CN112896348A - 一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘 - Google Patents

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刘二溦
董奇峰
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Abstract

本发明提供了一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，包括底盘结构系统、支撑机构、三角履带轮、电液比例主动悬挂系统、转向轮集成、控制系统和导航系统。底盘行驶过程中，先由具有柔性接地面的三角履带轮衰减来自地面激励的幅值，再基于底盘位姿信号变化和悬挂油缸的内部压强变化，经特定的算法程序处理，由控制器向电液比例控制阀组发出指令信号驱动相应阀芯运动，合理地分配各悬挂油缸的伸缩行程，各悬挂缸驱动相应的悬挂机构运动，适应性地调节底盘左右横滚和前后俯仰的角度，使车辆底盘行驶过程中保持水平和稳定；导航系统实时检测，合理的调节转向液压马达和履带轮液压马达的转速，适应性的调节底盘的运动轨迹和速度。

Description

一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘
技术领域
本发明涉及一种可适应复杂地面条件的三点支撑式调平底盘，具体的是一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘。
背景技术
太阳能光伏发电是一种重要的可再生清洁能源形式，在中国已得到最为广泛的应用。然而，由于我国绝大多数光伏发电场处于多风多沙的的偏远地区，对光伏发电的运维提出了极大的挑战。自行走式光伏清洁机器人作为一体化除尘解决方案的作业系统，必须适应现场恶劣的地面条件，保障车辆行驶的平顺性和和清扫装置工作的安全性。
发明内容
依据已逐渐成熟的自动导航技术、电液比例调节技术、三角履带解决方案，本发明提出一种自动导航、利用电液比例控制技术调节、具有三点独立支撑机构且具有柔性接地面的三角履带轮的新型低速行走底盘。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，包括底盘结构系统、支撑机构、三角履带轮、电液比例主动悬挂系统、转向轮集成、控制系统和导航系统，所述底盘结构系统的底部通过支撑机构连接三角履带和转向轮集成，所述三角履带设置在所述底盘结构系统的前侧底部位置，所述转向轮集成设置在所述底盘结构系统的后侧底部位置，所述底盘结构系统包括车架、平台、平台回转驱动、转向回转驱动和前置悬挂缸铰接一，所述平台回转驱动设置在所述车架上，上端连接有所述平台，所述转向回转驱动设置在所述车架的后侧底部位置，所述前置悬挂缸铰接一对称布置在所述车架的前侧位置，所述平台上搭载控制系统后和导航系统。
进一步地，所述三角履带轮包括：橡胶履带、驱动链轮、马达适配器、浮动支架A、浮动支架B、主支撑架、主梁、承重轮、连接块一、连接块二、轴一、轴二、轴三、导向轮、张紧轮、直推式张紧机构、履带轮基座法兰、销轴二和履带轮液压马达，所述所述橡胶履带内侧与驱动链轮、承重轮、导向轮、张紧轮接触配合，外侧底部与地面接触，所述驱动链轮与马达适配器栓接固定在一起，所述马达适配器内部圆孔开设键槽，通过平键传递履带轮液压马达提供的转矩，所述浮动支架A与履带轮基座法兰固接，所述浮动支架B与浮动支架A栓接在一起，所述主支撑架与浮动支架B通过销轴二铰接，所述主梁与主支撑架栓接在一起，可相对于履带轮基座法兰做独立摆幅运动，所述轴一与主梁铰接，所述连接块一与轴一固接，所述轴二与连接块一固接，可相对于主梁做独立摆幅运动，所述连接块二与轴二铰接，所述轴三与连接块二固接，可相对于连接块一做独立摆幅运动，所述承重轮与轴三通过轴承连接，所述导向轮布置在三角履带轮前部，所述张紧轮和直推式张紧机构布置在履带轮后侧。
进一步地，所述的4个承重轮、1个连接块一、2个连接块二、1个轴一、1个轴二、2个轴三构成1个承重单元，所述三角履带轮至少设置有2个承重单元。
