CN108081888B - 摇臂旋转驱动机构和无人平台车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人平台车技术领域，特别涉及一种摇臂旋转驱动机构和无人平台车。本发明所提供的摇臂旋转驱动机构，包括动力源和减振机构，动力源和减振机构均用于可断开地与无人平台车的实现车轮与车体可转动连接的摇臂驱动连接，且动力源和减振机构中的一个与摇臂驱动连接时另一个与摇臂断开驱动连接。在本发明中，越野工况下和越障工况下可以分别利用减振机构和动力源与摇臂驱动连接，由于越障工况下减振机构不再工作，因此，可以防止减振机构在越障工况下吸收角度，使得动力源的输入旋转角度与摇臂的最终旋转角度可实现一定的对应关系，从而便于更精确地控制摇臂及车轮的旋转角度，提高无人平台车的越障效率。

Description

摇臂旋转驱动机构和无人平台车

技术领域

本发明涉及无人平台车技术领域，特别涉及一种摇臂旋转驱动机构和无人平台车。

背景技术

无人平台车能够搭载不同载荷与任务模块，完成非视距侦察与观测、崎岖山地路面物资输送等任务，在民用和军用领域都具有广泛的应用前景。无人平台车不仅需要集成环境感知、动态路径规划、行为控制与执行等多种功能，同时还需要具备较强的越野越障能力。

然而，现有技术中，无人平台车多数采用现有的车辆加以改装而成，其性能仍较难满足复杂路况条件下的地面行驶要求，在一定程度上限制了无人平台车的实际应用。

作为一种目前常见的结构形式，无人平台车的车轮通过摇臂与车体可转动地连接，且摇臂通过扭杆弹簧与电机驱动连接，这样，当电机启动后，可以通过扭杆弹簧带动摇臂旋转，使得车轮在越野和越障工况下处于不同的位置。其中，在越野工况下，扭杆弹簧的扭转等可以减小路面不平对车体震动的冲击，此时车体振动对扭杆弹簧所施加的扭矩相对较小；而在越障工况下，摇臂需要根据障碍高度摆动不同的角度，此时摇臂力臂较长，扭杆弹簧所受到的扭矩相对较大。

可见，这种越野和越障工况下均由电机通过扭杆弹簧驱动摇臂的现有结构，要求扭杆弹簧的设计需要兼顾越野和越障工况对扭杆弹簧的不同刚度要求，尤其由于要满足越障工况下的大扭矩要求，因此，扭杆弹簧的刚度过高，造成车体悬架偏硬，刚度较大，无法有效适应越野路面的起伏变化，导致车轮接地不足，驱动力不够，影响无人平台车的越野性能。

而且，由于越障工况下，摇臂也是在扭杆弹簧的带动下旋转，而扭杆弹簧会根据外部扭矩的不同对角度产生不同程度地吸收作用，因此，还会导致电机的输入旋转角度与摇臂的最终旋转角度没有固定的计算关系，以致于无法精确控制摇臂的角度，影响越障效率。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是：提高无人平台车的越障效率。

为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种无人平台车的摇臂旋转驱动机构，其包括动力源和减振机构，动力源和减振机构均用于可断开地与无人平台车的实现车轮与车体可转动连接的摇臂驱动连接，且动力源和减振机构中的一个与摇臂驱动连接时另一个与摇臂断开驱动连接。

可选地，摇臂旋转驱动机构还包括第一离合器，第一离合器驱动连接于动力源与摇臂之间，以使动力源可断开地与摇臂驱动连接；和/或，摇臂旋转驱动机构还包括第二离合器，第二离合器驱动连接于减振机构与摇臂之间，以使减振机构可断开地与摇臂驱动连接。

可选地，动力源包括电机；和/或，减振机构包括扭杆弹簧。

可选地，摇臂旋转驱动机构还包括传动机构，传动机构驱动连接于动力源与摇臂之间以及减振机构与摇臂之间，且动力源和减振机构通过可断开地与传动机构连接而可断开地与摇臂驱动连接。

