CN108128370B - 基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘及工作方法，包括驱动系统、车架和8个轮胎，所述8个轮胎按照两个一排的结构，沿着车架两侧设置为四排，四排轮胎从前到后分别作为第一组轮、第二组轮、第三组轮、第四组轮，所述车架的中部为载物区，所述载物区的前段和后段分别设有一根车梁，车梁上安装有减震器，前部车梁的两端分别安装有八字连杆，在八字连杆外侧还设有曲柄，曲柄上设有伸缩机构，后部车梁的两端分别安装有曲连杆，在八字连杆的前后端、在曲柄下方、在曲连杆下方均设有液压驱动悬臂，所述液压驱动悬臂下方连接轮胎。本发明的驱动部分结构简单，在硬路面行驶速度快，机动性强，同时又能适应各种非结构型地面。

Description

基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘及工作方法

技术领域

本发明属于无人车辆技术领域，具体涉及一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘及工作方法。

背景技术

我国大部分的土地都是山区，在这种地形情况下，修建道路十分困难，在需要进行地面考察等情况时，一般只能采用人工的方式进行，为了解决这一问题，部分机构研发出了全地形无人车，全地形无人车平台是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。随着现代科学技术的高速发展，地面无人移动平台在智能化程度、动作精确性、反应快速性等方面发展迅速，诸多优势使地面无人平台在未来战争、精准农业、智能交通等领域有着极大的应用前景。对于地面无人平台来说，良好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，更要求具备良好的地形适应性。但目前市面上使用的全地形车一般都是履带式全地形车，现有履带式全地形车存在以下问题：1、普通的履带式地面无人平台结构复杂，车身自重大。转弯性能较差、能耗较大等缺点。2、传统带有悬挂机构的轮式全地形车结构及驱动系统复杂，无法满足越障，对非结构化地形适应能力有限，很难在凹凸不平的地面上工作，机动性能低，精确度低。无法达到全地形车的指标。

因此，也有部分机构提出了多轮的全地形车，4轮、6轮甚至8轮全地形车都已经出现，如申请号为200620123431.8的《8轮水陆两栖全地形车》，提供了一种设有8个轮子且各自独立驱动的全地形车，但其结构复杂，而且为了保证水中能使用，其车体设置为船型，轮子也设置于一整行，其适应地形的能力因此受到了限制，对于崎岖地形，其使用价值有限，只适合在水域滩涂地区使用，对山地作用不大。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，其驱动部分结构简单，在硬路面行驶速度快，机动性强，同时又能适应各种非结构型地面。

本发明的技术方案是：

一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，包括驱动系统、车架和8个轮胎，所述8个轮胎按照两个一排的结构，沿着车架两侧设置为四排，四排轮胎从前到后分别作为第一组轮、第二组轮、第三组轮、第四组轮，所述车架的中部为载物区，所述载物区的前段和后段分别设有一根车梁，车梁上安装有减震器，前部车梁的两端分别安装有八字连杆，在八字连杆外侧还设有曲柄，曲柄上设有伸缩机构，后部车梁的两端分别安装有曲连杆，在八字连杆的前后端、在曲连杆下方均设有液压驱动悬臂，所述液压驱动悬臂下方连接轮胎；

所述液压驱动悬臂，包括液压马达、转动轴、摆臂、碳纤维保护壳、支撑壳、轮毂电机，轮毂电机设置于轮胎中心，支撑壳在轮毂电机的侧面，支撑壳上端通过摆臂连接到转动轴，转动轴设置于液压马达外侧，碳纤维保护壳包裹在摆臂外表面；

所述驱动系统设置于车架内侧，驱动系统包括液压缸、液压马达、液压泵、离合器、发动机、发电机、电池，轮毂电机通过电线连接到电池，电池连接到发电机，发电机连接到发动机，发动机通过离合器与液压泵连接，液压泵连接到液压缸和液压马达上，液压马达与液液压缸也有管线连接；液压缸用于控制第二组轮对的伸缩，以满足越障功能，液压马达用于控制液压驱动悬臂的转动，以满足抬高及降低车身。

进一步的，所述轮胎上均设有挡泥板。

进一步的，所述液压泵设有两个，所述液压缸也设有两个，每一个液压泵分别连接到一个液压缸和三个液压马达上，这三个液压马达分别设置于车架同一侧的轮胎上。

进一步的，所述液压泵和液压缸，其所对应的三个液压马达为并联结构，且每一个液压马达的入口均设有伺服阀，通过控制系统来控制伺服阀的运动，从而实现液压马达的运转。

进一步的，所述电池到8个轮毂电机为并联结构，每个轮毂电机上均设有开关，且轮毂电机为正反转电机，以控制轮胎的前后转动。

进一步的，所述车架前段的架体高度大于车架后段的架体高度。因为前段负担攀爬和穿越障碍的功能，其结构强度更需要得到保障。

一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘的工作方法如下：

(1)在平地上正常行驶的时候，第一组轮、第二组轮、第三组轮、第四组轮处于同一水平线，此时，通过发动机带动发电机发电，发电机的电力储存到电池中，电池带动8个轮毂电机转动，进而带动轮胎转动，让车架行驶；

