CN109808796A - 一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，包括前车身、后车身以及连接两者的举升装置，所述的举升装置与举升电机相连以驱动前车身实现水平举升，所述的后车身上设有可沿后车身横向及纵向移动的横向变质心装置及纵向变质心装置，所述的横向变质心装置及纵向变质心装置分别通过第一质量块及第二质量块的移动来实现变胞汽车横向及纵向质心位置的调整。由上述技术方案可知，本发明通过设置横向变质心装置及纵向变质心装置，可实现变胞汽车质心位置的调节；同时，本发明的举升机构在实现前车身举升的同时，还能使前车身始终保持水平姿态。

Description

一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构

技术领域

本发明涉及可在汽车态与类人态之间切换重构的变胞汽车领域，具体涉及一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构。

背景技术

可变胞机构是能够实现机构重构变形且在变形过程中自由度发生改变的机构，变胞汽车是一种处在前沿研究领域且技术先进的移动载具。其结构可变形重构以适应于不同的行驶路面，当在易于通行的结构路面时，该变胞汽车可变胞为汽车态快速行驶，当在难于通行的非结构路面(譬如野外、台阶、沟壑等)时，可变胞为类人态进行跨步行走，从而提高了道路的通过性。变胞汽车的前车身因其直接放置于地面上，故而当变胞汽车在轮--腿切换过程中，需要先将其水平举升起来。在举升过程中整个变胞汽车的外形及质心位置会发生较大变化，容易造成变胞汽车有前倾动作，甚至于向前倒。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，该控制机构可实现变胞汽车质心位置的调整，从而使前车身在举升过程中始终保持水平，不会发生倾倒现象。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括前车身、后车身以及连接两者的举升装置，所述的举升装置与举升电机相连以驱动前车身实现水平举升，所述的后车身上设有可沿后车身横向及纵向移动的横向变质心装置及纵向变质心装置，所述的横向变质心装置及纵向变质心装置分别通过第一质量块及第二质量块的移动来实现变胞汽车横向及纵向质心位置的调整。

所述的举升装置包括分别设置在车身左右两侧的左举升杆及右举升杆，所述的左举升杆为一体结构的V型杆，包括第一杆体、第二杆体以及连接第一杆体及第二杆体的连接块，所述的连接块与举升电机的输出轴相连，所述第一杆体的自由端与前车身转动连接，所述第二杆体的自由端与电动推杆装置转动连接，所述的电动推杆装置在前车身举升时可使前车身始终保持在水平姿态；

所述的右举升杆为直杆，所述的右举升杆与第一杆体平行设置且与第一杆体等长，所述右举升杆与前车身连接处的轴线和第一杆体与前车身连接处的轴线相重合，所述右举升杆与后车身连接处的轴线与举升电机输出轴的轴线相重合。

所述的电动推杆装置包括步进电机、用于固定步进电机且与前车身转动连接的电机座，所述电机座的内腔中设有螺纹推杆，所述步进电机的输出端通过齿轮减速机构与螺纹推杆的一端相连，螺纹推杆的另一端与第二杆体的端部转动连接。

所述的举升电机通过螺丝固定在后车身内侧，且举升电机的输出轴通过轴承与后车身相连，所述举升电机的输出轴与连接块通过花键连接；所述前车身的左侧面上固定有与第一杆体转动连接的第一轴以及与电机座转动连接的连接件，所述前车身的右侧面上设有与右举升杆转动连接的第二轴。

所述后车身的顶面开设有燕尾槽，所述燕尾槽的设置方向与变胞汽车的宽度方向相吻合，所述的燕尾槽内设有与其槽长方向相吻合的第一滑轨，所述燕尾槽的槽口处还设有卡合在燕尾槽内的限位块，所述后车身的顶面上还设有固定第一带轮的第一支撑座；所述后车身内侧的顶面上开设有C型槽，所述C型槽的设置方向与燕尾槽相垂直，所述的C型槽内设有与其槽长方向相吻合的第二滑轨，所述后车身内侧的顶面上还设有用于固定第三带轮的第二支撑座；所述的第一滑轨及第二滑轨分别平行设置两组。

