CN107351928A - 一种模块化履带式驱动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化履带式驱动平台，包括承载模块、两个履带行走模块及动力控制模块；动力控制模块设置在承载模块上，承载模块的两侧均设有第一机械接口、第一电缆接口及第一信号接口；履带行走模块包括行走机构和电驱动装置，履带行走模块的侧面设置有与第一机械接口、第一电缆接口及第一信号接口相对应的第二机械接口、第二电缆接口及第二信号接口；履带行走模块与承载模块之间通过第一机械接口与第二机械接口可拆卸连接；电驱动装置通过第一信号接口和第二信号接口与动力控制模块通信连接，并通过第一电缆接口和第二电缆接口与动力控制模块电连接。本发明的驱动平台采用模块化设计，可实现快速组装与重构，便于安装、调试与维修。

Description

一种模块化履带式驱动平台

技术领域

本发明涉及履带式驱动平台技术领域，特别是涉及一种模块化履带驱动平台。

背景技术

对于车辆、机器人等地面行走机构来说，移动底盘的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，更要求底盘具有良好的灵活性和通用性。因此，底盘在复杂地形环境下的通过性，一直是国内外专家和学者研究的热点。底盘可以采用履带式和轮式，轮式底盘运用较广，但是它的牵引附着性能较差，在坡地、粘重、潮湿地及沙地的使用受到一定限制；履带式驱动平台牵引附着性能好，单位机宽牵引力大、接触比压低、越野性能强、稳定性好，在沙石、泥泞及崎岖路面具有较高的通过性，广泛应用于大型起重机、运输车、军用战车及无人运输平台等。

但现有的履带式驱动平台仍然有很多不足，例如：1、由于在战时环境拆卸、维修不方便，往往一个部分损坏整体即失去使用功能；2、履带式运输平台由于车体结构限制，装载空间有限；3、传统履带式驱动平台由于其操控方式的限制，不容易实现平台无人化。在当今信息化战争条件下，战场环境复杂多变，很多任务由士兵完成会非常困难，作战平台向重量轻、用途多、机动灵活、隐蔽性强、具有自行能力无人化方向发展。无人平台可在战场执行监视、侦察、运输、火力支援、通信中转、医疗转移等任务，保障士兵安全、减少伤亡的同时大大提高作战效率，从而争取战场主动权。

因此，如何创设一种采用模块化设计，可实现快速组装与重构，便于安装、调试与维修，并且具备较大装载空间的模块化履带式驱动平台，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用模块化设计，可实现快速组装与重构，便于安装、调试与维修，并且具备较大装载空间的模块化履带式驱动平台，以克服现有履带式驱动平台的不足。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种模块化履带式驱动平台，包括承载模块、两个履带行走模块及动力控制模块；所述动力控制模块设置在所述承载模块上，所述承载模块的两侧均设有第一机械接口、第一电缆接口及第一信号接口；所述履带行走模块包括行走机构和电驱动装置，所述电驱动装置与所述行走机构传动连接，所述履带行走模块的侧面设置有与所述第一机械接口、第一电缆接口及第一信号接口相对应的第二机械接口、第二电缆接口及第二信号接口；所述两个履带行走模块分别设置在所述承载模块的两侧，且所述履带行走模块与承载模块之间通过所述第一机械接口与第二机械接口可拆卸连接；所述电驱动装置通过第一信号接口和第二信号接口与所述动力控制模块通信连接，并通过第一电缆接口和第二电缆接口与所述动力控制模块电连接。

作为本发明的一种改进，所述电驱动装置包括电机驱动器、驱动电机和减速器，所述电机驱动器的输出端与所述驱动电机的输入端连接，所述驱动电机的输出端通过所述减速器与所述行走机构传动连接，所述电机驱动器的输入端通过第一电缆接口和第二电缆接口与所述动力控制模块电连接，所述电机驱动器的输入端还通过第一信号接口和第二信号接口与所述动力控制模块通信连接。

进一步改进，所述电驱动装置还包括电池，所述电池通过所述电机驱动器与所述驱动电机连接，所述电池还通过第一电缆接口和第二电缆接口与所述动力控制模块电连接，所述电池还通过第一信号接口和第二信号接口与所述动力控制模块通信连接。

进一步改进，所述动力控制模块为APU模块。

进一步改进，所述APU模块包括发动机、发电机、集成控制器及油箱，所述油箱与所述发动机连接，所述发动机的曲轴与所述发电机的转轴连接，所述发电机与所述集成控制器电连接，所述集成控制器通过所述第一电缆接口和第二电缆接口与所述电机驱动器和电池电连接，所述集成控制器通过所述第一信号接口和第二信号接口与所述电机驱动器和电池通信连接。