进一步地，所述支撑机构包括：前置悬架支座、前置悬架A、前置悬架B、前置油缸铰接二、前置悬架耳板、后置悬架支座、后置悬架、后置浮动架、销轴一和销轴三，所述所述前置悬架支座栓接在车架前侧底部，所述前置悬架耳板通过栓接固定在前置悬架支座和履带轮基座法兰上，和所述前置悬架A和前置悬架B通过销轴一与前置悬架耳板铰接，所述前置油缸铰接二栓接在前置悬架B中部，所述后置悬架支座栓接在转向回转驱动下方，所述后置悬架通过销轴三与后置悬架支座铰接，可相对于车架做独立摆幅运动，所述后置浮动架与后置悬架铰接，可相对于后置悬架做独立摆幅运动，所述后置浮动架两侧对称布置4个转向轮。
进一步地，所述电液比例主动悬挂系统包括：电液比例控制阀组、前置悬挂缸一、前置悬挂缸二、后置悬挂缸、液压阀块一、液压阀块二、蓄能器、压力传感器和双轴倾角传感器，所述液压阀块一配合电液比例控制阀组控制前置悬挂缸一和前置悬挂缸二地启停及速度，所述液压阀块二配合电液比例控制阀组控制后置悬挂缸地启停及速度，所述压力传感器和双轴倾角传感器检测底盘的状态信息反馈到控制系统，控制系统处理反馈信息后发出指令信号到电液比例控制阀组，控制电液比例控制阀组阀芯运动。
进一步地，所述底盘结构系统为三点独立可调高支撑机构，通过比例控制阀控制支撑调整油缸，以位姿信号和各支撑油缸的压力信号为输入和反馈进行控制。
进一步地，所述三角履带轮上设置有柔性接地面。
进一步地，所述转向轮为独立调高式转向轮，四轮对称布置。
进一步地，所述转向轮通过浮动支架A、浮动支架B和后置悬架柔性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
该底盘由底盘结构系统、三点独立调高的支撑机构、具有柔性接地面的三角履带轮、电液比例主动悬挂系统、转向轮、控制系统、导航系统组成，该底盘基于机械设计原理、利用电液比例调节技术，通过调节3个悬挂缸的伸缩来实现对底盘姿态的控制，具有自动导航行走、底盘姿态实时调平、复杂地面条件适应能力强、结构紧凑、低速性能良好、控制策略简单高效等优点, 底盘可在复杂松软的地面条件下稳定自行走且自动保持水平，工作稳定性高，在狭小地方可以顺利实现转弯，灵活性好。
附图说明
图1为本发明实例整体示意图；
图2为本发明侧视结构示意图；
图3为本发明俯视结构示意图；
图4为本发明正视结构示意图；
图5为三点独立调高支撑机构示意图；
图6为电液比例主动悬挂系统侧视图；
图7为电液比例主动悬挂系统主视图；
图8为具有柔性接地面的三角履带轮整体示意图；
图9为具有柔性接地面的三角履带轮主视图；
图10为具有柔性接地面的三角履带轮侧视图；
图11为承重单元示意图；
图中：1、底盘结构系统，101、车架，102、平台，103、平台回转驱动，104、转向回转驱动，105、前置悬挂缸铰接一；
2、支撑结构，201、前置悬架支座，202、前置悬架A，203、前置悬架B，204、前置油缸铰接二，205、前置悬架耳板，206、后置悬架支座，207、后置悬架，208、后置浮动架，209、销轴一，210、销轴三；
3、三角履带轮，301、橡胶履带，302、驱动链轮，303、马达适配器，304、浮动支架A，305、浮动支架B，306、主支撑架，307、主梁，308、承重轮，309、连接块一，310、连接块二，311、轴一，312、轴二，313、轴三，314、导向轮，315、张紧轮，316、直推式张紧机构，317、履带轮基座法兰，318、销轴二，319、履带轮液压马达；
4、电液比例主动悬挂系统，401、电液比例控制阀组，402、前置悬挂缸一，403、前置悬挂缸二，404、后置悬挂缸，405、液压阀块一，406、液压阀块二，407、蓄能器，408、压力传感器，409、双轴倾角传感器；
