CN110466299A - 一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构，包括：车框；悬挂单元，间隔设置在所述车框底部，每个悬挂单元均包括有一扭杆和两车轮连接件，所述扭杆通过轴支座组件轴向定位地固定设置在所述车框底部，所述两车轮连接件对称地固定设置在所述扭杆的两端；车轮机构，成对地设置在所述车框两侧且与对应的悬挂单元的车轮连接件固定连接。本发明能够被动地适应地面的起伏，使四个麦克纳姆轮同时着地，保证全向移动的准确性，越障性能优越，结构简单紧凑，控制简单可靠，经济实用，成本低，质量轻。

Description

一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构

技术领域

本发明涉及引导小车领域，特别涉及一种被动地利用材料的扭转刚度作为弹性元件的扭杆悬挂机构。

背景技术

目前，麦克纳姆轮作为自动导引小车的关键零件广泛使用在工业领域，但是麦克纳姆轮对于地面的要求比常规轮子要求较苛刻。由于麦克纳姆轮的工作原理的限制，当地面的起伏过大时，会导致由控制系统发出指令的目的不能很准确地达到，造成定位的偏差。

同时，在厂区的地面上若存在杂物，可能导致刚性的底盘一轮悬空，使导引小车动力不足或偏离轨道，将严重影响导引小车的运动精度，也对导引小车的控制算法提出了更高的要求，降低了自动导引小车的工作效率。严重的情况下，由于方向偏移还可能引发安全事故。

目前出现了一些在基于麦克纳姆轮的全向移动平台上添加独立悬挂装置的优秀方案，例如，深圳市劲拓自动化设备股份有限公司在2016年8月24日申请的申请号为CN201620216799，公开号为CN205498526U的《一种全向移动平台的独立悬挂机构》，以及西京学院在2018年5月18日申请的申请号为CN201711350984，公开号为CN108045187A的《一种全向移动平台的独立悬挂机构》。这两个方案均使用了弹簧作为弹性元件，不同于本发明利用扭杆作为弹性元件。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在提供一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构，此装置越障性能优越，结构简单紧凑，控制简单可靠，经济实用，成本低，质量轻。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构，包括：

车框；

悬挂单元，间隔设置在所述车框底部，每个悬挂单元均包括有一扭杆和两车轮连接件，所述扭杆通过轴支座组件轴向定位地固定设置在所述车框底部，所述两车轮连接件对称地固定设置在所述扭杆的两端；

车轮机构，成对地设置在所述车框两侧且与对应的悬挂单元的车轮连接件固定连接。

进一步地，所述的轴支座组件包括：

立式轴支座，通过垫块固定在所述车框底部，设置有与所述扭杆中部间隙配合的通孔，所述通孔通过锁紧螺钉将所述立式轴支座与所述扭杆相固连；

四个轴向定位装置，固定在所述车框底部，两个一组地分别与所述扭杆两端转动连接，同一组的两个轴向定位装置对称地设置于所述扭杆同一端的车轮连接件两侧。

进一步地，车轮连接件包括：

平行设置的电机安装板和车轮安装板，通过若干螺栓连为一体且位于同一组的两个轴向定位装置；

加强板，连接设置在所述电机安装板和车轮安装板之间；

两卧式轴支座，通过螺钉分别固定在所述电机安装板3和车轮安装板同一端的内侧面，均设置有与所述扭杆间隙配合的通孔，所述通孔通过锁紧螺钉将卧式轴支座与所述扭杆相固连；

轴承，通过轴承垫圈固定设置在所述车轮安装板的另一端。

进一步地，所述的加强板两端通过榫卯结构分别与电机安装板和车轮安装板相连接。

进一步地，每个所述的轴向定位装置均包括有：

轴承座，固定在所述车框底部且内设有轴承；

扭杆轴套，呈空心凸形回转体结构套固在所述扭杆上，所述扭杆轴套的小端与所述轴承座内的轴承内圈固定连接，大端的端面与车轮连接件的外侧面相抵接。

进一步地，所述的轴承为F6801Z轴承。

进一步地，所述的车轮机构包括：

车轮；

T形法兰盘，一端通过螺栓与所述车轮同轴连接，另一端与所述车轮安装板端部的轴承相配合；

电机，固定在所述电机安装板的端部，通过联轴器与所述法兰盘驱动连接。

进一步地，所述的法兰盘上还设置有用于限制所述车轮轴向位移的卡簧。

进一步地，所述车轮为麦克纳姆轮。

进一步地，所述法兰盘朝向所述联轴器一端加工有双切边结构，所述联轴器是梅花联轴器，所述联轴器的一端通过插口与双切边结构相连接，另一端和电机轴驱动连接以传递由所述电机产生的动力。

