CN110654194A - 六轮独立转向可升降式移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六轮独立转向可升降式移动平台，包括平台骨架、升降组件、转向组件、轮系组件、能源组件、控制机构，转向组件、轮系组件均有多组且数量一致，能源组件设置于平台骨架上，能源组件与控制机构连接，能源组件和控制机构均分别与升降组件、转向组件、轮系组件电连接，平台骨架通过升降组件与转向组件连接，每组转向组件还与一组轮系组件连接。通过轮毂电机直驱和独立转向驱动实现平台独立动力驱动和原地转向功能，可大大提高移动平台转弯灵活度，平台动力驱动特性和机动灵活性更高；通过平台升降机构实现对各个独立驱动和转向轮的高度实时控制，能够实时调整底盘高度，提高平台运动稳定性和越障性能，提升系统自动化和智能化程度。

Description

六轮独立转向可升降式移动平台

技术领域

本发明属于移动平台技术领域，具体涉及一种六轮独立转向可升降式移动平台。

背景技术

轮式行走机构行驶阻力小、噪声小、转向性能好，具有高机动性，因此广泛应用于各种高机动性移动平台中，包括各种类型的汽车、军事特种车辆(如轮式战车、导弹运载车等)。轮式行走机构的好坏将直接影响到移动平台的通过性和机动性。

目前为了提高轮式移动平台的灵活机动和越障特性，一般尽可能减低或减少移动平台转弯半径实现载体的高灵活性。实现轮系移动平台通过减小转弯半径来提高灵活机动特性的方案主要采用球轮、麦克纳母轮、万向轮或是基于它们的变形产品，而通过原来轮系来实现的方案较少。

球轮结构技术方案：

例如申请号为201110421107.X的专利“基于球轮全向驱动的运动平台”，涉及一种能够自主运动的智能运动平台，特别涉及一种通过控制三个球轮的运动从而实现平台整体的全向运动的机构，属于电机驱动、传感器测距、无线通讯和自动控制技术领域；具体包括三套同样的球轮驱动机械结构和三个电机驱动器、环境感知系统和平台控制系统；平台主控制模块处理得出控制指令，发给电机驱动器控制模块，球轮在驱动电机的控制下滚动，实现平台的运动。该发明基于球体滚动的全向性原理，可实现人工操控与自主运行两种工作模式，以及单平台运行和多平台运行方式，具有体积小，平衡性好，运动行为表现力突出，快速机动和全向运动性的特点。相似的还有申请号为201280035387.3的专利“全向运动平台”等。

球形轮一般采用磁性或其它方式，对球轮进行完全控制，从而实现轮子在XY方向上全向运动。但是球形轮控制起来较难，实际使用中很少采用，目前较多的存在于概念产品中，例如奥迪的球形轮胎机构等。

万向轮结构技术方案：

该类方案中，一般采用将驱动电机直接安装在驱动轮轮毂上以简化结构。

例如申请号为201310019276.X的专利公布了“一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台”，涉及全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台。该平台由全向转向机构、液压升降系统、车架台、车载电子设备、行走机构组成。全向转向装置由伺服电机驱动，通过小齿轮、大齿轮，将动力传给转向套，然后传递给车轮支架和轮毂电机式车轮，实现全向转向。其优点是：驱动电机和液压升降独立运动，可实现360度原地回转的同时调整车身的高度，以适应不同高度的农作物和地形环境；转向时转向阻力矩小，转向轻松灵活；采用轮毂电机车轮，电机和车轮一体，简化了平台结构。相似的还有申请号为201510206463.8专利公布的“一种全向移动平台”，申请号为201510299730.0公布的“一种具有全向运动的运输车”，申请号为201610300370.6公布的“全向移动平台及其舵轮和驱动轮”，还有申请号为201711141193.2公布的“一种机电一体式新型全向结构轮装置”等。