5、转向轮集成，6、控制系统，7、导航系统。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例，请参照附图1-11，一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，包括底盘结构系统1、支撑机构2、三角履带轮3、电液比例主动悬挂系统4、转向轮集成5、控制系统6和导航系统7，所述底盘结构系统1的底部通过支撑机构2连接三角履带3和转向轮集成5，所述三角履带设置在所述底盘结构系统1的前侧底部位置，所述转向轮集成5设置在所述底盘结构系统1的后侧底部位置，所述底盘结构系统1包括车架101、平台102、平台回转驱动103、转向回转驱动104和前置悬挂缸铰接一105，所述平台回转驱动103设置在所述车架101上，上端连接有所述平台102，可实现±90°回转，所述转向回转驱动104设置在所述车架101的后侧底部位置，所述前置悬挂缸铰接一105对称布置在所述车架101的前侧位置，所述平台102上搭载控制系统后6和导航系统7。
所述具有柔性接地面的三角履带轮3有2组，对称布置于底盘左右两侧，与左右两侧的四连杆悬架机构铰接，单组具有柔性接地面的三角履带轮包括1条橡胶履带301、1个驱动链轮302、1个马达适配器303、1组浮动支架A304、1组浮动支架B305、2个主支撑架306、1个主梁307、8个承重轮308、2个连接块一309、4个连接块二310、2个轴一311、2个轴二312、4个轴三313、2个导向轮314、两个张紧轮315、1组直推式张紧机构316、1个履带轮基座法兰317、1个销轴二318、1个履带轮液压马达319，所述橡胶履带301内侧与驱动链轮302、承重轮308、导向轮314、张紧轮315接触配合，外侧底部与地面接触，所述驱动链轮315与马达适配器303栓接固定在一起，通过拨齿将驱动力传递到履带上，进而驱动三角履带轮行进运动，所述马达适配器303内部圆孔开设键槽，通过平键传递履带轮液压马达319提供的转矩，所述浮动支架A304与履带轮基座法兰317固接，实现前置悬架和三角履带轮的连接，所述浮动支架B305与浮动支架A304栓接在一起，所述主支撑架306与浮动支架B305通过销轴二318铰接，所述主梁307与2个主支撑架306栓接在一起，可相对于履带轮基座法兰317做独立摆幅运动，所述轴一311与主梁307铰接，所述连接块一309与轴一311固接，所述轴二312与连接块一309固接，可相对于主梁307做独立摆幅运动，所述连接块二310与轴二312铰接，所述轴三313与连接块二310固接，可相对于连接块一309做独立摆幅运动，所述承重轮308与轴三313通过轴承连接，所述导向轮314布置在三角履带轮前部，所述张紧轮315和直推式张紧机构316布置在履带轮后侧，所述的4个承重轮308、1个连接块一309、2个连接块二310、1个轴一311、1个轴二312、2个轴三313构成1个承重单元，是实现柔性接地的关键，其原理是2个轴三313可绕轴二312做独立摆幅运动，形成2个自由度，1个轴二312可绕轴一311做独立摆幅运动，形成1个自由度，1个轴一311可绕销轴二318做独立摆幅运动，形成1个自由度，这样1个承重单元里的4个承重轮308就有了相对于履带轮基座法兰317的4个自由度，可相对于履带轮基座法兰317做独立摆幅运动，具有柔性接地面的三角履带轮3具有2个承重单元，就有了8个活地承重点，进而形成了具有的柔性的承重面。
所述三点独立调高的支撑机构2栓接在底盘结构系统1的底部，包括1个前置悬架支座201、2个前置悬架A202、2个前置悬架B203、2个前置油缸铰接二204、16个前置悬架耳板205、1个后置悬架支座206、1个后置悬架207、1个后置浮动架208、16个销轴一209、1个销轴三210，所述前置悬架支座206栓接在车架101的前侧底部，所述8个前置悬架耳板205通过栓接固定在前置悬架支座201，4个前置悬架耳板205栓接在左侧履带轮基座法兰317上，4个前置悬架耳板205栓接在右侧履带轮基座法兰317上，所述1个前置悬架A202和1个前置悬架B203通过销轴一209与前置悬架耳板205铰接，构成四连杆悬架机构，所述前置油缸铰接二204栓接在前置悬架B203的中部，所述后置悬架支座206栓接在转向回转驱动104的下方，所述后置悬架207通过销轴与后置悬架支座206铰接，可相对于车架做独立摆幅运动，所述后置浮动架208与后置悬架207铰接，可相对于后置悬架207做独立摆幅运动，后置浮动架208两侧对称布置4个转向轮集成5。
