CN110667732B - 一种地形自适应六轮移动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地形自适应六轮移动装置，包括车身、弹簧平衡机构、控制器和两个对称设置在车身两侧的平行四边形悬挂机构；弹簧平衡机构包括与车身转动配合的前轮轴，前轮轴的两端分别固设有一个摇臂，每个摇臂的两端分别设置有一个移动组件，前轮轴的中部间隔设置有两个水平的弹簧板，弹簧板的中部与前轮轴固连，弹簧板的两端分别通过两个弹性连接件与车身的底板连接；两个平行四边形悬挂机构的中心的连线与前轮轴平行，每个平行四边形悬挂机构均包括竖板和四个第二连接杆，竖板上安装有一个移动组件，车身上还设置有电池，电池和每个驱动电机均与控制器电连接。本发明地形自适应六轮移动装置的能够适应各种复杂地形且负载能力大。

Description

一种地形自适应六轮移动装置

技术领域

本发明涉及运输设备技术领域，特别是涉及一种地形自适应六轮移动装置。

背景技术

我国疆域辽阔，地质环境复杂，而我国又是人口大国，人口密度大，对应急机制不够完善，工业现代化水平不高，导致探索运输设备较落后，因此设计先进有效的探索运输设备迫在眉睫。在恶劣环境下，人员需要在进入现场搜救，但是环境复杂，像地震、火灾等灾害具有反复性，这将会给人员的生命安生造成极大威胁为了顺利地开展工作，提高工作效率，减小风险，研究开发能替代或辅助人员进入现场进行环境探测和探索运输的机器人具有重要意义。

探索运输装置能独立进入恶劣环境现场，避免人员直接暴露于复杂危险环境。该装置所需完成的任务无疑是要准确、快速、安全地到设定地点并执行相关操作。目前，移动机器人是各领域内执行运载工作的载体，在星球探测、军事侦察和灾场搜救等方面得到了广泛的运用。但现有的移动机器人不能够适应多种复杂地形，且负载能力低。

发明内容

本发明的目的是提供一种地形自适应六轮移动装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现对多种复杂地形的适应，并提高负载能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种地形自适应六轮移动装置，包括车身、弹簧平衡机构、控制器和两个对称设置在所述车身两侧的平行四边形悬挂机构；所述弹簧平衡机构包括通过两个轴承与所述车身转动配合的前轮轴，所述前轮轴的两端分别固设有一个弧形的摇臂，所述摇臂的中部与所述前轮轴连接，且每个所述摇臂的两端分别设置有一个移动组件，所述移动组件包括麦克纳姆轮和能够驱动所述麦克纳姆轮工作的驱动电机，所述前轮轴的中部间隔设置有两个第一平槽，每个所述第一平槽上均固设有一个水平的弹簧板，所述弹簧板的中部与所述前轮轴固连，所述弹簧板的两端分别通过两个弹性连接件与所述车身的底板连接，所述弹性连接件包括可伸缩支杆和套设在所述可伸缩支杆上的弹簧，所述可伸缩支杆的两端分别固设有一个支撑块，一个所述支撑块与所述弹簧板转动连接，另一个所述支撑块与所述底板转动连接，所述弹簧的两端分别抵在两个所述支撑块上；两个所述平行四边形悬挂机构的中心的连线与所述前轮轴平行，每个所述平行四边形悬挂机构均包括竖板和四个第二连接杆，两个所述第二连接杆一端与所述车身的顶部转动连接、另一端与所述竖板的顶部转动连接，另两个所述第二连接杆之间连接有第三连接杆且一端与所述车身的底部转动连接、另一端与所述竖板的底部转动连接，减震器一端与所述车身转动连接、另一端与所述第三连接杆转动连接，所述竖板上安装有一个所述移动组件，所述车身上还设置有电池，所述电池和每个所述驱动电机均与所述控制器电连接。

优选地，所述车身上还设置有图像获取单元，所述图像获取单元包括与所述车身固连的固定板、底端与所述固定板固连的气缸、与所述气缸的顶杆的顶端固连的连接板、与所述连接板固连的舵机和与所述舵机的输出轴固连的RGB相机和深度相机，所述舵机和所述RGB相机和深度相机分别与所述控制器电连接。

优选地，所述车身上还设置有分别与所述控制器电连接的声音传感器、环境温湿度传感器、生命体征传感器、陀螺仪、GPS、激光雷达、WiFi模块和温度传感器。

优选地，所述车身包括机架，所述机架上设置有前板、后板和所述底板，所述机架上还对应所述第二连接杆设置有若干个连接件，所述第二连接杆通过对应的所述连接件与所述机架转动连接，所述车身上还设置有储物仓。