所述的横向变质心装置包括与第一滑轨形成滚动配合的第一滑块、固定在第一滑块上方的第一质量块以及驱动第一滑块沿第一滑轨移动的第一动力传动装置；所述的第一动力传动装置包括固定在后车身顶面上的第一调整电机、与第一调整电机的输出轴相连的第二带轮、固定在第一支撑座上的第一带轮以及连接第一带轮与第二带轮的第一齿形带，所述的第一齿形带为非闭合结构，其开口处放置在第一滑块上表面开设的第一凹槽内，且通过与第一凹槽螺栓连接的第一压紧块实现第一齿形带在第一滑块上的固定，所述的第一滑块上还开设有供第一齿形带穿过的通槽。

所述第一滑块的底部设有与第一滑轨形成滚动配合的第一滚轮，所述的第一滚轮固定在第一滚轮架上，所述的第一滚轮架固定在第一滑块底部开设的第二凹槽内，所述第一滑块的底部卡合于燕尾槽内，且第一滑块的底部形状与燕尾槽的形状相吻合。

所述的纵向变质心装置包括与第二滑轨形成滚动配合的第二滑块、通过第二压紧块固定在第二滑块下方的第二质量块以及驱动第二滑块沿第二滑轨移动的第二动力传动装置；所述的第二动力传动装置包括固定在后车身内侧面的第二调整电机、与第二调整电机的输出轴相连的第四带轮、固定在第二支撑座上的第三带轮以及连接第三带轮与第四带轮的第二齿形带，所述的第二齿形带为非闭合结构，其开口处放置在第二压紧块上表面开设的第三凹槽内，且通过第二压紧块与第二滑块的锁紧实现第二齿形带与第二滑块的固定，所述第二压紧块的下表面与第二质量块相连，且第二质量块的上表面设有供第二齿形带通过的第四凹槽。

所述第二滑块的左右侧面设有与第二滑轨形成滚动配合的第二滚轮，所述的第二滚轮固定在第二滚轮架上，所述的第二滚轮架与第二滑块侧面设置的第五凹槽相固定。

由上述技术方案可知，本发明通过设置横向变质心装置及纵向变质心装置，可实现变胞汽车质心位置的调节；同时，本发明的举升机构在实现前车身举升的同时，还能使前车身始终保持水平姿态。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作示意图；

图3是本发明前车身的结构示意图；

图4是本发明后车身的结构示意图；

图5是本发明横向变质心装置的结构示意图；

图6是本发明第一滑块的结构示意图；

图7是本发明纵向变质心装置的结构示意图；

图8是本发明第二滑块的结构示意图。

上述附图中的标记为：

前车身1、第一轴11、连接件12、第二轴13、后车身2、燕尾槽21、第一滑轨22、限位块23、第一支撑座24、C型槽25、第二滑轨26、第二支撑座27、第三轴28、举升装置3、左举升杆31、第一杆体311、第二杆体312、连接块313、右举升杆32、举升电机33、电动推杆装置34、步进电机341、电机座342、螺纹推杆343、横向变质心装置4、第一质量块41、第一滑块42、第一凹槽421、通槽422、第二凹槽423、第一调整电机43、第二带轮44、第一带轮45、第一齿形带46、第一压紧块47、第一滚轮48、第一滚轮架49、纵向变质心装置5、第二质量块51、第四凹槽511、第二滑块52、第五凹槽521、第二压紧块53、第三凹槽531、第二调整电机54、第四带轮55、第三带轮56、第二齿形带57、第二滚轮58、第二滚轮架59。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、图2所示的一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，包括前车身1、后车身2以及连接两者的举升装置3，本发明中的前车身1与后车身2都分别只是变胞汽车中一个实际前、后车架的近似外形，前车身1与后车身2通过举升装置3连接在一起；举升装置3与举升电机33相连以驱动前车身1实现水平举升，后车身2上设有可沿后车身横向及纵向移动的横向变质心装置4及纵向变质心装置5，横向变质心装置4及纵向变质心装置5分别通过第一质量块41及第二质量块51的移动来实现变胞汽车横向及纵向质心位置的调整，也就是用来调整前车身1、后车身2及车身上设置的所有装置的质心。