麦克纳母轮结构技术方案：

申请号为201611060832.8的专利公布了“一种全向移动平台”，包括车体框架、摆动组件、摆动车桥以及减震器，所述摆动组件固定在车体框架底部，所述摆动车桥通过所述摆动组件可相对所述车体框架底部上下摆动的安装在所述车体框架上；所述摆动车桥包括与所述摆动组件连接的中间部分和位于中间部分两侧的摆臂，所述中间部分与所述摆动组件连接，所述摆臂远离所述中间部分的端部安装有车轮；所示减震器一端与所述车体框架连接，另一端与所述摆臂连接。该移动平台，在地面不平的情况下，也能够使得全向移动平台平稳作业，同时使用寿命较长。相似的，还有申请号为201620216799.2的专利公布了“一种全向移动平台的独立悬挂机构”等。

麦克纳母轮因其设计和控制都较简单，在全向移动产品中使用较为广泛。但是因为它与地面的接触点不连续，而且只有一个可控运动自由度，导致运行中会引起打滑和噪音，造成运动效率低。由于正交轮在运动过程中两个轮子是交替接触地面的，这就导致在运动过程中每个轮子所承受的压力变化大，从而影响与地面接触的摩擦力，影响轮子转动速度，不能保证车体运动速度的平稳性；此外麦克纳姆轮的滚子之间存在间隙，容易产生振动或打滑，导致能量损失严重，造成车体不稳定，无法保证位置精确度，而且这种轮子对加工设计有很高要求，从而导致使用成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六轮独立转向可升降式移动平台，解决目前全向轮驱动机构体积大、集成度低、无法实现轮系原地回转、零转弯半径和底盘高度不可调节等难题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：六轮独立转向可升降式移动平台，包括平台骨架、升降组件、转向组件、轮系组件、能源组件、控制机构，转向组件、轮系组件均有六组，能源组件设置于平台骨架上，能源组件与控制机构连接，能源组件和控制机构均分别与升降组件、转向组件、轮系组件电连接，平台骨架通过升降组件与转向组件连接，每组转向组件还与一组轮系组件连接。

具体的，所述升降组件包括液压站、升降液压缸、限位导向杆，液压站设置于平台骨架上，液压站通过管道连接六套升降液压缸，每套升降液压缸的底部连接至一套转向组件上，升降液压缸的外侧设有限位导向杆。

具体的，所述液压站由电机和泵组成，电机与泵连接，泵通过管道与升降液压缸连接，电机还与能源组件和控制机构电气连接。

具体的，所述每套升降液压缸包括液压缸、支撑板和上连接板，液压缸倒置，液压缸上端固定于平台骨架的底部且与液压站中的泵连接，液压缸下端的伸缩杆连接支撑板，液压缸的周围设有四个限位导向杆，限位导向杆的下端固定于支撑板上，限位导向杆的上端连接于上连接板上，上连接板固定于平台骨架上。

具体的，所述每套转向组件包括转向电机、转向齿轮箱和转向连接块，转向电机与能源组件和控制机构电气连接，转向电机安装于转向齿轮箱内侧，转向齿轮箱的输出轴连接转向连接块，转向连接块轴向上连接轮系组件。

具体的，所述转向齿轮箱设置于升降组件中升降液压缸的支撑板的下方。

具体的，所述每套轮系组件包括移动轮、轮毂电机和转轴，移动轮的轮毂上设置有轮毂电机，轮毂电机与能源组件和控制机构电气连接，轮毂电机轴心上设置有转轴，转轴固定在转向组件的转向连接块上。

具体的，所述能源组件为动力电池，为各电机提供电能动力。

本发明所述六轮独立转向可升降式移动平台的控制方法，包括以下步骤：

1)移动平台直行控制步骤：

控制机构控制转向组件中的转向电机转动，通过转向齿轮箱、转向连接块使每套轮系组件相对平台骨架的夹角为0°，从而使得每套轮系组件与所述平台骨架平行；控制机构控制轮毂电机转动，移动轮相对转轴及转向组件转动，实现运动驱动；当轮毂电机分别正反转动时，实现对平台的正向和反向运动驱动；

