂直减震器，所述独立驱动部件之间设有轴向减震器，可以在有一定起伏路面进行精确位置控制，还涉及一种曲线跟踪方法方便小车在狭窄空间内进行转向。

Description

一种四轮独立驱动小车及其曲线跟踪方法
技术领域
本发明涉及AGV平台领域，特别涉及一种四轮独立驱动小车。
背景技术
自动导航小车(AGV)主要应用于车间，由于车间地面一般经过特殊处理，比较平坦而且摩擦系数较高，同时AGV的速度比较慢，小车运行一般较为平稳，但是在一些室外场合，由于地面没有经过特殊处理，地面有一些起伏，同时摩擦系统也比较低，采用轮子与车身直接相连结构的AGV在这种路面运行时，就会出现不稳定状态。专利号CN201510378830-一种自适应地面的麦克纳姆轮小车悬挂结构，提出了一种悬挂结构，这种结构可以在垂直地面方向起到一定的减震作用，但在侧向力方向不能起到平衡作用。同时在狭长通道内，由于小车与地面平行的外形尺寸是长方形，不能通过自身旋转达到转向功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种四轮独立驱动小车，可以在有一定起伏路面进行精确位置控制。针对同时在狭长通道内，由于小车与地面平行的外形尺寸是长方形，不能通过自身旋转达到转向功能，本发明专利提出了一种转向方法。
以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：一种四轮独立驱动小车，包括车厢和驱动部件，驱动部件设置在车厢底部，所述驱动部件由四个独立驱动部件组成，独立驱动部件设在车厢底部四个边角处，独立驱动部件内部设有垂直减震器，所述独立驱动部件之间设有轴向减震器。
优选的，所述独立驱动部件包括驱动上固定板、驱动下固定板、轴支撑件、麦克纳姆轮、伺服电机和减速器，所述垂直减震器设置在驱动上固定板和驱动下固定板之间，该驱动上固定板固定在车厢底部，该轴支撑件设置在驱动下固定板底部，垂直于车厢的轴线设置，麦克纳姆轮设置在轴支撑件内部转轴的外端，伺服电机通过减速器驱动轴支撑件内部转轴转动。
优选的，所述垂直减震器包括连杆组和弹簧阻尼器，连杆组包括两组连杆机构，该连杆机构由短连杆和长连杆的底端铰接而成，驱动上固定板的下表面和驱动下固定板的上表面分别在四个边角处设有铰链座，连杆机构的底部铰接端与底部的铰接座铰接，连杆机构的顶部两端分别与顶部的铰接座铰接，弹簧阻尼器的底端与另一侧的底部的铰接座铰接，弹簧阻尼器的顶端与同侧的顶部的铰接座铰接。
优选的，所述减速器为L型行星减速器。
优选的，所述轴向减震器包括轴向固定板和对称设置在轴向固定板两侧的弹簧阻尼器，轴向固定板固定在车厢底部，轴向固定板设置在两个独立驱动部件之间，轴向固定板的两侧在麦克纳姆轮轴线方向上设有万向轴承，驱动下固定板在麦克纳姆轮轴线方向上设有万向轴承，弹簧阻尼器设置在两个万向轴承之间。
一种四轮独立驱动小车的曲线跟踪方法，该小车还包括车载主控、车载视频终端和车载传感器，外部设有监控室终端；车载传感器对小车运行环境进行检测，GNSS信号接收机接收卫星定位信号，发送给车载主控；车载主控通过无线网络将相关信息发送给监控室终端；同时车载主控根据监控室终端反馈的信息以及定位信号，处理后向驱动部件发送执行命令；
先取点得到A(a1,a2)，B(b1,b2)，C(c1,c2)；
小车沿着行走，且到达C点所要转动的角度为：
优选的，当0＜θ小于20时，采用等弦长取点，其取点条件为：
优选的，当0＜θ小于20时，采用等转角取点，其取点条件为：
采用以上技术方案的有益效果是：本发明结构的四轮独立驱动小车，采取独立驱动机构、垂直减震器和轴向减震器，在垂直地面方向起到一定的减震作用，但在侧向力方向起到平衡作用，可以在有一定起伏路面进行精确位置控制，还涉及一种曲线跟踪方法方便小车在狭窄空间内进行转向。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是驱动部件整体的结构图
图3是两个独立驱动部件组成的联动结构示意图；
图4是独立驱动部件的结构示意图；