进一步的，举升装置3包括分别设置在车身左右两侧的左举升杆31及右举升杆32，这里的左右两侧是指变胞汽车行进方向的左右两侧；左举升杆31为一体结构的V型杆，包括第一杆体311、第二杆体312以及连接第一杆体311及第二杆体312的连接块313，连接块313与举升电机33的输出轴相连，具体地说，举升电机33通过螺丝固定在后车身2内侧，且举升电机33的输出轴通过轴承与后车身2相连，举升电机33的输出轴与连接块313通过花键连接；第一杆体311的自由端与前车身1转动连接，第二杆体312的自由端与电动推杆装置34转动连接，电动推杆装置34在前车身1举升时可使前车身1始终保持在水平姿态；

右举升杆32为直杆，右举升杆32与第一杆体311平行设置且与第一杆体311等长，右举升杆32与前车身1连接处的轴线和第一杆体311与前车身1连接处的轴线相重合，右举升杆32与后车身2连接处的轴线与举升电机33输出轴的轴线相重合。具体的，如图3所示，前车身1的左侧面上固定有与第一杆体311转动连接的第一轴11以及与电机座342转动连接的连接件12，前车身1的右侧面上设有与右举升杆32转动连接的第二轴13，后车身2的右侧面设有与右举升杆32转动连接的第三轴28，第一轴11与第二轴13的中心轴线相重合，举升电机33的输出轴与第三轴28的中心轴线相重合。

进一步的，电动推杆装置34包括步进电机341、用于固定步进电机341且与前车身1转动连接的电机座342，电机座342的内腔中设有螺纹推杆343，步进电机341的输出端通过齿轮减速机构与螺纹推杆343的一端相连，螺纹推杆343的另一端与第二杆体312的端部转动连接，也就是齿轮减速机构及螺纹推杆343均设置在电机座342的内部，电机座342与螺纹推杆343相配合的部位设有内螺纹，步进电机341通过齿轮减速机构驱动螺纹推杆实现直线运动。本发明的举升机构设置两个动力件，一个动力件为举升电机，用来驱动左举升杆31及右举升杆32动作，使前车身举升；另一个动力件为步进电机341，步进电机341驱动螺纹推杆343伸缩，对前车身1起一个约束作用，使前车身1可以一直保持统一姿态。倘若没有设置电动推杆装置34，前车身1在举升过程中可能会因为重力作用而摆动。

更进一步的，螺纹推杆343的行程控制是与举升电机33的转动角度相配合的，也就是举升电机33的转动角度θ与螺纹推杆343的行程s需满足以下的函数关系式：

其中：s0是初始状态时电机座与前车身的铰接点至螺纹推杆与第二杆体的铰接点之间的连线长度；

l1是第一杆体的长度；

l2是第二杆体的长度；

l3是第一杆体与前车身的铰接点至前车身与电机座的铰接点之间的连线长度；

β是第二杆体逆时针转到水平面所转过的角度；

γ是第一杆体与前车身的铰接点至前车身与电机座的铰接点之间的连线与水平面形成的锐角；

ψ为左举升杆中第一杆体与第二杆体形成的锐角；

β是举升电机转动角度θ的函数，β＝β0+θ，β0是初始状态下第二杆体逆时针转到水平面所转过的角度；且因为是以前车身举升过程水平为前提，所以γ为常数。

进一步的，如图4所示，后车身2的顶面开设有燕尾槽21，燕尾槽21的设置方向与变胞汽车的宽度方向相吻合，也就是垂直于变胞汽车的行进方向，燕尾槽21内设有与其槽长方向相吻合的第一滑轨22，燕尾槽21的槽口处还设有卡合在燕尾槽21内的限位块23，后车身2的顶面上还设有固定第一带轮45的第一支撑座24；后车身2内侧的顶面上开设有C型槽25，C型槽25的设置方向与燕尾槽21相垂直，C型槽25内设有与其槽长方向相吻合的第二滑轨26，后车身2内侧的顶面上还设有用于固定第三带轮56的第二支撑座27；第一滑轨22及第二滑轨26分别平行设置两组。