进一步改进，所述发电机为启动发电一体机。

进一步改进，所述行走机构的两侧对称设置有第二机械接口、第二电缆接口及第二信号接口，所述行走机构远离所述承载模块一侧设置有保护盖，所述保护盖盖接在所述第二电缆接口和第二信号接口外侧。

进一步改进，所述承载模块上还设置有装备安装平台。

进一步改进，所述驱动平台还包括遥控系统，所述遥控系统用于与所述动力控制模块无线通讯连接。

进一步改进，所述驱动平台还包括GNSS/INS组合导航仪、毫米波雷达或激光雷达中的一种或多种，所述GNSS/INS组合导航仪、毫米波雷达或激光雷达与所述动力控制模块连接。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、该驱动平台采用模块化设计，各模块间采用标准化接口，可实现快速组装与重构，便于安装、调试与维修；由于履带行走模块具有互换性，未组装的履带行走模块可以进行充电以备换装使用，缩短平台充电时间；由于电驱动装置设置在履带行走模块上，充分利用了履带行走模块上的空间，简化了承载模块的结构，使该驱动平台具备了较大装载空间。

2、该驱动平台具备多种运行模式，例如纯电池模式、纯发动机模式及混合动力模式等，纯电池模式噪声小，可实现静音行驶，具有良好的隐蔽性与红外特性，混合动力模式，具有良好的燃油经济性、加速性及机动性。

3、在行走机构的两侧对称设置第二机械接口、第二电缆接口及第二信号接口，使履带式行走模块的两侧均可与承载模块连接，提高了履带式行走模块的通用性；设置保护盖，能够保护处于闲置状态的第二电缆接口和第二信号接口，避免沾染泥水导致设备损坏。

4、通过设置遥控系统，使该驱动平台可实现无人化远程操控，有益于更好的适应未来战场的需求。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明模块化履带式驱动平台的结构示意图；

图2是本发明模块化履带式驱动平台的履带行走模块的结构示意图；

图3是本发明模块化履带式驱动平台的履带行走模块的侧视图；

图4是本发明模块化履带式驱动平台的履带行走模块的外部结构示意图；

图5是本发明模块化履带式驱动平台的动力控制模块的结构示意图；

图6是本发明模块化履带式驱动平台的承载模块的结构示意图；

其中，1、履带行走模块，2、承载模块，3、动力控制模块，4、GNSS/INS组合导航仪，5、毫米波雷达，6、激光雷达，7、保护盖，8、诱导轮，9、张紧机构，10、张紧轮，11、机架，12、负重轮，13、履带，14、悬架装置，15、温度传感器，16、水泵，17、水管，18、真空助力泵，19、刹车执行器，20、托带轮，21、散热片，22、第二机械接口，23、主动轮，24、减速器，25、驱动电机，26、电机驱动器，27、第二电缆接口，28、第二信号接口，29、动力电池，30、机架侧板，31、壳体，32、安装固定机械件，33、油箱，34、油管，35、连接件，36、集成控制器，37、总电力接口，38、总信号接口，39、发电机，40、发动机，41、第一机械接口，42、装备安装圆台，43、第一信号接口、44、第一电缆接口。

具体实施方式

参见图1所示，本发明提供了一种模块化履带式驱动平台，采用模块化设计，各模块间采用标准化接口，可实现快速组装与重构，便于安装、调试与维修，并且使该驱动平台具备了较大装载空间。

配合图1-图5所示，本实施例模块化履带式驱动平台，包括承载模块2、两个履带行走模块1及动力控制模块3。

动力控制模块3设置在承载模块2上，承载模块2的两侧均设有第一机械接口41、第一电缆接口44及第一信号接口43。履带行走模块1包括行走机构和电驱动装置，电驱动装置与行走机构传动连接，履带行走模块1的侧面设置有与第一机械接口41、第一电缆接口44及第一信号接口43相对应的第二机械接口22、第二电缆接口27及第二信号接口28。

两个履带行走模块1分别设置在承载模块2的两侧，且履带行走模块1与承载模块2之间通过第一机械接口41与第二机械接口22可拆卸连接；电驱动装置通过第一信号接口43和第二信号接口28与动力控制模块通信连接，并通过第一电缆接口44和第二电缆接口27与动力控制模块3电连接。

具体的，配合图2至图4所示，履带行走模块1包括行走机构、电驱动装置、刹车系统及冷却系统。

行走机构包括：机架11、履带13、主动轮23、若干负重轮12、张紧轮10、诱导轮8、若干托带轮20及悬架装置14。主动轮23安装在机架11前端；若干负重轮12分别通过悬架安装在机架11的底部，悬架包括弹性元件、阻尼元件等；张紧轮10通过张紧机构9安装在机架11后端的中部；诱导轮8通过调整机构连接在机架11后端的顶部；若干托带轮20安装在机架11的顶部；履带13连接在主动轮23、负重轮12、张紧轮10、诱导轮8及托带轮20的外侧。主动轮23带动履带13使其与地面产生牵引力，负重轮12支承机架11并把履带13紧压在地面上，使履带13与地面有较大的接触面积，以产生更大的附着力，同时把机架11对履带13的运动变为负重轮12的滚动。