相比于现有的基于麦克纳姆轮的全向移动平台，本发明可以依据地面的起伏程度，被动地适应地形，保证平台的四个车轮和地面贴合，此装置越障性能优越，结构简单紧凑，控制简单可靠，经济实用，成本低，质量轻。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例的悬挂单元和车轮机构的结构示意图。

图3是本发明实施例的扭杆的安装示意图。

图中所示：

1-车框，2-扭杆，3-电机安装板，4-轴承， 5-电机，6-轴承垫圈，7-扭杆轴套，8-联轴器，9-车轮安装板，10-法兰盘，11-大加强板，12-立式轴支座，13-轴承座，14-小加强板，15-卧式轴支座，16-垫块，17-车轮，18-卡簧。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至图3所示，一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构，包括：

车框1，所述的车框为方铝管焊接起来的矩形框架；

悬挂单元，间隔设置在所述车框1底部，每个悬挂单元均包括有一扭杆2和两车轮连接件，所述扭杆2通过轴支座组件轴向定位地固定设置在所述车框底部，所述两车轮连接件对称地固定设置在所述扭杆2的两端；

车轮机构，成对地设置在所述车框两侧且与对应的悬挂单元的车轮连接件固定连接。

具体而言，所述的轴支座组件包括：

立式轴支座12，通过垫块16固定在所述车框底部，设置有与所述扭杆2中部间隙配合的通孔，所述通孔通过锁紧螺钉将所述立式轴支座12与所述扭杆2相固连；

四个轴向定位装置，固定在所述车框底部，两个一组地分别与所述扭杆2两端转动连接，同一组的两个轴向定位装置对称地设置于所述扭杆2同一端的车轮连接件两侧。

具体而言，车轮连接件包括：

平行设置的电机安装板3和车轮安装板9，通过若干螺栓连为一体且位于同一组的两个轴向定位装置；

加强板，连接设置在所述电机安装板3和车轮安装板之间；

两卧式轴支座15，通过螺钉分别固定在所述电机安装板3和车轮安装板9同一端的内侧面，均设置有与所述扭杆2间隙配合的通孔，所述通孔通过锁紧螺钉将卧式轴支座与所述扭杆2相固连；

轴承4，通过轴承垫圈6固定设置在所述车轮安装板9的另一端，所述的轴承4为F6801Z轴承，所述车轮安装板9两端分别设置有安装轴承4的圆孔和用于固定所述卧式轴支座15的通孔。

电机安装板3上设置有用于和电机减速箱配合的通孔，并中心对称地设置了四个直径略大于四的通孔用于安装螺钉来固定电机5；所述卧式轴支座分别和电机安装板与车轮安装板通过螺栓连接，两个卧式轴支座均设置在电机安装板和车轮安装板之间。卧式轴支座15的平整面和电机安装板和车轮安装板板面重合。卧式轴支座15和扭杆利用位于卧式轴支座15上的锁紧螺钉使扭杆2和卧式轴支座15相互固连。

具体而言，所述的加强板包括大加强板11和小加强板14，两端通过榫卯结构分别与电机安装板3和车轮安装板相连接。其中，所述榫卯结构包括一块板边缘的方形凸起和另一块板上的骨形通孔，所述方形凸起嵌入所述骨形通孔中形成牢固的连接。所述方形凸起设置在大加强板和小加强板上，所述骨形通孔设置在车轮安装板和电机安装板上。

具体而言，每个所述的轴向定位装置均包括有：

轴承座13，固定在所述车框底部且内设有轴承4，所述的轴承4为F6801Z轴承；

扭杆轴套7，呈空心凸形回转体结构套固在所述扭杆2上，所述扭杆轴套7的小端与所述轴承座13内的轴承内圈固定连接，大端的端面与车轮连接件的外侧面相抵接，限制所述悬挂单元和所述轮组单元的沿所述扭杆2轴向的位移。

具体而言，所述的车轮机构包括：

车轮17，所述车轮17为麦克纳姆轮；

T形法兰盘10，一端通过螺栓与所述车轮同轴连接，另一端与所述车轮安装板端部的轴承相配合；所述的法兰盘10上还设置有用于限制所述车轮轴向位移的卡簧18；同时所述法兰盘朝向所述联轴器8一端加工有双切边结构，所述联轴器8是梅花联轴器，所述联轴器8的一端与双切边结构相连接，另一端和电机轴驱动连接以传递由所述电机产生的动力；