进一步的，如图5、图6所示，横向变质心装置4包括与第一滑轨22形成滚动配合的第一滑块42、固定在第一滑块42上方的第一质量块41以及驱动第一滑块42沿第一滑轨22移动的第一动力传动装置；第一动力传动装置包括固定在后车身2顶面上的第一调整电机43、与第一调整电机43的输出轴相连的第二带轮44、固定在第一支撑座24上的第一带轮45以及连接第一带轮45与第二带轮44的第一齿形带46，第一齿形带46为非闭合结构，其开口处放置在第一滑块42上表面开设的第一凹槽421内，且通过与第一凹槽421螺栓连接的第一压紧块47实现第一齿形带46在第一滑块42上的固定，第一滑块42上还开设有供第一齿形带46穿过的通槽422；第一滑块42的底部设有与第一滑轨22形成滚动配合的第一滚轮48，第一滚轮48固定在第一滚轮架49上，第一滚轮架49固定在第一滑块42底部开设的第二凹槽423内，第一滑块42的底部卡合于燕尾槽21内，且第一滑块42的底部形状与燕尾槽21的形状相吻合。

具体的，即第一滚轮48与第一滚轮架49组成滚轮组，该滚轮组与第一滑轨22形成滚动配合，同时，滚轮组固定在第一滑块42底部设置的第二凹槽43内，第一齿形带46穿过通槽422后，第一齿形带46的两端分别绕经第一带轮45、第二带轮44后放置在第一滑块42上表面的第一凹槽421内，再在第一凹槽421内放置第一压紧块47，第一压紧块47与第一滑块42通过螺栓连接，第一压紧块47与第一滑块42相配合，将第一齿形带46的开口处压紧，以使第一齿形带46固定在第一滑块42上，当第一调整电机43开启时，第一调整电机43的输出轴带动第二带轮44转动，由于第一齿形带46与第一滑块42相固定，所以第二带轮44转动的同时，第一滑块42在第一滑轨22上移动，从而带动第一质量块41也发生移动，实现变胞汽车在横向位置的质心调整。

进一步的，如图7、图8所示，纵向变质心装置5包括与第二滑轨26形成滚动配合的第二滑块52、通过第二压紧块53固定在第二滑块52下方的第二质量块51以及驱动第二滑块52沿第二滑轨26移动的第二动力传动装置；第二动力传动装置包括固定在后车身2内侧面的第二调整电机54、与第二调整电机54的输出轴相连的第四带轮55、固定在第二支撑座27上的第三带轮56以及连接第三带轮56与第四带轮55的第二齿形带57，第二齿形带57为非闭合结构，其开口处放置在第二压紧块53上表面开设的第三凹槽531内，且通过第二压紧块53与第二滑块52的锁紧实现第二齿形带57与第二滑块52的固定，第二压紧块53的下表面与第二质量块51相连，且第二质量块51的上表面设有供第二齿形带57通过的第四凹槽511；进一步的，第二滑块52的左右侧面设有与第二滑轨26形成滚动配合的第二滚轮58，第二滚轮58固定在第二滚轮架59上，第二滚轮架59与第二滑块52侧面设置的第五凹槽521相固定。