可选地，传动机构包括第一链轮、第二链轮和链条，链条连接于第一链轮和第二链轮之间，动力源与第一链轮可断开地驱动连接，减振机构与第二链轮可断开地驱动连接。

可选地，传动机构还包括减速器，减速器驱动连接于动力源与第一链轮之间，且动力源通过可断开地与减速器驱动连接而可断开地与第一链轮驱动连接。

可选地，摇臂旋转驱动机构还包括锁止机构，锁止机构用于在动力源驱动摇臂旋转至预设角度时使摇臂保持于预设角度。

可选地，锁止机构包括制动器，制动器与动力源驱动连接，用于在动力源驱动摇臂旋转至预设角度时对动力源进行制动。

可选地，制动器为失电制动器。

本发明第二方面还提供了一种无人平台车，其包括车体、车轮和摇臂，车轮通过摇臂与车体可转动地连接，且其还包括本发明的摇臂旋转驱动机构，摇臂旋转驱动机构的动力源和减振机构均可断开地与摇臂驱动连接。

本发明的摇臂旋转驱动机构，其动力源和减振机构能够可切换地与无人平台车的摇臂驱动连接，使得可以在越野工况下和越障工况下分别利用减振机构和动力源与摇臂驱动连接，由于越障工况下减振机构不再工作，因此，可以防止减振机构在越障工况下吸收角度，使得动力源的输入旋转角度与摇臂的最终旋转角度可实现一定的对应关系，从而便于更精确地控制摇臂及车轮的旋转角度，提高无人平台车的越障效率。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明一实施例的无人平台车的仰视示意简图。

图2示出图1中摇臂驱动机构与摇臂和车轮的配合示意简图。

图3示出图1所示越野平台车的车轮在越障工况下的状态示意图。

图4示出图1所示越野平台车的车轮在越野工况下的状态示意图。

图中：

1、车体；2、摇臂；3、车轮；4、摇臂驱动机构；I、障碍；

41、失电制动器；42、电机；43、第一离合器；44、减速器安装座；451、减速器；452、第一链轮；453、链条；454、第二链轮；46、第二离合器；47、扭杆弹簧；48、扭杆支座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1-4示出本发明的一个实施例。参照图1-4，本发明所提供的用于无人平台车的摇臂旋转驱动机构4，包括动力源和减振机构，动力源和减振机构均用于可断开地与无人平台车的实现车轮3与车体2可转动连接的摇臂2驱动连接，且动力源和减振机构中的一个与摇臂2驱动连接时另一个与摇臂2断开驱动连接。

本发明将摇臂旋转驱动机构4的动力源和减振机构设置为可切换地与无人平台车的摇臂2驱动连接，使得可以在越野工况下和越障工况下分别利用减振机构和动力源与摇臂2驱动连接，由于越障工况下减振机构不再工作，因此，可以防止减振机构在越障工况下吸收角度，使得动力源的输入旋转角度与摇臂2的最终旋转角度可实现一定的对应关系，从而便于更精确地控制摇臂2及车轮3的旋转角度，提高无人平台车的越障效率。

而且，由于减振机构只用于越野工况下，不用于越障工况下，因此，减振机构的刚度只需满足越野工况的小扭矩要求，而无需再同时满足越障工况的大扭矩要求，这有利于减振机构更有效地适应路面起伏变化，增强车轮3的接地能力，改善越野性能。

在本发明中，为了实现动力源与摇臂2之间的可断开地驱动连接，可以在动力源与摇臂2之间设置第一离合器43；而为了实现减振机构与摇臂2之间的可断开地驱动连接，可以在减振机构与摇臂2之间设置第二离合器46。通过设置第一离合器43驱动连接于动力源与摇臂2之间，可以方便地控制动力源与摇臂2之间是否驱动连接；而通过设置第二离合器46驱动连接于减振机构与摇臂2之间，可以方便地控制减振机构与摇臂2之间是否驱动连接。当摇臂旋转驱动机构同时包括第一离合器43和第二离合器46时，可以在越野工况时，由第一离合器43分离并由第二离合器46接合，切断动力源与摇臂2之间的驱动连接，使得动力源不再主动驱动摇臂2及车轮3旋转，并使减振机构单独在摇臂2及车轮1随路面高低变化而旋转时被动旋转，吸收地面冲击与振动，更好地适应地面起伏变化，改善越野性能；而在越障工况时，又可以由第一离合器43接合并由第二离合器46分离，切断减振机构与摇臂2之间的驱动连接，并恢复动力源与摇臂2之间的驱动连接，由动力源在不受减振机构的影响下主动驱动摇臂2及车轮3旋转，便于更精准地驱动摇臂2及车轮3旋转至期望的预设角度位置处，提高越障效率。