机架11两侧均设置有机架侧板30，第二机械接口22、第二电缆接口27及第二信号接口28设置在机架侧板30上，作为优选方案，可在机架11机架11两侧对称设置第二机械接口22、第二电缆接口27及第二信号接口28，使履带式行走模块的两侧均可与承载模块2连接，提高了履带式行走模块的通用性。使用时，设置在一侧机架侧板30上的第二机械接口22、第二电缆接口27及第二信号接口28与承载模块2连接，在远离承载模块2一侧机架侧板30上的第二电缆接口27及第二信号接口28外侧盖接保护盖7，防尘防水。

机架侧板30和机架11在机架11的中间形成容置腔，电驱动装置和刹车系统设置在容置腔内。电驱动装置包括动力电池29、驱动电机25、电机驱动器26及减速器24，动力电池29通过动力电缆与电机驱动器26的输入端连接，电机驱动器26输出端通过动力电缆与驱动电机25输入端相连，驱动电机25的输出端与减速器24传动连接，减速器24通过例如锥形齿轮副与主动轮23传动连接。其中，动力电池29和电机驱动器26均通过第一电缆接口44和第二电缆接口27与动力控制模块3电连接，动力电池29和电机驱动器26还均通过第一信号接口43和第二信号接口28与动力控制模块3通信连接。

动力控制模块3为动力电池29、电机驱动器26及驱动电机25供电，并且控制电池、电机驱动器26及电机运行。电机驱动器26用于将动力电池29或动力控制模块3输出的直流电转换成交流电输送给驱动电机25，并可接收动力控制模块3输出的例如转速、转矩等控制信号，根据接收的控制信号对驱动电机25进行控制，以实现驱动电机25的加速或减速等。驱动电机25通过减速器24驱动主动轮23运转，主动轮23带动履带13实现行走。

刹车系统包括真空助力泵18和刹车执行器19，真空助力泵18与动力电池29电连接，并通过第一信号接口43和第二信号接口28与动力控制模块3通信连接。真空助力泵18可在动力控制模块3的控制下，为刹车执行器19提供助力，通过刹车执行器19实现行走机构刹车。

冷却系统包括水泵16、温度传感器15及散热片21，水泵16和温度传感器15设置在由机架侧板30和机架11形成的容置腔内，散热片21设置机架侧板的外侧。驱动电机25和电机驱动器26内嵌设有换热部件，水泵16、温度传感器15、散热片21及驱动电机25和电机驱动器26的换热部件之间通过水管17连接成环形回路，水泵16、温度传感器15通过第一电缆接口44和第二电缆接口27与动力控制模块3电连接，还通过第一信号接口43和第二信号接口28与动力控制模块3通信连接，动力控制模块3根据温度传感器15采集的温度信号控制水泵16工作，进而控制整个冷却系统的温度。

配合图1、图5及图6所示，动力控制模块通过安装固定机械件32安装在承载模块2的后端，包括壳体31、发动机40、发电机39、集成控制器36、油箱33、冷却系统、排气系统、总电力接口37及总信号接口38。发动机40、发电机39及集成控制器设置在壳体31内，油箱33设置在壳体31外，通过连接件35与壳体31连接，并通过供油管34与发动机40连接，排气系统也与发动机40连接，发动机40曲轴与发电机39转轴连接，发电机39通过动力电缆与集成控制器36中设置的可控整流装置连接，可控整流装置用于将发电机39输出的交流电转换成直流电，并通过总电力接口37、第一电缆接口44及第二电缆接口27输出给履带行走模块1中例如动力电池29、电机驱动器26、真空助力泵18、水泵16及温度传感器15等。

集成控制器36还通过总信号接口38、第一信号接口43及第二信号接口28与履带行走模块1中的动力电池29、电机驱动器26、真空助力泵18、水泵16及温度传感器15等通信连接，用于统一协调控制发动机40、发电机39、动力电池29、电机驱动器26、真空助力泵18、水泵16及温度传感器15运行，以进而实现整车的协调控制。集成控制器36与发动机40、发电机39及履带行走模块1之间可选用CAN总线通讯协议，CAN总线通讯协议具有结构简单、安全可靠及通讯速度快的优点。

作为优选方案，本实施例中动力控制模块3为辅助动力模块(Auxiliary PowerUnit，简称APU模块)，其中，发动机40可采用柴油发动机，发电机39可采用ISG启动发电一体机。ISG启动发电一体机包括电动模式和发电模式，集成控制器控制ISG启动发电一体机工作，当柴油发动机启动时，选择电动模式，通过动力电池29为ISG启动发电一体机供电，ISG启动发电一体机带动柴油发动机启动，柴油发动机启动后ISG启动发电一体机转为发电模式，为履带行走模块1供电。