具体的，即第二滚轮58与第二滚轮架59组成滚轮组，该滚轮组与第二滑轨26形成滚动配合，同时，滚轮组固定在第二滑块52侧面设置的第五凹槽521内，第二齿形带57的两端分别绕经第三带轮56、第四带轮55后放置在第二压紧块53上表面设置的第三凹槽531内，并通过第二压紧块53与第二滑块52的连接来将第二齿形带57的开口处压紧，以使第二齿形带57固定在第二滑块52上，当第二调整电机54开启时，第二调整电机54的输出轴带动第四带轮55转动，由于第二齿形带57与第二滑块52相固定，所以第四带轮55转动的同时，第二滑块52在第二滑轨26上移动，从而带动第二质量块51也发生移动，实现变胞汽车在纵向位置的质心调整。

本发明的工作原理及工作过程如下：

如图2所示，变胞汽车在实现举升时，举升电机和步进电动联动，使得前车身保持在水平范围内被抬起；举升过程中，如若发现变胞汽车的质心在地面上的投影不在支撑区域内，则开启第一调整电机及第二调整电机，分别调整第一质量块和第二质量块的位置以调整整个变胞汽车质心的位置，最终实现变胞汽车质心在地面上的投影始终在支撑区域内，以保证变胞汽车在快速重构过程中的稳定性。

本发明的有益效果在于：1)本发明的举升机构为二自由度，可以实现变胞汽车的前车身在进行汽车态与类人态转化过程中的水平举升；2)本发明的横向变质心装置和纵向变质心装置可以实现变胞汽车质心同时在横向上左右各120mm和纵向上前后各40mm的质心位置的变化；3)本发明的横向变质心装置和纵向变质心装置中第一质量块及第二质量块的移动均采用滚轮组件，减小了摩擦阻力；4)本发明可以实现变胞汽车在横向和纵向上的质心位置的调整，以及在轮腿切换过程中可以通过调节变胞汽车的质心位置以实现前车身稳定的水平举升，而不会向前倾倒。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：包括前车身(1)、后车身(2)以及连接两者的举升装置(3)，所述的举升装置(3)与举升电机(33)相连以驱动前车身(1)实现水平举升，所述的后车身(2)上设有可沿后车身横向及纵向移动的横向变质心装置(4)及纵向变质心装置(5)，所述的横向变质心装置(4)及纵向变质心装置(5)分别通过第一质量块(41)及第二质量块(51)的移动来实现变胞汽车横向及纵向质心位置的调整。

2.根据权利要求1所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述的举升装置(3)包括分别设置在车身左右两侧的左举升杆(31)及右举升杆(32)，所述的左举升杆(31)为一体结构的V型杆，包括第一杆体(311)、第二杆体(312)以及连接第一杆体(311)及第二杆体(312)的连接块(313)，所述的连接块(313)与举升电机(33)的输出轴相连，所述第一杆体(311)的自由端与前车身(1)转动连接，所述第二杆体(312)的自由端与电动推杆装置(34)转动连接，所述的电动推杆装置(34)在前车身(1)举升时可使前车身(1)始终保持在水平姿态；

所述的右举升杆(32)为直杆，所述的右举升杆(32)与第一杆体(311)平行设置且与第一杆体(311)等长，所述右举升杆(32)与前车身(1)连接处的轴线和第一杆体(311)与前车身(1)连接处的轴线相重合，所述右举升杆(32)与后车身(2)连接处的轴线与举升电机(33)输出轴的轴线相重合。

3.根据权利要求2所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述的电动推杆装置(34)包括步进电机(341)、用于固定步进电机(341)且与前车身(1)转动连接的电机座(342)，所述电机座(342)的内腔中设有螺纹推杆(343)，所述步进电机(341)的输出端通过齿轮减速机构与螺纹推杆(343)的一端相连，螺纹推杆(343)的另一端与第二杆体(312)的端部转动连接。

4.根据权利要求1所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述的举升电机(33)通过螺丝固定在后车身(2)内侧，且举升电机(33)的输出轴通过轴承与后车身(2)相连，所述举升电机(33)的输出轴与连接块(313)通过花键连接；所述前车身(1)的左侧面上固定有与第一杆体(311)转动连接的第一轴(11)以及与电机座(342)转动连接的连接件(12)，所述前车身(1)的右侧面上设有与右举升杆(32)转动连接的第二轴(13)。