并且，离合器结构较为简单，成本较低，采用第一离合器43来控制动力源与摇臂2之间是否驱动连接和/或采用第二离合器46来控制减振机构与摇臂2之间是否驱动连接，有助于简化摇臂旋转驱动机构4的整体结构，降低摇臂旋转驱动机构4的整体成本。

进一步地，本发明的摇臂旋转驱动机构4可以还包括传动机构，传动机构驱动连接于动力源与摇臂2之间以及减振机构与摇臂2之间，且动力源和减振机构通过可断开地与传动机构连接而可断开地与摇臂2驱动连接。

通过在动力源及减振机构与摇臂2之间设置传动机构，不仅更便于动力源及减振机构的布置，同时也有利于更灵活地实现动力源及减振机构与摇臂2之间的动力传递，实现更符合期望的摇臂2及车轮3驱动效果。并且，动力源和减振机构共用一套传动机构，并均通过可断开地与传动机构连接而可断开地与摇臂2驱动连接，可以使摇臂驱动机构4的结构更加简单紧凑。

其中，传动机构可以包括带传动机构、链传动机构和齿轮传动机构等中的至少一种，且带传动机构、链传动机构或齿轮传动机构与摇臂2驱动连接，这样，动力源和减振机构可以分别通过与带传动机构的两个带轮、链传动机构的两个链轮或者齿轮传动机构的两个齿轮可断开地驱动连接，来方便地实现与摇臂2之间的可断开地驱动连接，且便于布置，结构紧凑，有利于减少摇臂旋转驱动机构4所占用的体积。其中相对于带传动机构和齿轮传动机构，链传动机构具有传动效率较高、成本较低及整体尺寸较小等优点，更适用于驱动连接于动力源及减振机构与摇臂2之间。

而且，传动机构可以还包括减速器451，减速器451驱动连接于动力源与带传动机构、链传动机构或齿轮传动机构等之间，且动力源通过可断开地与减速器451连接而可断开地与带传动机构、链传动机构或齿轮传动机构等驱动连接。设置减速器451，可以更精确地匹配动力源与摇臂2及车轮3之间的转速和转矩，这更便于确定动力源的输入旋转角度与摇臂2的最终旋转角度之间的对应关系，从而可以更精确地控制摇臂2及车轮3的旋转角度，更有效地提高无人平台车的越障效率。

另外，本发明的摇臂旋转驱动机构4可以还包括锁止机构，锁止机构用于在动力源驱动摇臂2旋转至预设角度时使摇臂2保持于预设角度。利用锁止机构将摇臂2锁定在预设角度位置处，可以使车轮3在越障过程中更稳定地保持于能够越障的角度位置，从而便于更高效可靠地完成越障过程。

其中，锁止机构可以有多种实现方式，作为其中的一种，锁止机构可以包括制动器，制动器与动力源驱动连接，用于在动力源驱动摇臂2旋转至预设角度时对动力源进行制动。基于此，通过利用制动器对动力源进行制动，即可方便地将摇臂2定位在预设角度位置处，使用便捷，响应迅速，且结构较为简单，成本较低。

将本发明的摇臂旋转驱动机构应用于无人平台车，可以有效提高无人平台车的越障效率，并改善无人平台车的越野性能和越障性能，因此，本发明还提供了一种无人平台车，其包括车体1、车轮3和摇臂2，车轮3通过摇臂2与车体1可转动地连接，且其还包括本发明的摇臂旋转驱动机构4。

下面结合图1-4所示的实施例来对本发明予以进一步地说明。

如图1所示，在该实施例中，无人平台车包括车体1和三对轮组单元，这三对轮组单元沿着车体1的轴向(或称无人平台车的前进方向)依次间隔地布置，且每对轮组单元中的两个轮组单元对称地设置于车体1的左右两侧，其中，每个轮组单元均包括车轮3、摇臂2和摇臂旋转驱动机构4，车轮3通过摇臂2与车体1可转动地连接，摇臂旋转驱动机构4则设置于车体1上并与摇臂2驱动连接，用于通过驱动摇臂2旋转，来驱动车轮3相对于车体1旋转，以满足越野工况及越障工况的行驶要求。

