CN112319170B - 一种可保持特定轮距的独立悬挂装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可保持特定轮距的独立悬挂装置，包括车轮驱动装置、平行四边形悬挂机构、减振器、直线电机、角度传感器、控制系统和车架；所述车轮驱动装置包括麦克纳姆轮、万向联轴器和电机；所述平行四边形悬挂机构包括四个连杆，所述车架上设置滑动槽，所述连杆上部转动连接有与所述滑动槽相匹配的滑块，下部与所述驱动装置支撑架转动连接；所述减振器为弹簧阻尼减振装置；所述直线电机的输出端与所述滑块固定连接；所述角度传感器用于获取所述连杆与水平面的夹角变化值并实时传送至所述控制系统。本发明的技术方案具备实时调整麦克纳姆轮横向距离误差、提高全方位移动机器人动作精度和易维护等优点。

Description

一种可保持特定轮距的独立悬挂装置

技术领域

本发明涉及轮式机器人技术领域，具体而言，尤其涉及一种可保持特定轮距的独立悬挂装置。

背景技术

轮式机器人是目前具有研究价值的方向，全方位移动的麦克纳姆轮式AGV是其中的重要组成部分。AGV作为一种应用广泛的自动化设备，具有自动化水平高，运动灵活简便、应用范围广等许多优点。可以提高工作效率，在某些领域甚至可以完全代替人类工作。

悬挂机构是汽车的车架主体与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架主体之间的力和力矩，并且缓冲由不平路面传给车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平稳地行驶。

所述全方位移动的麦克纳姆轮式移动机器人采用四连杆平行四边形悬挂结构，当车轮经过障碍物时，轮轴中心升高，连杆与水平面的夹角发生变化，同时，麦克纳姆轮小车横向中心的距离也发生变化，假设连杆长度为L,当小车在平坦路面行驶时连杆与水平面的夹角为α，当车轮经过不平路面时，由于地面障碍物对车轮的垂直作用，连杆角度变化为Δα，车轮被抬起的高度为h＝L*(cosα-cos(α-Δα))，同时，由于连杆绕其与车架铰接的轴旋转运动，铰接于连杆另一端的车轮行驶中心线与小车纵向中心线将发生偏离，偏移距离d＝L*(sinα-sin(α-Δα))，车轮中心在水平面内的这部分位移将导致小车轮距发生变化，使理想轮距遭到破坏，导致前后轮不在一条直线上行驶。

目前解决轮距偏差的方法是采用烛式悬挂或者类似烛式悬挂方案，该方案的不足之处是小车越障运动过程中主销外圆柱面受到的压力很大，不规律的压力波动对主销损坏较大。

发明内容

针对现有技术不足，而提供一种可保持特定轮距的独立悬挂装置，具备实时调整麦克纳姆轮横向距离误差、提高全方位移动机器人动作精度和易维护等优点。

本发明采用的技术手段如下：

一种可保持特定轮距的独立悬挂装置，包括车轮驱动装置、平行四边形悬挂机构、减振器、直线电机、角度传感器、控制系统和车架；

所述车轮驱动装置包括麦克纳姆轮、万向联轴器和电机，所述麦克纳姆轮1通过所述万向联轴器连接于所述电机；所述电机安装于电机架，所述电机架安装于驱动装置支撑架；

所述平行四边形悬挂机构包括四个连杆，所述车架上设置滑动槽，所述连杆上部转动连接有与所述滑动槽相匹配的滑块，下部与所述驱动装置支撑架转动连接，所述滑块与所述滑动槽配合形成滑动副；

所述减振器为弹簧阻尼减振装置，一端与所述车架转动连接，另一端与所述驱动装置支撑架转动连接；

所述直线电机安装于所述车架，所述直线电机的输出端与所述滑块固定连接；

所述角度传感器用于获取所述连杆与水平面的夹角变化值并实时传送至所述控制系统，所述控制系统根据接收的信号进行计算处理后驱动所述直线电机带动所述车轮驱动装置在水平方向移动相应距离。

进一步地，所述车架采用1515铝型材制成，且所述车架在水平面上的正投影前后对称、左右对称，所述车架内侧设计有下沉的槽形框体结构用以放置和安装电池、所述控制系统和导航装置。

进一步地，所述控制系统采用STM32F429单片机。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的可保持特定轮距的独立悬挂装置，麦克纳姆轮悬挂机构通过麦克纳姆轮本体，电机支撑架和四连杆机构以及车架横梁构成曲柄，曲柄上端安装有滑块，构成一个完整的一个曲柄滑块装置，麦克纳姆轮本体与电机的连接采用万向联轴器可使电机中心位置升高适当距离，增加AGV小车通过性，轮组电机支撑架和车架都采用铝型材组装完成，改型方便，减少零件的更换成本和机器人的维护成本。

基于上述理由本发明可在轮式机器人等领域广泛推广。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为应用本发明所述悬挂装置的AGV的俯视结构示意图。

图2为本发明所述悬挂装置的结构示意图。

图3为本发明所述车轮驱动装置结构示意图。

图4为本发明所述悬挂装置工作原理示意图。

图中：1、麦克纳姆轮；2、万向联轴器；3、电机；4、驱动装置支撑架；5、减振器；6、连杆；7、角度传感器；8、车架；9、路面；10、直线电机；11、控制系统；12、滑块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1-2所示，本发明提供了一种可保持特定轮距的独立悬挂装置，其特征在于，包括车轮驱动装置、平行四边形悬挂机构、减振器5、直线电机10、角度传感器7、控制系统和车架8；