(2)在山地上行驶的时候，如果前方遇到较宽的障碍物，通过发动机带动离合器，进而操作液压泵，使其驱动液压马达，带动第一组轮的摆臂抬升，同时驱动伸缩机构缩短，此时第一组轮抬起，第二组轮收起，第一组轮跨到障碍物上，然后下转第一组轮使车架前部整体抬升，让第二组轮和第三组轮也能够跨上障碍物，然后带动第四组轮攀爬过障碍物；

(3)如果前方遇到较小的障碍物，通过发动机带动离合器，进而操作液压泵，使其驱动液压马达，带动第一组轮的其中一个轮胎的摆臂抬升，同时驱动液压缸抬升这一个八字连杆，此时第一组轮的一个轮胎抬起，同侧的第二组轮收起，然后重复(2)中的后半部分过程，跨过障碍物；

(4)在狭长地带，需要转弯的时候，无法直接转动，可以抬升第一组轮和第二组轮，然后反转第三组轮和第四组轮，让第三组轮和第四组轮相邻侧的轮胎向同一个方向转动，另一侧的轮胎想相反方向转动，以实现原地转弯，甚至原地转圈。

有益效果：

1、本发明采用8个轮胎，且每一个轮胎都可以单独控制，并且能够抬升每个轮胎，使其能够满足多种地形的要求；

2、车架的结构简单，减少了车架的重量，同时能够使其上部放更多的物品，能更好的发挥无人车底盘的作用；

3、本发明可以原地转动，或者通过两侧轮胎速度的不同，使其能够转弯，无需专门设置转向机构。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1中部区域的结构示意图；

图3为本发明的主视图；

图4为轮子的立体图；

图5为轮子驱动机构的结构示意图；

图6为本发明的整体驱动系统。

图中：

1为第一组轮、2为第二组轮、3为第三组轮、4为第四组轮、5为车架、6为载物区、7为八字连杆、8为曲连杆、9为曲柄、10为伸缩机构、11为挡泥板、12为减震器、13为支撑壳、14为碳纤维保护壳、15为液压马达、16为转动轴、17为摆臂、18为轮胎、19为轮毂电机、20为液压缸、21为液压泵、22为离合器、23为发动机、24为发电机、25为电池。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～6所示，一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，包括驱动系统、车架5和8个轮胎18，所述8个轮胎18按照两个一排的结构，沿着车架5两侧设置为四排，四排轮胎18从前到后分别作为第一组轮1、第二组轮2、第三组轮3、第四组轮4，所述车架5的中部为载物区6，所述载物区6的前段和后段分别设有一根车梁，车梁上安装有减震器12，前部车梁的两端分别安装有八字连杆7，在八字连杆7外侧还设有曲柄9，曲柄9上设有伸缩机构10，后部车梁的两端分别安装有曲连杆8，在八字连杆7的前后端、在曲连杆8下方均设有液压驱动悬臂，所述液压驱动悬臂下方连接轮胎18；所述轮胎18上均设有挡泥板11。

所述液压驱动悬臂，包括液压马达15、转动轴16、摆臂17、碳纤维保护壳14、支撑壳13、轮毂电机19，轮毂电机19设置于轮胎18中心，支撑壳13在轮毂电机19的侧面，支撑壳13上端通过摆臂17连接到转动轴16，转动轴16设置于液压马达15外侧，碳纤维保护壳14包裹在摆臂17外表面；

所述驱动系统设置于车架5内侧，驱动系统包括液压缸20、液压马达15、液压泵21、离合器22、发动机23、发电机24、电池25，轮毂电机19通过电线连接到电池25，电池25连接到发电机24，发电机24连接到发动机23，发动机23通过离合器22与液压泵21连接，液压泵21连接到液压缸20和液压马达15上，液压马达15与液液压缸20也有管线连接；液压缸20用于控制第二组轮2对的伸缩，液压马达15用于控制液压驱动悬臂的转动。所述液压泵21设有两个，所述液压缸20也设有两个，每一个液压泵21分别连接到一个液压缸20和三个液压马达15上，这三个液压马达15分别设置于车架5同一侧的轮胎18上；所述液压泵21和液压缸20，其所对应的三个液压马达15为并联结构，且每一个液压马达15的入口均设有阀门，所述电池25到8个轮毂电机19为并联结构，每个轮毂电机19上均设有开关，且轮毂电机19为正反转电机，以控制轮胎18的前后转动。