图5是路径选择控制原理图；
图6是系统组成框图；
图7是该小车车身传感器分布图；
图8是曲线跟踪方法的取点示意图。
其中，1--车厢、2--驱动部件、3--驱动上固定板、4--轴向固定板、5--伺服电机、6--麦克纳姆轮、7--驱动下固定板、8--轴支撑件、9--减速器、10--弹簧阻尼器、11--铰链座、12--连杆、13--万向轴承、14--独立驱动部件、15--垂直减震器、16--轴向减震器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1和图2出示本发明的具体实施方式：一种四轮独立驱动小车，包括车厢1和驱动部件2，驱动部件2设置在车厢1底部，所述驱动部件2由四个独立驱动部件14组成，独立驱动部件14设在车厢1底部四个边角处，独立驱动部件14内部设有垂直减震器15，所述独立驱动部件14在轴向方向之间设有轴向减震器16。
结合图3和图4，独立驱动部件14包括驱动上固定板3、驱动下固定板7、轴支撑件8、麦克纳姆轮6、伺服电机5和减速器9，所述垂直减震器15设置在驱动上固定板3和驱动下固定板7之间，该驱动上固定板3固定在车厢1底部，该轴支撑件8设置在驱动下固定板7底部，垂直于车厢1的轴线设置，麦克纳姆轮6设置在轴支撑件8内部转轴的外端，伺服电机5通过减速器9驱动轴支撑件8内部转轴转动，伺服电机5通过连接件固定在减速器9的外侧壁。
垂直减震器15包括连杆组和弹簧阻尼器10，连杆组包括两组连杆机构12，该连杆机构12由短连杆和长连杆的底端铰接而成，驱动上固定板3的下表面和驱动下固定板7的上表面分别在四个边角处设有铰链座11，连杆机构12的底部铰接端与底部的铰接座铰接，连杆机构12的顶部两端分别与顶部的铰接座铰接，弹簧阻尼器10的底端与另一侧的底部的铰接座铰接，弹簧阻尼器10的顶端与同侧的顶部的铰接座铰接；减速器9为L型行星减速器9。
轴向减震器16包括轴向固定板4和对称设置在轴向固定板4两侧的弹簧阻尼器10，轴向固定板固定在车厢底部，轴向固定板4设置在两个独立驱动部件14之间，轴向固定板4的两侧在麦克纳姆轮6轴线方向上设有万向轴承13，驱动下固定板7在麦克纳姆轮6轴线方向上设有万向轴承13，弹簧阻尼器10设置在两个万向轴承13之间。
驱动上固定板3通过两个连杆机构12，两个弹簧阻尼器14，八个铰链座11与下驱动下固定板7相连，构成一个驱动组件安装平台，此安装平台的驱动下固定板可以其中一组铰链的轴向做一定角度的旋转，这种旋转将引起弹簧阻尼器10轴向位移的改变。这种位移的改变会影响到装置驱动下固定板上7上麦克那母轮轴在垂直地面方向上位移的改变，从而保证整车行走在有一定凹凸路面工况时，不至于任何一个独立驱动轮失去动力。
伺服电机5通过L型行星减速器、联轴器将动力传递给麦克那母轮6。在驱动下固定板7沿麦克那母轮轴线方向装一个万向轴承；在轴向固定板4上也安装一个万向轴承；在这两个万向轴承之间安装一个弹簧阻尼器10，用于平衡麦克那母轮在其轴向上所受到的力。采用两个万向轴承可以保证弹簧阻尼器10随驱动下固定板一起回转运动。
结合图4-图6，该小车还包括车载主控、车载视频终端和车载传感器，外部设有监控室终端。监控室终端、车载主控和车载视频终端之间通过无线网络相连接，车载主控包括单片机系统，单片机系统包括西门子S7-1200PLC及其数字量扩展模块和通讯扩展模块，伺服电机采用松下A6系列伺服电机驱动器。
监控室终端是指在PC机上运行一个基于Windows的程序，通过这个程序，可以看到小车的行驶环境，为PC端路径规划提供技术支持，为操作人员控制小车的下一步移动提供决策支持。同时操作人员可以通过此终端程序向小车发送指令。该监控终端也可以为APP，基于Android平台或IOS平台运行。
车载视频终端包含一个网络摄像头功能，将现场图像向监控室终端发送，同时接收监控室终端发送的命令，再将接收到的命令通过串口转发给单片机系统，由单片机系统根据接收的命令控制驱动部件运动。
无线网络环境，利用云穿透技术实现移动互联与互联网穿透，提供信息交互的平台，实现3G,4G,WIFI兼容。