2)移动平台斜向运动控制步骤：

控制机构控制转向组件中的转向电机转动，通过转向齿轮箱、转向连接块使每套轮系组件相对平台骨架的夹角为一固定角度，从而使得六套轮系组件与所述平台骨架形成统一的角度；控制机构控制轮毂电机转动，移动轮相对转轴及转向组件转动，实现运动驱动；当轮毂电机分别正反转动时，实现对平台的正向和反向斜向运动驱动；

3)移动平台原地转向控制步骤：

控制机构控制转向组件中的转向电机转动，通过转向齿轮箱、转向连接块使轮系组件中的前侧两个轮系和后侧两个轮系相对平台骨架的夹角为45°，中间两个轮系角度不变平行于平台骨架；控制机构控制轮毂电机转动，移动轮相对转轴及转向组件转动，实现运动驱动；当轮毂电机分别正反转动时，实现对平台的正向和反向原地运动驱动；

4)移动平台升降控制步骤：

a、当需要提高移动平台实现越障时，控制结构通过驱动液压缸的伸缩，实现转向组件和轮系组件相对平台骨架的升高，在此过程中，限位导向杆实现导向限位，保证平台升降过程中的稳定；

b、当需要提高移动平台高速运动稳定性时，控制结构通过驱动液压缸的伸缩，实现转向组件和轮系组件相对平台骨架的降低，在此过程中，限位导向杆实现导向限位，保证平台升降过程中的稳定，降低系统重心，最终实现移动平台的高速平稳运动。

本发明具有以下有益效果：

1)通过使用轮毂电机直驱和独立转向驱动，实现平台独立动力驱动和转向控制，实现动力直接传递，实现轮式移动平台的原地转向功能，可大大提高移动平台转弯灵活度，平台动力驱动特性和机动灵活性更高；

2)通过平台升降机构实现对各个独立驱动和转向轮的高度实时控制，能够实时调整底盘高度，提高平台运动稳定性和越障性能，提升系统的自动化和智能化程度，使车体更加适用于狭窄的过道、长廊等应用场合，也特别适用于各类障碍物复杂的地形。

附图说明

图1是本发明六轮独立转向可升降式移动平台的立体结构示意图。

图2是本发明六轮独立转向可升降式移动平台的主视结构示意图。

图3是本发明六轮独立转向可升降式移动平台的左视结构示意图。

图4是本发明六轮独立转向可升降式移动平台的右视结构示意图。

图5是本发明六轮独立转向可升降式移动平台的俯视结构示意图。

图6是本发明六轮独立转向可升降式移动平台的局部结构示意图。

图7是本发明移动平台直行运动示意图。

图8是本发明移动平台斜向运动示意图。

图9是本发明移动平台原地转向运动示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

如图1-6所示，六轮独立转向可升降式移动平台，包括平台骨架1、升降组件2、转向组件3、轮系组件4、能源组件5、控制机构6，转向组件3、轮系组件4均有六组，能源组件5设置于平台骨架1上，能源组件5与控制机构6连接，能源组件5和控制机构6均分别与升降组件2、转向组件3、轮系组件4电气连接，平台骨架1通过升降组件2与转向组件3连接，每组转向组件3还与一组轮系组件4连接。

如图3所示，所述升降组件2包括液压站21、升降液压缸22、限位导向杆23，液压站21设置于平台骨架1上，液压站21通过管道连接六套升降液压缸22，每套升降液压缸22的底部连接至一套转向组件3上，升降液压缸22的外侧设有限位导向杆23。所述液压站21由电机21-1和泵21-2组成，如图6所示，电机21-1与泵21-2连接，泵21-2通过管道与升降液压缸22连接，实现对升降液压缸22升降控制。电机21-1还与能源组件5和控制机构6电气连接，由能源组件5供电。

