CN112977674A - 一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统及控制方法，牵引系统包括转运段和与转运段连接的若干个舵轮驱动车，舵轮驱动车由麦克纳姆轮与舵轮相结合的气垫驱动车组合方式，由多个驱动车与转运段对接组合实现转运段的前进、后退、斜行和转向，通过控制舵轮与地面的接触力实现驱动器的最大牵引力控制，通过控制舵轮与驻车机构的升降配合实现设备的原地全向转动，从而实现设备精准的联合控制。本发明中的升降舵轮转向时不与地面接触，减少了升降舵轮的磨损，提高了升降舵轮的使用寿命；转向精度不受地面质量影响，因此转向角度的可操作性强，实现设备的精准运行。

Description

一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统及控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及到风洞试验过程中由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统及控制方法。

背景技术

随着现代工业发展，大型复杂设备的移动运输及装配对气垫运输技术的驱动车提出更高的要求。大型设备的运输及装配具有结构复杂、重量重、装配精度高等特点。为了满足大型设备气垫运输过程对驱动力的要求，传统驱动车常通过增加驱动车自身重量或背负额外载荷的方法来提升驱动器与地面的摩擦力进而提升驱动车的驱动力。但是随着驱动车的增重，驱动车的转运效率也会随之降低，设备能耗也将随之增加，驱动轮的承载使用会随之降低。

舵轮驱动车由于其承载力大，运动速度快的特点，在驱动车领域广泛应用。但是，舵轮驱动车转向过程受地面平整度及地面质量影响会产生车体晃动，难以实现精确的转向控制。

发明内容

本发明的目的是通过麦克纳姆轮与舵轮相结合，采用气垫驱动车组合方式，由多个驱动车与设备对接组合实现设备的前进、后退、斜行和转向，通过控制升降舵轮与地面的接触力实现驱动器的牵引力控制，通过控制舵轮与驻车机构的升降配合实现设备的原地全向转动，从而实现设备精准的联合控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统，包括若干个舵轮驱动车和一个转运段，所述转运段具有四个侧面，转运段的每一个侧面设置有若干个对接台，所述每一个对接台上设置有竖直方向的滑槽，

所述舵轮驱动车包括：

车身、在车身竖直方向上与车身固定连接的上挡板和下挡板、与车身连接的麦克纳姆轮，所述上挡板与下档板之间设置有中间挡板，所述中间挡板与上挡板之间通过密封气囊连接为一体，所述中间挡板与下挡板之间连接有弹簧，所述中间挡板的下端通过转向架连接有舵轮，所述中间挡板在气囊和弹簧的作用下在上挡板与下挡板之间移动，所述舵轮通过中间挡板的上下移动实现在空中转向；

所述舵轮驱动车的一端端面上固定设置有对接锁和挡块，

所述转运段侧面的一个对接台连接一个舵轮驱动车的对接锁，对接锁连接到对接台的滑槽内，所述对接锁可以沿着滑槽上下滑动，所述挡块跟随舵轮驱动车运动的过程中与转运段侧面顶紧，

所述转运段的每一个侧面可以连接一个或者多个舵轮驱动车。

在上述技术方案中，所述车身上设置有驻车装置，所述驻车装置通过控制在车身的竖直方向上下运动。

在上述技术方案中，驻车装置包括支撑柱和设置在支撑柱顶部的第二气囊，中间挡板与上挡板之间的气囊为第一气囊，所述第一气囊和第二气囊各自通过阀门连接到气源。

在上述技术方案中，包括有若干个驻车装置，驻车装置均匀分布在车身上，所有驻车装置的第二气囊连接在同一气源上，在气源与第二气囊之间设置有一个阀门，由阀门控制所有的第二气囊的供气。