单片机系统控制驱动部件，实现机构驱动，目标执行。
车载传感器对小车运行环境进行检测，GNSS信号接收机接收卫星定位信号，发送给车载主控；车载主控将通过3G网络将相关信息发送给地面站，地面站即监控室终端；同时车载主控根据信息融合结果向驱动部件发送执行命令。
一种四轮独立驱动小车的曲线跟踪方法，车载传感器对小车运行环境进行检测，GNSS信号接收机接收卫星定位信号，发送给车载主控；车载主控通过无线网络将相关信息发送给监控室终端；同时车载主控根据监控室终端反馈的信息以及定位信号，处理后向驱动部件发送执行命令；
如图8所示，先取点得到A(a1,a2)，B(b1,b2)，C(c1,c2)；
小车沿着行走，且到达C点所要转动的角度为：
当0＜θ小于20时，采用等弦长取点，其取点条件为：
当0＜θ小于20时，采用等转角取点，其取点条件为：
采用等弦长的方式可以直接使用GPS坐标进行计算比较方便，误差小。采用等弦长取点的方法其在路径拐弯处误差比较大，会遇到许多障碍，这个时候采用等角度取点会比较好，很大程度上会减少障碍。等角度取点在道路笔直且转角较少的情况小会有很大的误差。通过以上分析得出，在道路弯曲度不大的情况下采用等弦长取点，拐角处采用等转角取点，综合等弦长和等转角的有点进行规划路径。
本发明结构的四轮独立驱动小车，采取独立驱动机构、垂直减震器和轴向减震器，在垂直地面方向起到一定的减震作用，但在侧向力方向起到平衡作用，可以在有一定起伏路面进行精确位置控制。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种四轮独立驱动小车，包括车厢和驱动部件，驱动部件设置在车厢底部，其特征在于，所述驱动部件由四个独立驱动部件组成，独立驱动部件设在车厢底部四个边角处，独立驱动部件内部设有垂直减震器，所述独立驱动部件之间设有轴向减震器；
独立驱动部件包括驱动上固定板、驱动下固定板、轴支撑件、麦克纳姆轮、伺服电机和减速器，所述垂直减震器设置在驱动上固定板和驱动下固定板之间，该驱动上固定板固定在车厢底部，该轴支撑件设置在驱动下固定板底部，垂直于车厢的轴线设置，麦克纳姆轮设置在轴支撑件内部转轴的外端，伺服电机通过减速器驱动轴支撑件内部转轴转动；
垂直减震器包括连杆组和弹簧阻尼器，连杆组包括两组连杆机构，该连杆机构由短连杆和长连杆的底端铰接而成，驱动上固定板的下表面和驱动下固定板的上表面分别在四个边角处设有铰链座，连杆机构的底部铰接端与底部的铰接座铰接，连杆机构的顶部两端分别与顶部的铰接座铰接，弹簧阻尼器的底端与另一侧的底部的铰接座铰接，弹簧阻尼器的顶端与同侧的顶部的铰接座铰接；
轴向减震器包括轴向固定板和对称设置在轴向固定板两侧的弹簧阻尼器，轴向固定板固定在车厢底部，轴向固定板设置在两个独立驱动部件之间，轴向固定板的两侧在麦克纳姆轮轴线方向上设有万向轴承，驱动下固定板在麦克纳姆轮轴线方向上设有万向轴承，弹簧阻尼器设置在两个万向轴承之间。
2.根据权利要求1所述的四轮独立驱动小车，其特征在于，所述减速器为L型行星减速器。
3.一种权利要求1或2所述的四轮独立驱动小车的曲线跟踪方法，其特征在于，该小车还包括车载主控、车载视频终端和车载传感器，外部设有监控室终端；车载传感器对小车运行环境进行检测，GNSS信号接收机接收卫星定位信号，发送给车载主控；车载主控通过无线网络将相关信息发送给监控室终端；同时车载主控根据监控室终端反馈的信息以及定位信号，处理后向驱动部件发送执行命令；
先取点得到A(a1,a2)，B(b1,b2)，C(c1,c2)；
小车沿着行走，且到达C点所要转动的角度为：
4.根据权利要求3所述的四轮独立驱动小车的曲线跟踪方法，其特征在于，当0＜θ小于20时，采用等弦长取点，其取点条件为：
5.根据权利要求3所述的四轮独立驱动小车的曲线跟踪方法，其特征在于，当0＜θ小于20时，采用等转角取点，其取点条件为：
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