通过APU模块与动力电池29的配合，使该驱动平台具备了多种运行模式，例如纯电池模式、纯发动机模式及混合动力模式等，纯电池模式噪声小，可实现静音行驶，具有良好的隐蔽性与红外特性，混合动力模式，具有良好的燃油经济性、加速性及机动性。

配合图1和图6所示，承载模块2的前端还设置有装备安装圆台42，装置安装圆台上预留多种装备接口，供选装不同装备使用。

此外，该驱动平台还包括遥控系统，用于与APU模块无线通讯连接。驾驶员可根据需求通过遥控系统发送控制信号，例如，供电模式和行走指令等，集成控制器36收到控制信号后，根据预存储的控制策略对APU模块和动力电池29的电能进行分配，并发送控制指令给两个履带行走模块1，两个履带行走模块1根据接收到的控制指令，执行具体动作，实现该驱动平台的例如直行、行进中转向与原地转向等运动动作，从而使该驱动平台可实现无人化远程操控，有益于更好的适应未来战场的需求。

为使该驱动平台具备无人智能自主行驶能力，还可在该驱动平台上设置例如：GNSS/INS组合导航仪4、毫米波雷达5或激光雷达6等传感器，并将上述传感器通过CAN总线与集成控制器36连接。GNSS/INS组合导航仪4用于无人智能自主行驶时导航与定位用，毫米波雷达5用于无人智能自主行驶时检测前方障碍物距离、相对速度等，激光雷达6用于无人智能自主行驶时感知周围环境。

本发明的模块化履带式驱动平台，采用模块化设计，各模块间采用标准化接口，可实现快速组装与重构，便于安装、调试与维修，并且具备较大装载空间。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种模块化履带式驱动平台，其特征在于，包括承载模块、两个履带行走模块及动力控制模块；

所述动力控制模块设置在所述承载模块上，所述承载模块的两侧均设有第一机械接口、第一电缆接口及第一信号接口；

所述履带行走模块包括行走机构和电驱动装置，所述电驱动装置与所述行走机构传动连接，所述履带行走模块的侧面设置有与所述第一机械接口、第一电缆接口及第一信号接口相对应的第二机械接口、第二电缆接口及第二信号接口；

所述两个履带行走模块分别设置在所述承载模块的两侧，且所述履带行走模块与承载模块之间通过所述第一机械接口与第二机械接口可拆卸连接；所述电驱动装置通过第一信号接口和第二信号接口与所述动力控制模块通信连接，并通过第一电缆接口和第二电缆接口与所述动力控制模块电连接。

2.根据权利要求1所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述电驱动装置包括电机驱动器、驱动电机和减速器，所述电机驱动器的输出端与所述驱动电机的输入端连接，所述驱动电机的输出端通过所述减速器与所述行走机构传动连接，所述电机驱动器的输入端通过第一电缆接口和第二电缆接口与所述动力控制模块电连接，所述电机驱动器的输入端还通过第一信号接口和第二信号接口与所述动力控制模块通信连接。

3.根据权利要求2所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述电驱动装置还包括电池，所述电池通过所述电机驱动器与所述驱动电机连接，所述电池还通过第一电缆接口和第二电缆接口与所述动力控制模块电连接，所述电池还通过第一信号接口和第二信号接口与所述动力控制模块通信连接。

4.根据权利要求3所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述动力控制模块为APU模块。

5.根据权利要求4所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述APU模块包括发动机、发电机、集成控制器及油箱，所述油箱与所述发动机连接，所述发动机的曲轴与所述发电机的转轴连接，所述发电机与所述集成控制器电连接，所述集成控制器通过所述第一电缆接口和第二电缆接口与所述电机驱动器和电池电连接，所述集成控制器还通过所述第一信号接口和第二信号接口与所述电机驱动器和电池通信连接。

6.根据权利要求5所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述发电机为启动发电一体机。

7.根据权利要求1所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述行走机构的两侧对称设置有第二机械接口、第二电缆接口及第二信号接口，所述行走机构远离所述承载模块一侧设置有保护盖，所述保护盖盖接在所述第二电缆接口和第二信号接口外侧。

8.根据权利要求1所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述承载模块上还设置有装备安装平台。

9.根据权利要求1-8任一项所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述驱动平台还包括遥控系统，所述遥控系统用于与所述动力控制模块无线通讯连接。

10.根据权利要求9所述的模块化履带式驱动平台，其特征在于，所述驱动平台还包括GNSS/INS组合导航仪、毫米波雷达或激光雷达中的一种或多种，所述GNSS/INS组合导航仪、毫米波雷达或激光雷达与所述动力控制模块连接。