所述电液比例主动悬挂系统4包括电液比例控制阀组401、1个前置悬挂缸一402、1个前置悬挂缸二403、1个后置悬挂缸404、1个液压阀块一405、1个液压阀块二406、3个蓄能器407、4个压力传感器408、1个双轴倾角传感器409，所述液压阀块一405配合电液比例控制阀401组控制前置悬挂缸一402和前置悬挂缸二403的启停及速度，所述液压阀块二406配合电液比例控制阀组401控制后置悬挂缸404的启停及速度，所述3个蓄能器407布置在3个悬挂缸的油口附近，所述压力传感器408和双轴倾角传感器409检测底盘的状态信息反馈到控制系统6，控制系统6处理反馈信息后发出指令信号到电液比例控制阀组401，控制电液比例控制阀组401阀芯运动，进而实时地调整底盘的位姿状态。
本发明工作原理：底盘行驶过程中，先由具有柔性接地面的三角履带轮衰减来自地面激励的幅值，再基于底盘位姿信号变化和悬挂油缸的内部压强变化，经特定的算法程序处理，由控制器向电液比例控制阀组发出指令信号驱动相应阀芯运动，合理地分配各悬挂油缸的伸缩行程，各悬挂缸驱动相应的悬挂机构运动，适应性地调节底盘左右横滚和前后俯仰的角度，使车辆底盘行驶过程中保持水平和稳定；由导航系统检测底盘行驶过程中的偏航角度信号和行驶速度，经特定算法程序处理，由控制器向电液比例控制阀组发出指令信号驱动相应的阀芯运动，合理的调节转向液压马达和履带轮液压马达的转速，适应性的调节底盘的运动轨迹和速度。
本发明具有自动导航行走、底盘姿态实时调平、复杂地面条件适应能力强、结构紧凑、低速性能良好、控制策略简单高效等优点, 底盘可在复杂松软的地面条件下稳定自行走且自动保持水平，工作稳定性高，在狭小地方可以顺利实现转弯，灵活性好。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，包括底盘结构系统（1）、支撑机构（2）、三角履带轮（3）、电液比例主动悬挂系统（4）、转向轮集成（5）、控制系统（6）和导航系统（7），所述底盘结构系统（1）的底部通过支撑机构（2）连接三角履带（3）和转向轮集成（5），所述三角履带设置在所述底盘结构系统（1）的前侧底部位置，所述转向轮集成（5）设置在所述底盘结构系统（1）的后侧底部位置，所述底盘结构系统（1）包括车架（101）、平台（102）、平台回转驱动（103）、转向回转驱动（104）和前置悬挂缸铰接一（105），所述平台回转驱动（103）设置在所述车架（101）上，上端连接有所述平台（102），所述转向回转驱动（104）设置在所述车架（101）的后侧底部位置，所述前置悬挂缸铰接一（105）对称布置在所述车架（101）的前侧位置，所述平台（102）上搭载控制系统后（6）和导航系统（7）。
2.根据权利要求1所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述三角履带轮（3）包括：橡胶履带（301）、驱动链轮（302）、马达适配器（303）、浮动支架A（304）、浮动支架B（305）、主支撑架（306）、主梁（307）、承重轮（308）、连接块一（309）、连接块二（310）、轴一（311）、轴二（312）、轴三（313）、导向轮（314）、张紧轮（315）、直推式张紧机构（316）、履带轮基座法兰（317）、销轴二（318）和履带轮液压马达（319），所述所述橡胶履带（301）内侧与驱动链轮（302）、承重轮（308）、导向轮（314）、张紧轮（315）接触配合，外侧底部与地面接触，所述驱动链轮（302）与马达适配器（303）栓接固定在一起，所述马达适配器（303）内部圆孔开设键槽，通过平键传递履带轮液压马达（319）提供的转矩，所述浮动支架A（304）与履带轮基座法兰（317）固接，所述浮动支架B（305）与浮动支架A（304）栓接在一起，所述主支撑架（306）与浮动支架B（305）通过销轴二（318）铰接，所述主梁（307）与主支撑架（306）栓接在一起，可相对于履带轮基座法兰（317）做独立摆幅运动，所述轴一（311）与主梁（307）铰接，所述连接块一（309）与轴一（311）固接，所述轴二（312）与连接块一（309）固接，可相对于主梁（307）做独立摆幅运动，所述连接块二（310）与轴二（312）铰接，所述轴三（313）与连接块二（310）固接，可相对于连接块一（309）做独立摆幅运动，所述承重轮（308）与轴三（313）通过轴承连接，所述导向轮（314）布置在三角履带轮（3）的前部，所述张紧轮（315）和直推式张紧机构（316）布置在履带轮后侧。