在上述技术方案中，中间挡板与上挡板之间对称设置有若干个第一气囊，中间挡板与下挡板之间对称设置有若干个弹簧，所有第一气囊相互连通由同一个阀门与气源连通。

一种牵引控制方法包括以下步骤：

S1:当舵轮驱动车与转运段连接后，控制系统控制舵轮驱动车带动转运段运动，当转运段运动到指定位置后，舵轮驱动车停止前进，由控制系统判定转运段所处位置是否满足安装需求，如果转运段所在位置与安装需求存在角度偏差，准备对转运段进行角度调整；

S2：控制系统控制第一气囊上的阀门，由气源给第一气囊内供气，第一气囊在气压的作用下将中间挡板向着下挡板推动，舵轮在第一气囊的气压和地面的相互作用力下，推动车身在竖直方向上升，车身的麦克纳姆轮脱离地面；

S3:在上升过程中对接锁在滑槽内向上滑动，直到极限位置后，车身继续在气压和地面的作用力下，以对接锁和滑槽的连接点为中心，车身进行向上圆弧转动，直到挡块与转运段的端面顶紧，通过对接锁与挡块两点接触实现车身与转运段之间的固定刚性连接为一体；

S4：控制系统控制第二气囊上的阀门，由气源给第二气囊内供气，第二气囊在压力作用下推动支撑柱与地面接触，当支撑柱与地面完全接触后，减小给第一气囊的供气，下挡板与中间挡板之间的弹簧推动中间挡板向着上挡板移动，带动舵轮和转向架上升，舵轮离开地面，此时，车身在支撑柱的作用下保持平行状态；

S5:控制转向架和舵轮进行角度的调节，舵轮在角度调节的过程中，舵轮驱动车与转运段通过驻车装置与地面接触，舵轮通过控制在空中进行旋转，旋转到指定角度；

S6:当角度调节完毕后，控制气源给第一气囊供气，由中间挡板带动舵轮以旋转后的角度向地面运动，当舵轮与地面接触后，由舵轮与支撑柱同时对车身进行支撑；

S7:停止给第二气囊供气，直到驻车装置的支撑柱完全脱离地面，车身姿态不发生变化，始终与被转运段贴紧；

S8：继续由驱动车带动转运段按照调整后的航向和旋转速度行进，直到转运段到指定位置。

在上述技术方案中，每一个舵轮驱动车由控制系统同步控制，当舵轮在与地面接触并顶起车身上移的过程中，第一气囊需要的压强为：

其中：

为牵引驱动车的个数，

为第一气囊的需要的压强，

为舵轮与地面的接触面积，

为舵轮与地面的理论滑动摩擦系数，

为舵轮与地面的理论滚动摩擦系数，

为被转运平台的重量，

为被转运平台气浮后与地面的摩擦系数。

在上述技术方案中，每一个舵轮驱动车由控制系统同步控制，当舵轮在进行转动的过程中，其舵轮的转动角度和速度为：

其中：

为转运段的运动参数，

为舵轮转动的速度和角度参数，

为舵轮驱动车的编号，

为转运段运动中心的位置，

为舵轮驱动车舵轮的位置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

采用麦克纳姆轮与升降舵轮组合的结构形式，驱动车与设备对接时以麦克纳姆轮作为动力轮，实现精准对接；多个驱动器与设备组合运动时以升降舵轮作为动力轮，实现重载驱动。

通过控制升降舵轮的升降高度，调节设备与驱动车、驱动车与地面的竖直向作用力，实现设备向驱动车提供额外载荷，提高驱动车的最大牵引力，且额外载荷和最大牵引力大小可控。

通过升降舵轮抬升脱离地面，再转向至指定角度，最后下降与地面接触，一套升降舵轮的组合动作，实现驱动车和设备的组合结构的原地全向转动。

升降舵轮转向时不与地面接触，减少了升降舵轮的磨损，提高了升降舵轮的使用寿命；转向角度不受地面质量影响，因此转向角度的可操作性强，实现设备的精准运行。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1舵轮驱动车的功能示意简图；