所述车轮驱动装置包括麦克纳姆轮1、万向联轴器2和电机3，所述麦克纳姆轮1通过所述万向联轴器2连接于所述电机3；所述电机3安装于电机架，所述电机架安装于驱动装置支撑架4；

所述平行四边形悬挂机构包括四个连杆6，所述车架8上设置滑动槽，所述连杆6上部转动连接有与所述滑动槽相匹配的滑块12，下部与所述驱动装置支撑架4转动连接，所述滑块12与所述滑动槽配合形成滑动副；

所述减振器5为弹簧阻尼减振装置，一端与所述车架8转动连接，另一端与所述驱动装置支撑架4转动连接；

所述直线电机10安装于所述车架8，所述直线电机10的输出端与所述滑块12固定连接；

所述直线电机10用于通过所述滑块12带动所述驱动装置支撑架4的水平移动进而带动整个所述车轮驱动装置进行水平移动；

所述角度传感器7安装于所述连杆6，用于获取所述连杆6与水平面的夹角α变化值并实时传送至所述控制系统，所述控制系统根据接收的信号进行计算处理后驱动所述直线电机10带动所述车轮驱动装置在水平方向移动相应距离。

进一步地，所述车架8采用1515铝型材制成，强度好，重量轻；且所述车架8在水平面上的正投影前后对称、左右对称，所述车架8内侧设计有下沉的槽形框体结构用以放置和安装电池、所述控制系统和导航装置。

进一步地，所述控制系统采用STM32F429单片机。

在AGV小车上，每一个车轮处均可以设置一组本发明所述的可保持特定轮距的独立悬挂装置，图3-4所示，当所述麦克纳姆轮1经过不平路面9(此处假设为突起路面，如遇低洼地面道理相同)时，所述麦克纳姆轮1将相对所述车架8向上运动，使所述减振器5受压，所述连杆6的转角减小，同时簧下装置(所述麦克纳姆轮1、所述万向联轴器2和所述电机3)有向左运动趋势，此运动将导致所述麦克纳姆轮1中心向外侧移动，轮距变大，为解决此问题，本发明拟在所述车架8和与所述连杆6上部固接的滑块上安装伺服直线电机10，在所述连杆6上安装角度传感器，与控制系统配合以控制整个悬挂装置，当所述角度传感器7检测到所述连杆6角度减小时，将立即传送角度变化信号给控制系统，所述控制系统即驱动直线电机10向右运动以抵销车轮向左运动的位移偏差。

具体地，假设所述连杆6长度为L，当小车在平坦路面行驶时连杆与水平面的夹角为α，当所述麦克纳姆轮1经过不平路面9时，由于地面障碍物对所述麦克纳姆轮1的垂直作用，所述连杆6角度变化为Δα，所述麦克纳姆轮1被抬起的高度为h＝L*(cosα-cos(α-Δα))，同时，由于所述连杆6绕其与所述车架8转动，转动连接于所述连杆6另一端的所述麦克纳姆轮1的行驶中心线与小车纵向中心线将发生偏离，偏移距离d＝L*(sinα-sin(α-Δα))，所述麦克纳姆轮1中心在水平面内的这部分位移将导致小车轮距发生变化，使理想轮距遭到破坏，导致前后轮不在一条直线上行驶，为此，所述角度传感器7将角度偏移信号Δα传送到所述控制系统进行数据计算，然后将位移信号传给所述直线电机10，所述直线电机10开始工作，带动所述车轮驱动装置在水平方向移动相应距离以恢复原始位置，使轮距保持恒定。这种纠偏动作是在微小位移情况下就开始进行，本发明所述角度传感器7采用型号为LVT428T的角度传感器，角度测量精度为0.3度，响应时间为0.01s，能够充分满足使用精度要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种可保持特定轮距的独立悬挂装置，其特征在于，包括车轮驱动装置、平行四边形悬挂机构、减振器、直线电机、角度传感器、控制系统和车架；

所述车轮驱动装置包括麦克纳姆轮、万向联轴器和电机，所述麦克纳姆轮1通过所述万向联轴器连接于所述电机；所述电机安装于电机架，所述电机架安装于驱动装置支撑架；

所述平行四边形悬挂机构包括四个连杆，所述车架上设置滑动槽，所述连杆上部转动连接有与所述滑动槽相匹配的滑块，下部与所述驱动装置支撑架转动连接，所述滑块与所述滑动槽配合形成滑动副；

所述减振器为弹簧阻尼减振装置，一端与所述车架转动连接，另一端与所述驱动装置支撑架转动连接；

所述直线电机安装于所述车架，所述直线电机的输出端与所述滑块固定连接；

所述角度传感器用于获取所述连杆与水平面的夹角变化值并实时传送至所述控制系统，所述控制系统根据接收的信号进行计算处理后驱动所述直线电机带动所述车轮驱动装置在水平方向移动相应距离。

2.根据权利要求1所述的可保持特定轮距的独立悬挂装置，其特征在于，所述车架采用1515铝型材制成，且所述车架在水平面上的正投影前后对称、左右对称，所述车架内侧设计有下沉的槽形框体结构用以放置和安装电池、所述控制系统和导航装置。

3.根据权利要求1所述的可保持特定轮距的独立悬挂装置，其特征在于，所述控制系统采用STM32F429单片机。

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