由于六个轮组单元分别包括摇臂旋转驱动机构4，因此，各个轮组单元的摇臂2和车轮3可以在对应摇臂旋转驱动机构4的作用下独立旋转，更灵活地满足无人平台车的不同行驶要求。每个轮组单元的摇臂旋转驱动机构4可以通过对应的摇臂2驱动对应的车轮3绕转动轴线实现360°旋转。

如图2所示，在该实施例中，摇臂旋转驱动机构4包括失电制动器41、电机42、第一离合器43、传动机构、第二离合器46及扭杆弹簧47，且传动机构包括减速器451和链传动机构，链传动机构包括第一链轮452、第二链轮454和连接于第一链轮452和第二链轮454之间的链条453。第一链轮452可以为小链轮，第二链轮454可以为大链轮。

其中，由图2可知，电机42的输入端与失电制动器41驱动连接，同时，电机42的输出端通过第一离合器43与减速器451的输入端驱动连接；减速器451的输出端与第一链轮452驱动连接；第一链轮452通过链条453与第二链轮454连接，形成链传动机构；且第二链轮454的一端通过第二离合器46与扭杆弹簧47驱动连接，同时，第二链轮454的另一端与摇臂2驱动连接。并且，如图2所示，为了提高减速器451和扭杆弹簧47的安装稳定性，该实施例还在车体1上设置了减速器安装座44和扭杆支座48，其中，减速器451设置在减速器安装座44上，被减速器安装座44支撑；扭杆弹簧47的远离第二离合器46的一端与扭杆支座48连接。

基于上述设置，传动机构与摇臂2驱动连接；电机42用作该实施例的动力源，其通过第一离合器43与传动机构可断开地驱动连接，以实现动力源与摇臂2之间可断开地驱动连接，其中，第一离合器43在越障工况下控制电机42与减速器451驱动连接并在越野工况下控制电机42与减速器451断开驱动连接，以使动力源与摇臂2在越障工况下驱动连接并在越野工况下断开驱动连接；扭杆弹簧47用作该实施例的减振机构，其通过第二离合器46与传动机构可断开地驱动连接，以实现减振机构与摇臂2之间可断开地驱动连接，其中，第二离合器46在越障工况下控制扭杆弹簧47与第二链轮454断开驱动连接并在越野工况下控制扭杆弹簧47与第二链轮454驱动连接，以使减振机构与摇臂2在越障工况下断开驱动连接并在越野工况下驱动连接；而失电制动器41则用作锁止机构，其用于在电机42驱动摇臂2旋转至预设角度时对电机42进行制动，以使摇臂2保持于预设角度，便于无人平台车高效越障。

可见，在该实施例中，电机42和扭杆弹簧47均可断开地与摇臂2驱动连接，且二者中的一个与摇臂2驱动连接时另一个与摇臂2断开驱动连接。

其中，在越障工况下，第一离合器43接合，第二离合器46脱开，此时，电机42通过传动机构与摇臂2驱动连接，扭杆弹簧47则与摇臂2驱动断开，这样，扭杆弹簧47对应的扭杆式减震悬挂机构失去作用，摇臂旋转驱动机构4成为刚性连接的旋转驱动机构，使得摇臂2及车轮3能够在电机42的主动驱动作用下进行摆动，具体地，电机42根据控制装置的输入角度旋转相应的角度，并通过第一离合器43和减速器451带动第一链轮452旋转，第一链轮452通过链条453带动第二链轮453旋转，第二链轮453则通过摇臂2带动车轮3旋转相应的角度，以达到越障时的角度要求。并且，如图3所示，当无人平台车在跨越障碍I的过程中要求某组摇臂2在预设角度位置固定时，电机42可以停止转动，同时失电制动器41制动，使摇臂2保持在预设角度位置处，便于车轮3顺利越障。采用失电制动器41来使摇臂2保持在预设角度位置处，其好处在于，响应较为迅速，且能在断电时安全制动，尤其适用于该实施例中电机42停止工作的情况下。

而如图4所示，在越野工况下，当摇臂2及车轮3处于合适的角度位置时，可以使第一离合器43脱开，第二离合器46接合，此时，电机42与摇臂2驱动断开，扭杆弹簧47则通过传动机构与摇臂2驱动连接，这样，电机42失去作用，摇臂旋转驱动机构4变为被动式扭杆减震悬挂机构，外部负载通过车辆3带动摇臂2旋转，摇臂2则通过第二链轮454、第二离合器46带动扭杆弹簧47转动，由扭杆弹簧47所对应的扭杆式减振机构的弹性与阻尼吸收地面冲击与振动，以使车轮3能够更有效地适应越野路面起伏变化，始终与地面保持充分接触，改善越野性能。