优选地，所述摇臂包括两个通过若干个第一连接杆固连的扇环形的支板，所述第一连接杆位于两个所述支板之间，所述前轮轴的两端分别设置有第二平槽，两个所述支板均对应所述前轮轴设置有矩形孔，所述前轮轴插设在所述矩形孔中且与所述支板固定连接。

优选地，所述车身对应每个所述轴承均设置有轴承座，所述轴承安装在对应的所述轴承座中。

优选地，两个所述轴承座和两个所述轴承均位于两个所述第一平槽之间。

优选地，所述弹簧板和所述底板分别对应每个所述支撑块均设置有两个固定块，所述支撑块通过转轴与对应的两个所述固定块转动连接。

本发明地形自适应六轮移动装置相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明地形自适应六轮移动装置的能够适应各种复杂地形且负载能力大。本发明地形自适应六轮移动装置通过设置弹簧平衡机构和两个平行四边形机构实现了六个麦克纳姆轮对地形的自适应能力，六个麦克纳姆轮能够根据地形的变化进行自适应的升降，同时通过弹簧平衡机构中的弹性连接件和平行四边形机构中的减震器又保证了六个麦克纳姆轮的自恢复能力，从而实现了对各种复杂地形的自适应；通过设置各种传感器能够收集和处理各种信息并实现远程控制；通过麦克纳姆轮能够轻松实现转向功能。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明地形自适应六轮移动装置的结构示意图；

图2为本发明地形自适应六轮移动装置中车身的结构示意图；

图3为本发明地形自适应六轮移动装置中弹簧平衡机构的结构示意图；

图4为本发明地形自适应六轮移动装置中弹性连接件的结构示意图；

图5为本发明地形自适应六轮移动装置中前轮轴的结构示意图；

图6为本发明地形自适应六轮移动装置中摇臂的结构示意图；

图7为本发明地形自适应六轮移动装置中平行四边形悬挂机构的结构示意图；

图8为本发明地形自适应六轮移动装置中图像获取单元的结构示意图；

其中：1-车身，101-前板，102-后板，103-底板，104-机架，105-连接件，2-弹簧平衡机构，201-前轮轴，2011-第一平槽，2012-第二平槽，202-轴承座，203-轴承，204-弹簧板，205-弹性连接件，2051-固定块，2052-转轴，2053-支撑块，2054-可伸缩支杆，2055-弹簧，3-摇臂，301-支板，302-第一连接杆，4-麦克纳姆轮，5-驱动电机，6-控制器，7-图像获取单元，701-固定板，702-气缸，703-顶杆，704-连接板，705-舵机，706-RGB相机和深度相机，8-声音传感器，9-电池，10-环境温湿度传感器，11-储物仓，12-平行四边形悬挂机构，121-第二连接杆，122-竖板，123-第三连接杆，124-减震器。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。

本发明的目的是提供一种地形自适应六轮移动装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现对多种复杂地形的适应，并提高负载能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-8所示：本实施例地形自适应六轮移动装置包括车身1、弹簧平衡机构2、控制器6和两个对称设置在车身1两侧的平行四边形悬挂机构12。

其中，弹簧平衡机构2包括通过两个轴承203与车身1转动配合的前轮轴201，前轮轴201的两端分别固设有一个弧形的摇臂3，摇臂3的中部与前轮轴201连接，且每个摇臂3的两端分别设置有一个移动组件，移动组件包括麦克纳姆轮4和能够驱动麦克纳姆轮4工作的驱动电机5；每个摇臂3包括两个通过若干个第一连接杆302固连的扇环形的支板301，第一连接杆302位于两个支板301之间，前轮轴201的两端分别设置有第二平槽2012，两个支板301均对应前轮轴201设置有矩形孔，前轮轴201插设在矩形孔中且与支板301固定连接。

前轮轴201的中部间隔设置有两个第一平槽2011，所述轴承座202和两个轴承203均位于两个第一平槽2011之间，每个第一平槽2011上均固设有一个水平的弹簧板204，弹簧板204的中部与前轮轴201固连，弹簧板204的两端分别通过两个弹性连接件205与车身1的底板103连接，弹性连接件205包括可伸缩支杆2054和套设在可伸缩支杆2054上的弹簧2055，可伸缩支杆2054的两端分别固设有一个支撑块2053，一个支撑块2053与弹簧板204转动连接，另一个支撑块2053与底板103转动连接，弹簧2055的两端分别抵在两个支撑块2053上；弹簧板204和底板103分别对应每个支撑块2053均设置有两个固定块2051，支撑块2053通过转轴2052与对应的两个固定块2051转动连接。