3.根据权利要求2所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述的4个承重轮（308）、1个连接块一（309）、2个连接块二（310）、1个轴一（311）、1个轴二（312）、2个轴三（313）构成1个承重单元，所述三角履带轮（3）至少设置有2个承重单元。
4.根据权利要求3所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述支撑机构（2）包括：前置悬架支座（201）、前置悬架A（202）、前置悬架B（203）、前置油缸铰接二（204）、前置悬架耳板（205）、后置悬架支座（206）、后置悬架（207）、后置浮动架（208）、销轴一（209）和销轴三（210），所述所述前置悬架支座（201）栓接在车架（101）前侧底部，所述前置悬架耳板（205）通过栓接固定在前置悬架支座（201）和履带轮基座法兰（317）上，和所述前置悬架A（202）和前置悬架B（203）通过销轴一（209）与前置悬架耳板（205）铰接，所述前置油缸铰接二（204）栓接在前置悬架B（203）中部，所述后置悬架支座（206）栓接在转向回转驱动（104）下方，所述后置悬架（207）通过销轴三（210）与后置悬架支座（206）铰接，可相对于车架（101）做独立摆幅运动，所述后置浮动架（208）与后置悬架（207）铰接，可相对于后置悬架（207）做独立摆幅运动，所述后置浮动架（208）两侧对称布置4个转向轮（5）。
5.根据权利要求1所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述电液比例主动悬挂系统（4）包括：电液比例控制阀组（401）、前置悬挂缸一（402）、前置悬挂缸二（403）、后置悬挂缸（404）、液压阀块一（405）、液压阀块二（406）、蓄能器（407）、压力传感器（408）和双轴倾角传感器（409），所述液压阀块一（405）配合电液比例控制阀组（401）控制前置悬挂缸一（402）和前置悬挂缸二（403）地启停及速度，所述液压阀块二（406）配合电液比例控制阀组（401）控制后置悬挂缸（404）地启停及速度，所述压力传感器（408）和双轴倾角传感器（409）检测底盘的状态信息反馈到控制系统（6），控制系统（6）处理反馈信息后发出指令信号到电液比例控制阀组（401），控制电液比例控制阀组（401）阀芯运动。
6.根据权利要求1所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述底盘结构系统（1）为三点独立可调高支撑机构，通过比例控制阀控制支撑调整油缸，以位姿信号和各支撑油缸的压力信号为输入和反馈进行控制。
7.根据权利要求1所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述三角履带轮（3）上设置有柔性接地面。
8.根据权利要求4所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述转向轮（314）为独立调高式转向轮，四轮对称布置。
9.根据权利要求8所述的一种自动导航三点调平式液压主动悬挂底盘，其特征在于，所述转向轮（314）通过浮动支架A（304）、浮动支架B（305）和后置悬架（207）柔性连接。
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