可见，基于该实施例的摇臂旋转驱动机构4，通过控制第一离合器43和第二离合器46的结合与分离，即可方便地控制柔性的扭杆式减振机构与刚性的电机主动驱动机构彼此独立地工作，其好处在于：一方面，由于在越障工况下，扭杆式减振机构不再工作，因此，电机42的输入旋转角度与摇臂2的最终旋转角度之间不再因为扭杆弹簧47随负载变化的角度吸收作用而无法形成确定的对应关系，而是可以根据传动机构的传动比来形成固定的计算关系式，这使得可以根据越障情况较为精确地控制摇臂2及车轮3的角度，从而有效提高整车越障的高效性；另一方面，由于越野工况和越障工况下分别由柔性的扭杆式减振机构与刚性的电机主动驱动机构与摇臂2驱动连接，因此，扭杆弹簧47不再需要同时满足越野工况和越障工况对于其刚度的矛盾要求，扭杆弹簧47可以根据越野工况的要求进行针对性开发，而无需再考虑越障工况中大扭矩状态下对扭杆弹簧47的高强度及高刚度要求，所以，该实施例的扭杆式减振机构可以更好地适应路面起伏变化，有效改善越野性能。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种摇臂旋转驱动机构(4)，用于无人平台车，其特征在于，包括动力源和减振机构，所述动力源和所述减振机构均用于可断开地与无人平台车的实现车轮(3)与车体(1)可转动连接的摇臂(2)驱动连接，且所述动力源和所述减振机构中的一个与所述摇臂(2)驱动连接时另一个与所述摇臂(2)断开驱动连接。

2.根据权利要求1所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述摇臂旋转驱动机构(4)还包括第一离合器(43)，所述第一离合器(43)驱动连接于所述动力源与所述摇臂(2)之间，以使所述动力源可断开地与所述摇臂(2)驱动连接；和/或，所述摇臂旋转驱动机构(4)还包括第二离合器(46)，所述第二离合器(46)驱动连接于所述减振机构与所述摇臂(2)之间，以使所述减振机构可断开地与所述摇臂(2)驱动连接。

3.根据权利要求1所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述动力源包括电机(42)；和/或，所述减振机构包括扭杆弹簧(47)。

4.根据权利要求1所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述摇臂旋转驱动机构(4)还包括传动机构，所述传动机构驱动连接于所述动力源与所述摇臂(2)之间以及所述减振机构与所述摇臂(2)之间，且所述动力源和所述减振机构通过可断开地与所述传动机构连接而可断开地与所述摇臂(2)驱动连接。

5.根据权利要求4所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述传动机构包括第一链轮(452)、第二链轮(454)和链条(453)，所述链条(453)连接于所述第一链轮(452)和所述第二链轮(454)之间，所述动力源与所述第一链轮(452)可断开地驱动连接，所述减振机构与所述第二链轮(454)可断开地驱动连接。

6.根据权利要求5所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述传动机构还包括减速器(451)，所述减速器(451)驱动连接于所述动力源与所述第一链轮(452)之间，且所述动力源通过可断开地与所述减速器(451)驱动连接而可断开地与所述第一链轮(452)驱动连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述摇臂旋转驱动机构(4)还包括锁止机构，所述锁止机构用于在所述动力源驱动所述摇臂(2)旋转至预设角度时使所述摇臂(2)保持于所述预设角度。

8.根据权利要求7所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述锁止机构包括制动器，所述制动器与所述动力源驱动连接，用于在所述动力源驱动所述摇臂(2)旋转至预设角度时对所述动力源进行制动。

9.根据权利要求8所述的摇臂旋转驱动机构(4)，其特征在于，所述制动器为失电制动器(41)。

10.一种无人平台车，包括车体(1)、车轮(3)和摇臂(2)，所述车轮(3)通过所述摇臂(2)与所述车体(1)可转动地连接，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一所述的摇臂旋转驱动机构(4)，所述摇臂旋转驱动机构(4)的动力源和减振机构均可断开地与所述摇臂(2)驱动连接。

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