两个平行四边形悬挂机构12的中心的连线与前轮轴201平行，每个平行四边形悬挂机构12均包括竖板122和四个互相平行的第二连接杆121，两个第二连接杆121一端与车身1的侧壁的顶部转动连接、另一端与竖板122的顶部转动连接，另两个第二连接杆121之间连接有第三连接杆123且一端与车身1的侧壁的底部转动连接、另一端与竖板122的底部转动连接，减震器124一端与车身1转动连接、另一端与第三连接杆123转动连接，竖板122上安装有一个移动组件，该移动组件同样包括麦克纳姆轮4和能够驱动麦克纳姆轮4工作的驱动电机5，本实施例中所有驱动电机5的型号均为YL110BLS。

车身1上还设置有图像获取单元7，图像获取单元7包括与车身1固连的固定板701、底端与固定板701固连的气缸702、与气缸702的顶杆703的顶端固连的连接板704、与连接板704固连的舵机705和与舵机705的输出轴固连的RGB相机和深度相机706，舵机705和RGB相机和深度相机706分别与控制器6电连接；气缸702能够驱动RGB相机和深度相机706进行升降，舵机705能够驱动RGB相机和深度相机706进行转动。

车身1包括机架104，机架104上设置有前板101、后板102和底板103，机架104上还对应第二连接杆121设置有若干个连接件105，第二连接杆121通过对应的连接件105与机架104转动连接，车身1上还设置有储物仓11。车身1上还设置有电池9，车身1上对应电池9设置有电池9架和电池9盖，电池9和每个驱动电机5均与控制器6电连接，此外，车身1上还可以设置有分别与控制器6电连接的声音传感器8、环境温湿度传感器10、生命体征传感器、陀螺仪、GPS、激光雷达、WiFi模块和温度传感器，可以根据具体的需要对各种传感器进行选择性地搭配使用，其详细参数如下表所示：

在本实施例中控制器6包括上位机和下位机，上位机的硬件仿真平台选用了CPU为Inter i5 8400的X86平台，下位机硬件选用树莓派3B+、STM32f103开发板。上位机的操作系统选用应用广泛的window系统，交互界面开发选用Qt5.9进行开发，数据库选用MySQL；下位机选择在Linux，结合Ros、openCV、PCL等开发包进行综合开发。通过上述开发平台与开发包融合传感系统对机器人进行运动控制与智能轨迹规划，并对搜救地点进行标记。相应实现的部分可以分为多传感器系统、通信系统和中控系统。为了实现这些系统的融合需要先对通信系统进行分析；其中通信系统分为以TCP/IP为主的大范围通信和以can总线、串口主的内部通信。多传感器系统是将多种类型，多种信号形式，多种应用场景的传感器集合、组成到一个系统中，并根据这些信息进行智能的、综合的、稳定的判断和处理(即前文提到的各种传感器)。中控系统是对其他硬件系统的信息进行综合处理、显示、相应的平台，主要获取探索信息、自身信息并显示到探索过程中心以应对相应任务。最为关键的是对目标进行位置上标记并与对象进行视频、音频上的交互。并且为了应对特殊状况的出现，在系统中设计了一套遥控操作系统，以针对自动化形式中的突发状况。移动装置本体状态监测传感器主要用于机器人自身运行状态监测，包括自身位姿状态、周围环境、续航状态、机身温度、传输信号强弱等。

多传感器系统中，RGB相机为常用的彩色相机，本实施例中采用的800W像素USB免驱全景摄像头，传感器芯片为索尼IM179支持4K视频录制。深度相机为采用开发套件成熟的微软Kinect v2。该深度相机用于感知3D图像和音频，Kinect v2的ToF处理器芯片是TSMC0.13 1P5M。Kinect v2包含一个彩色相机、深度相机、红外光发射器。通过Kinect v2可以获取场景的深度、彩色、红外图像信息。