5.根据权利要求1所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述后车身(2)的顶面开设有燕尾槽(21)，所述燕尾槽(21)的设置方向与变胞汽车的宽度方向相吻合，所述的燕尾槽(21)内设有与其槽长方向相吻合的第一滑轨(22)，所述燕尾槽(21)的槽口处还设有卡合在燕尾槽(21)内的限位块(23)，所述后车身(2)的顶面上还设有固定第一带轮(45)的第一支撑座(24)；所述后车身(2)内侧的顶面上开设有C型槽(25)，所述C型槽(25)的设置方向与燕尾槽(21)相垂直，所述的C型槽(25)内设有与其槽长方向相吻合的第二滑轨(26)，所述后车身(2)内侧的顶面上还设有用于固定第三带轮(56)的第二支撑座(27)；所述的第一滑轨(22)及第二滑轨(26)分别平行设置两组。

6.根据权利要求1所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述的横向变质心装置(4)包括与第一滑轨(22)形成滚动配合的第一滑块(42)、固定在第一滑块(42)上方的第一质量块(41)以及驱动第一滑块(42)沿第一滑轨(22)移动的第一动力传动装置；所述的第一动力传动装置包括固定在后车身(2)顶面上的第一调整电机(43)、与第一调整电机(43)的输出轴相连的第二带轮(44)、固定在第一支撑座(24)上的第一带轮(45)以及连接第一带轮(45)与第二带轮(44)的第一齿形带(46)，所述的第一齿形带(46)为非闭合结构，其开口处放置在第一滑块(42)上表面开设的第一凹槽(421)内，且通过与第一凹槽(421)螺栓连接的第一压紧块(47)实现第一齿形带(46)在第一滑块(42)上的固定，所述的第一滑块(42)上还开设有供第一齿形带(46)穿过的通槽(422)。

7.根据权利要求6所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述第一滑块(42)的底部设有与第一滑轨(22)形成滚动配合的第一滚轮(48)，所述的第一滚轮(48)固定在第一滚轮架(49)上，所述的第一滚轮架(49)固定在第一滑块(42)底部开设的第二凹槽(423)内，所述第一滑块(42)的底部卡合于燕尾槽(21)内，且第一滑块(42)的底部形状与燕尾槽(21)的形状相吻合。

8.根据权利要求1所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述的纵向变质心装置(5)包括与第二滑轨(26)形成滚动配合的第二滑块(52)、通过第二压紧块(53)固定在第二滑块(52)下方的第二质量块(51)以及驱动第二滑块(52)沿第二滑轨(26)移动的第二动力传动装置；所述的第二动力传动装置包括固定在后车身(2)内侧面的第二调整电机(54)、与第二调整电机(54)的输出轴相连的第四带轮(55)、固定在第二支撑座(27)上的第三带轮(56)以及连接第三带轮(56)与第四带轮(55)的第二齿形带(57)，所述的第二齿形带(57)为非闭合结构，其开口处放置在第二压紧块(53)上表面开设的第三凹槽(531)内，且通过第二压紧块(53)与第二滑块(52)的锁紧实现第二齿形带(57)与第二滑块(52)的固定，所述第二压紧块(53)的下表面与第二质量块(51)相连，且第二质量块(51)的上表面设有供第二齿形带(57)通过的第四凹槽(511)。

9.根据权利要求8所述的用于变胞汽车前车身水平举升及举升稳定性的控制机构，其特征在于：所述第二滑块(52)的左右侧面设有与第二滑轨(26)形成滚动配合的第二滚轮(58)，所述的第二滚轮(58)固定在第二滚轮架(59)上，所述的第二滚轮架(59)与第二滑块(52)侧面设置的第五凹槽(521)相固定。