所述车架5前段的架体高度大于车架5后段的架体高度。因为前段负担攀爬和穿越障碍的功能，其结构强度更需要得到保障。

所述电池25为锂电池25，设置为至少8组，设置在车架5的上方，由于电池25较重，需要设置于中部区域。

本发明装置所提供的基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，同时各个轮子由轮毂电机19独立驱动，实现分布控制。各个轮子又由液压驱动悬臂单独支撑，从而实现车身的大范围升降功能。摆臂17的摆动由液压马达15来驱动，能够实现强劲的动力输出。能够在车架5上放置需要设置的各种结构，如勘测装置，信号收发装置，武器装置等，满足对于障碍地形的各种使用需求。

轮毂电机19都设有电机控制器，电机控制器接收远程设置的控制系统的控制手柄的输出信号，控制轮毂电机19的旋转。电池25为整个动力系统供电，将电能输送给同样设置于车架5上的配电箱，配电箱再将电能输送给各个系统。首先电机控制器将电能从动力电池25中抽取出来输送给轮毂电机19，轮毂电机19将电能转化为机械能带动轮胎18旋转。当制动时，轮毂电机19停止驱动，发电机24将电能储存到电池25中。同时发动机23动力一方面用于给发电机24发电，另一方面，当离合器22合上时，即车辆悬臂机构需要工作时，发动机23的动力输出同时供给液压马达15及液压缸20。

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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，其特征在于，包括驱动系统、车架和8个轮胎，所述8个轮胎按照两个一排的结构，沿着车架两侧设置为四排，四排轮胎从前到后分别作为第一组轮、第二组轮、第三组轮、第四组轮，所述车架的中部为载物区，所述载物区的前段和后段分别设有一根车梁，车梁上安装有减震器，前部车梁的两端分别安装有八字连杆，在八字连杆外侧还设有曲柄，曲柄上设有伸缩机构，后部车梁的两端分别安装有曲连杆，在八字连杆的前后端、在曲连杆下方均设有液压驱动悬臂，所述液压驱动悬臂下方连接轮胎；

所述液压驱动悬臂，包括液压马达、转动轴、摆臂、碳纤维保护壳、支撑壳、轮毂电机，轮毂电机设置于轮胎中心，支撑壳在轮毂电机的侧面，支撑壳上端通过摆臂连接到转动轴，转动轴设置于液压马达外侧，碳纤维保护壳包裹在摆臂外表面；

所述驱动系统设置于车架内侧，驱动系统包括液压缸、液压马达、液压泵、离合器、发动机、发电机、电池，轮毂电机通过电线连接到电池，电池连接到发电机，发电机连接到发动机，发动机通过离合器与液压泵连接，液压泵连接到液压缸和液压马达上，液压马达与液压缸也有管线连接；液压缸用于控制第二组轮对的伸缩，以满足越障功能，液压马达用于控制液压驱动悬臂的转动，以满足抬高及降低车身；

所述液压泵设有两个，所述液压缸也设有两个，每一个液压泵分别连接到一个液压缸和三个液压马达上，这三个液压马达分别设置于车架同一侧的轮胎上。

2.根据权利要求1所述的一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，其特征在于，所述轮胎上均设有挡泥板。

3.根据权利要求2所述的一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，其特征在于，所述液压泵和液压缸，其所对应的三个液压马达为并联结构，且每一个液压马达的入口均设有伺服阀。

4.根据权利要求3所述的一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，其特征在于，所述电池到8个轮毂电机为并联结构，每个轮毂电机上均设有开关，且轮毂电机为正反转电机，以控制轮胎的前后转动。

5.根据权利要求4所述的一种基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘，其特征在于，所述车架前段的架体高度大于车架后段的架体高度。

6.一种如权利要求5所述的基于8×8型分布式驱动的全地形无人车底盘的工作方法，其特征在于，包括如下内容：

(1)在平地上正常行驶的时候，第一组轮、第二组轮、第三组轮、第四组轮处于同一水平线，此时，通过发动机带动发电机发电，发电机的电力储存到电池中，电池带动8个轮毂电机转动，进而带动轮胎转动，让车架行驶；

(2)在山地上行驶的时候，如果前方遇到较宽的障碍物，通过发动机带动离合器，进而操作液压泵，使其驱动液压马达，带动第一组轮的摆臂抬升，同时驱动液压缸抬升八字连杆，此时第一组轮抬起，第二组轮收起，第一组轮跨到障碍物上，然后下压八字连杆，让第二组轮和第三组轮也能够跨上障碍物，然后带动第四组轮攀爬过障碍物；

(3)如果前方遇到较小的障碍物，通过发动机带动离合器，进而操作液压泵，使其驱动液压马达，带动第一组轮的其中一个轮胎的摆臂抬升，同时驱动液压缸抬升这一个八字连杆，此时第一组轮的一个轮胎抬起，同侧的第二组轮收起，然后重复(2)中的后半部分过程，跨过障碍物；

(4)在狭长地带，需要转弯的时候，无法直接转动，可以抬升第一组轮和第二组轮，然后反转第三组轮和第四组轮，让第三组轮和第四组轮相邻侧的轮胎向同一个方向转动，另一侧的轮胎想相反方向转动，以实现原地转弯和原地转圈。