升降液压缸22分别固定在平台骨架1左右对称位置处，每套升降液压缸22包括液压缸22-1、支撑板22-2和上连接板22-3，如图4所示。液压缸22-1倒置，液压缸22-1上端固定于平台骨架1的底部且与液压站21中的泵21-2连接，液压缸22-1下端的伸缩杆连接支撑板22-2。每个液压缸22-1的周围设有四个限位导向杆23，起到对液压缸22-1上下伸缩时的导向作用，限位导向杆23的下端固定于支撑板22-2上，限位导向杆23的上端套接于上连接板22-3下端面的铜套内，上连接板22-3固定于平台骨架1上。通过驱动液压缸22-1的伸缩，实现转向组件3和轮系组件4相对平台骨架1的升降，在此过程中，限位导向杆23实现导向限位作用，保证平台升降过程中的稳定性。

转向组件3的数量与升降液压缸22的数量一致。如图3所示，每套转向组件3包括转向电机31、转向齿轮箱32和转向连接块33。转向电机31与能源组件5和控制机构6电气连接，转向电机31安装于转向齿轮箱32内侧，转向齿轮箱32设置于升降液压缸22的支撑板22-2的下方，起到动力换向作用。转向齿轮箱32的输出轴连接转向连接块33，转向连接块33为转轴结构，转向连接块33轴向上连接轮系组件4。

轮系组件4有六套，如图3、4所示，每套轮系组件4包括移动轮41、轮毂电机42和转轴43，移动轮41的轮毂上设置有轮毂电机42，轮毂电机42与能源组件5和控制机构6电气连接，轮毂电机42轴心上设置有转轴43，转轴43固定在转向组件3的转向连接块33上。通过轮毂电机42自身动力驱动，从而实现移动轮41相对转轴43的转动，完成六轮的动力驱动。

能源组件5为动力电池，为各电机提供电能动力。

本发明所述六轮独立转向可升降式移动平台的控制方法，包括以下步骤：

1)移动平台直行控制步骤：

控制机构6控制转向组件3中的转向电机31转动，通过转向齿轮箱32、转向连接块33使每套轮系组件4相对平台骨架1的夹角为0°，从而使得每套轮系组件4与所述平台骨架1平行，如图7所示；控制机构6控制轮毂电机42转动，移动轮41相对转轴43及转向组件3转动，实现运动驱动；当轮毂电机42分别正反转动时，实现对平台的正向和反向运动驱动。

2)移动平台斜向运动控制步骤：

控制机构6控制转向组件3中的转向电机31转动，通过转向齿轮箱32、转向连接块33使每套轮系组件4相对平台骨架1的夹角为一固定角度，从而使得六套轮系组件4与所述平台骨架1形成统一的角度，如图8所示；控制机构6控制轮毂电机42转动，移动轮41相对转轴43及转向组件3转动，实现运动驱动；当轮毂电机42分别正反转动时，实现对平台的正向和反向斜向运动驱动。

3)移动平台原地转向控制步骤：

控制机构6控制转向组件3中的转向电机31转动，通过转向齿轮箱32、转向连接块33使轮系组件4中的前侧两个轮系和后侧两个轮系相对平台骨架1的夹角为45°，中间两个轮系角度不变平行于平台骨架1，如图9所示；控制机构6控制轮毂电机42转动，移动轮41相对转轴43及转向组件3转动，实现运动驱动；当轮毂电机42分别正反转动时，实现对平台的正向和反向原地运动驱动。

4)移动平台升降控制步骤：

a、当需要提高移动平台实现越障时，控制结构6通过驱动液压缸22-1的伸缩，实现转向组件3和轮系组件4相对平台骨架1的升高，在此过程中，限位导向杆23实现导向限位，保证平台升降过程中的稳定，实现最终的高性能越障。

b、当需要提高移动平台高速运动稳定性时，控制结构6通过驱动液压缸22-1的伸缩，实现转向组件3和轮系组件4相对平台骨架1的降低，在此过程中，限位导向杆23实现导向限位，保证平台升降过程中的稳定，降低系统重心，最终实现移动平台的高速平稳运动。