声音传感器8即为麦克风：采用USB麦克风，USB麦克风的原理是把USB声卡做到麦克风里了。这个麦克风是将声卡和麦克风的二合一。录音的时候，麦克风收到声音后，直接由麦克风内的声卡处理，由模拟转为数字，然后通过USB以数据的形式传送给树莓派；环境温湿度传感器10：环境温湿度传感器10采用RHT03-A，温湿度传感器是把空气中的温湿度通过检测装置，测量到温湿度后，按一定的规律变换成电信号形式的信息输出。生命体征传感器：生命体征传感器采用超低功耗控制芯片MSP430F449，ZigBee芯片CC2430，用于检测包括呼吸、体温、脉搏、血压四大生命体征。陀螺仪：采用MEMS陀螺仪。该陀螺仪采用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴2052的一个或二个轴的角运动检测装置。GPS：常用的GPS模块，本文采用GPS模块NE0-7M，该模块带有Micro USB接口，预留有TTL接口，可以方便使用USB-TTL或者外接单片机控制接收GPS信息。激光雷达：本文采用360度激光雷达传感器。该激光雷达测量距离在120-3500mm；其中120-499mm精度为15mm，500-3500mm精度为5mm；角度分辨率为1°；扫描速度在300rpm左右。雷达驱动为ros-kinetic-hls-lfcd-lds-driver。WIFI模块：树莓派内置WIFI模块。基于深度相机与激光雷达的联合避障，在Linux系统下融合PCL、ROS、SLAM等程序包仿真实现了三维物体识别、实时地图构建的功能。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种地形自适应六轮移动装置，其特征在于：包括车身、弹簧平衡机构、控制器和两个对称设置在所述车身两侧的平行四边形悬挂机构；所述弹簧平衡机构包括通过两个轴承与所述车身转动配合的前轮轴，所述前轮轴的两端分别固设有一个弧形的摇臂，所述摇臂的中部与所述前轮轴连接，且每个所述摇臂的两端分别设置有一个移动组件，所述移动组件包括麦克纳姆轮和能够驱动所述麦克纳姆轮工作的驱动电机，所述前轮轴的中部间隔设置有两个第一平槽，每个所述第一平槽上均固设有一个水平的弹簧板，所述弹簧板的中部与所述前轮轴固连，所述弹簧板的一端通过两个弹性连接件与所述车身的底板连接，所述弹簧板的另一端通过另两个弹性连接件与所述底板连接，所述弹性连接件包括可伸缩支杆和套设在所述可伸缩支杆上的弹簧，所述可伸缩支杆的两端分别固设有一个支撑块，一个所述支撑块与所述弹簧板转动连接，另一个所述支撑块与所述底板转动连接，所述弹簧的两端分别抵在两个所述支撑块上；两个所述平行四边形悬挂机构的中心的连线与所述前轮轴平行，每个所述平行四边形悬挂机构均包括竖板和四个第二连接杆，两个所述第二连接杆一端与所述车身的侧壁的顶部转动连接、另一端与所述竖板的顶部转动连接，另两个所述第二连接杆之间连接有第三连接杆且一端与所述车身的侧壁的底部转动连接、另一端与所述竖板的底部转动连接，减震器一端与所述车身转动连接、另一端与所述第三连接杆转动连接，所述竖板上安装有一个所述移动组件，所述车身上还设置有电池，所述电池和每个所述驱动电机均与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：所述车身上还设置有图像获取单元，所述图像获取单元包括与所述车身固连的固定板、底端与所述固定板固连的气缸、与所述气缸的顶杆的顶端固连的连接板、与所述连接板固连的舵机和与所述舵机的输出轴固连的RGB相机和深度相机，所述舵机和所述RGB相机和深度相机分别与所述控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：所述车身上还设置有分别与所述控制器电连接的声音传感器、环境温湿度传感器、生命体征传感器、陀螺仪、GPS、激光雷达、WiFi模块和温度传感器。

4.根据权利要求1所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：所述车身包括机架，所述机架上设置有前板、后板和所述底板，所述机架上还对应所述第二连接杆设置有若干个连接件，所述第二连接杆通过对应的所述连接件与所述机架转动连接，所述车身上还设置有储物仓。

5.根据权利要求1所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：所述摇臂包括两个通过若干个第一连接杆固连的扇环形的支板，所述第一连接杆位于两个所述支板之间，所述前轮轴的两端分别设置有第二平槽，两个所述支板均对应所述前轮轴设置有矩形孔，所述前轮轴插设在所述矩形孔中且与所述支板固定连接。

6.根据权利要求1所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：所述车身对应每个所述轴承均设置有轴承座，所述轴承安装在对应的所述轴承座中。

7.根据权利要求6所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：两个所述轴承座和两个所述轴承均位于两个所述第一平槽之间。

8.根据权利要求1所述的地形自适应六轮移动装置，其特征在于：所述弹簧板和所述底板分别对应每个所述支撑块均设置有两个固定块，所述支撑块通过转轴与对应的两个所述固定块转动连接。

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