电机5，固定在所述电机安装板3的端部，通过联轴器与所述法兰盘10驱动连接。

所述法兰盘10和所述车轮安装板通过F6801Z轴承连接以保证一个转动自由度，并利用在法兰盘上加工的卡簧槽上安装所述卡簧以限制法兰盘的轴向移动来保证法兰盘不会在运动的时候脱出。

所述车轮安装板9、电机安装板3、大加强板11、垫块16、小加强板14和轴承垫圈6为碳纤板或者玻纤板材质。所述车轮17的数量可以为四个、六个或者八个，本实施例为四个。

具体而言，所述轮系单元直接和地面接触，用于将电机的转动转化为整个平台的相对地面的运动，所述悬挂单元负责承载来自所述车框1的重量，通过扭杆2相对于固定的中部的扭转变形来并被动地适应地面的起伏，保证所述整个平台各个所述轮系单元均和地面良好接触，保障运动的精度。所述车框1用于放置用于控制四个所述轮系单元的控制系统和各种来自现实需求的负载设备。

本实施例的使用流程如下：

自然状态下所述悬挂单元的扭杆2将在所述整个平台的自重下发生扭转变形，当所述整个平台所处的地面并非平整时，其中的一个悬挂单元的扭杆2将发生扭转变形以保证所述整个平台和地面的良好接触，上电后，在电机5的驱动下，整个平台将相对地面发生位移。在运动时如果遇到起伏不平的地面，由于扭杆2材料本身的特性，扭杆2将会顺时针或者逆时针扭转以被动地吸收来自起伏地面的冲击，进而保证所述整个平台运动的平滑性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的实施范围。如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖在本发明的权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种基于麦克纳姆轮的扭杆悬挂机构，其特征在于，包括：

车框；

悬挂单元，间隔设置在所述车框底部，每个悬挂单元均包括有一扭杆和两车轮连接件，所述扭杆通过轴支座组件轴向定位地固定设置在所述车框底部，所述两车轮连接件对称地固定设置在所述扭杆的两端；

车轮机构，成对地设置在所述车框两侧且与对应的悬挂单元的车轮连接件固定连接。

2.根据权利要求1所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述的轴支座组件包括：

立式轴支座，通过垫块固定在所述车框底部，设置有与所述扭杆中部间隙配合的通孔，所述通孔通过锁紧螺钉将所述立式轴支座与所述扭杆相固连；

四个轴向定位装置，固定在所述车框底部，两个一组地分别与所述扭杆两端转动连接，同一组的两个轴向定位装置对称地设置于所述扭杆同一端的车轮连接件两侧。

3.根据权利要求2所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，车轮连接件包括：

平行设置的电机安装板和车轮安装板，通过若干螺栓连为一体且位于同一组的两个轴向定位装置；

加强板，连接设置在所述电机安装板和车轮安装板之间；

两卧式轴支座，通过螺钉分别固定在所述电机安装板3和车轮安装板同一端的内侧面，均设置有与所述扭杆间隙配合的通孔，所述通孔通过锁紧螺钉将卧式轴支座与所述扭杆相固连；

轴承，通过轴承垫圈固定设置在所述车轮安装板的另一端。

4.根据权利要求3所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述的加强板两端通过榫卯结构分别与电机安装板和车轮安装板相连接。

5.根据权利要求3所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，每个所述的轴向定位装置均包括有：

轴承座，固定在所述车框底部且内设有轴承；

扭杆轴套，呈空心凸形回转体结构套固在所述扭杆上，所述扭杆轴套的小端与所述轴承座内的轴承内圈固定连接，大端的端面与车轮连接件的外侧面相抵接。

6.根据权利要求5所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述的轴承为F6801Z轴承。

7.根据权利要求3所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述的车轮机构包括：

车轮；

T形法兰盘，一端通过螺栓与所述车轮同轴连接，另一端与所述车轮安装板端部的轴承相配合；

电机5，固定在所述电机安装板的端部，通过联轴器与所述法兰盘驱动连接。

8.根据权利要求7所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述的法兰盘上还设置有用于限制所述车轮轴向位移的卡簧。

9.根据权利要求7所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述车轮为麦克纳姆轮。

10.根据权利要求7所述的扭杆悬挂机构，其特征在于，所述法兰盘朝向所述联轴器一端加工有双切边结构，所述联轴器是梅花联轴器，所述联轴器的一端通过插口与双切边结构相连接，另一端和电机轴驱动连接以传递由所述电机产生的动力。