本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，包括平台骨架、升降组件、转向组件、轮系组件、能源组件、控制机构，转向组件、轮系组件均有六组，能源组件设置于平台骨架上，能源组件与控制机构连接，能源组件和控制机构均分别与升降组件、转向组件、轮系组件电连接，平台骨架通过升降组件与转向组件连接，每组转向组件还与一组轮系组件连接。

2.如权利要求1所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述升降组件包括液压站、升降液压缸、限位导向杆，液压站设置于平台骨架上，液压站通过管道连接六套升降液压缸，每套升降液压缸的底部连接至一套转向组件上，升降液压缸的外侧设有限位导向杆。

3.如权利要求2所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述液压站由电机和泵组成，电机与泵连接，泵通过管道与升降液压缸连接，电机还与能源组件和控制机构电气连接。

4.如权利要求2所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述每套升降液压缸包括液压缸、支撑板和上连接板，液压缸倒置，液压缸上端固定于平台骨架的底部且与液压站中的泵连接，液压缸下端的伸缩杆连接支撑板，液压缸的周围设有四个限位导向杆，限位导向杆的下端固定于支撑板上，限位导向杆的上端连接于上连接板上，上连接板固定于平台骨架上。

5.如权利要求1所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述每套转向组件包括转向电机、转向齿轮箱和转向连接块，转向电机与能源组件和控制机构电气连接，转向电机安装于转向齿轮箱内侧，转向齿轮箱的输出轴连接转向连接块，转向连接块轴向上连接轮系组件。

6.如权利要求5所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述转向齿轮箱设置于升降组件中升降液压缸的支撑板的下方。

7.如权利要求1所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述每套轮系组件包括移动轮、轮毂电机和转轴，移动轮的轮毂上设置有轮毂电机，轮毂电机与能源组件和控制机构电气连接，轮毂电机轴心上设置有转轴，转轴固定在转向组件的转向连接块上。

8.如权利要求1所述的六轮独立转向可升降式移动平台，其特征在于，所述能源组件为动力电池，为各电机提供电能动力。

9.一种六轮独立转向可升降式移动平台的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)移动平台直行控制步骤：

控制机构控制转向组件中的转向电机转动，通过转向齿轮箱、转向连接块使每套轮系组件相对平台骨架的夹角为0°，从而使得每套轮系组件与所述平台骨架平行；控制机构控制轮毂电机转动，移动轮相对转轴及转向组件转动，实现运动驱动；当轮毂电机分别正反转动时，实现对平台的正向和反向运动驱动；

2)移动平台斜向运动控制步骤：

控制机构控制转向组件中的转向电机转动，通过转向齿轮箱、转向连接块使每套轮系组件相对平台骨架的夹角为一固定角度，从而使得六套轮系组件与所述平台骨架形成统一的角度；控制机构控制轮毂电机转动，移动轮相对转轴及转向组件转动，实现运动驱动；当轮毂电机分别正反转动时，实现对平台的正向和反向斜向运动驱动；

3)移动平台原地转向控制步骤：

控制机构控制转向组件中的转向电机转动，通过转向齿轮箱、转向连接块使轮系组件中的前侧两个轮系和后侧两个轮系相对平台骨架的夹角为45°，中间两个轮系角度不变平行于平台骨架；控制机构控制轮毂电机转动，移动轮相对转轴及转向组件转动，实现运动驱动；当轮毂电机分别正反转动时，实现对平台的正向和反向原地运动驱动；

4)移动平台升降控制步骤：

a、当需要提高移动平台实现越障时，控制结构通过驱动液压缸的伸缩，实现转向组件和轮系组件相对平台骨架的升高，在此过程中，限位导向杆实现导向限位，保证平台升降过程中的稳定；

b、当需要提高移动平台高速运动稳定性时，控制结构通过驱动液压缸的伸缩，实现转向组件和轮系组件相对平台骨架的降低，在此过程中，限位导向杆实现导向限位，保证平台升降过程中的稳定，降低系统重心，最终实现移动平台的高速平稳运动。

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