图2是舵轮驱动车与转运段连接的示意简图；

图3是舵轮驱动车在竖直方向移动的示意简图；

图4是舵轮驱动车旋转的示意简图；

图5是组合牵引系统示意图；

图6是舵轮驱动车运动模式转换的流程示意图；

其中：1是舵轮驱动车，2是上挡板，3是下挡板，4是中间挡板，5是第一气囊，6是弹簧，7是舵轮，8是第二气囊，9是支撑柱，10是转向架，11是对接锁，12是麦克纳姆轮，13是挡块，14是转运段，15是对接台，16是滑槽。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

如图1所示，舵轮驱动车在驱动车单车运动时，麦克纳姆轮12支撑车体运动，由于麦克纳姆轮12可实现在轮子不转弯的情况下精确全向运动，因此可以快速实现驱动车与被转运设备的对接。此时，位于驱动车体中央的舵轮在弹簧的作用下与地面脱离不接触。

舵轮驱动车包括设置在车身上且与车身固定连接的上挡板2和下档板3，在上挡板2与下挡板3之间设置有活动的中间挡板4，所示中间挡板4与上挡板2之间通过密封的第一气囊5连接为一体，中间挡板4与下挡板3之间通过弹簧6连接为一体，在弹簧6和第一气囊5的作用下中间挡板4可以在上挡板2和下挡板3之间上下移动。所述中间挡板4上连接有转向架10，舵轮7通过转向架10与中间挡板4连接为一体。为了均匀的分布作用力，中间挡板4与上挡板2之间均匀分布有若干个第一气囊5，中间挡板4与下挡板3之间均匀对称分布有若干个弹簧6。每一个第一气囊5相互连通通过阀门连通到同一气源上，实现第一气囊5可以均匀施加压力到中间挡板4上。

由于舵轮在转向运动的形式过程中，舵轮的位置和方向也会发生变化，在空旷地方，可以实现行走过程的转动，但是在需要精准运行的情况下，由于舵轮本身有一定宽度，且舵轮与地面接触力分布不均匀，舵轮在转向过程中并不是原地旋转，因此，本实施例给舵轮驱动车加上了驻车装置。

如图1中所示，驻车装置包括有支撑柱9和第二气囊8，支撑柱9可以在第二气囊8的的作用下进行竖直方向的伸缩。为了均衡驻车的作用力，舵轮驱动车上均匀对称分布有若干个驻车装置，一般情况下一个舵轮驱动车至少需要两个驻车装置。同一个舵轮驱动车上的所有驻车装置中的第二气囊8相互连通，通过阀门控制连接到同一气源上，实现所有支撑柱9可以同步控制上下移动。

如图2所示，是单个舵轮驱动车与转运段14连接的示意图，其中舵轮驱动车的一端上设置有对接锁11，而与对接锁11对应的转运段的端面上设置有对接台15，对接台15上沿着竖直方向设置有滑槽16，对接锁11通过销钉等连接件连接到滑槽16内，使得对接锁11可以在滑槽16内上下移动。在舵轮驱动车端面的上端，固定设置有一个挡块13，挡块13与舵轮驱动车固定连接为一体。

舵轮驱动车带动转运段的运动过程为：当舵轮驱动车与转运段对接后，控制系统控制舵轮驱动车带动转运段运动，当转运段运动到指定位置后，舵轮驱动车停止前进，由控制系统判定转运段所处位置是否满足安装需求，如果转运段所在位置与角度与安装需求存在偏差，驱动车带动转运段运动。

控制系统控制第一气囊上的阀门，由气源给第一气囊内供气，第一气囊在气压的作用下将中间挡板向着下挡板推动，舵轮沿着b方向向地面移动，舵轮在第一气囊的气压和地面的相互作用力下，推动车身在竖直方向上升，车身的麦克纳姆轮脱离地面；如图3所示，车身在第一气囊的作用下沿着图中a方向上升。

如图3所示，在上升过程中对接锁在滑槽内向上滑动沿着c方向移动，直到极限位置后。如图4所示，车身继续在气压和地面的作用力下，以对接锁和滑槽的连接点为中心，车身进行向上圆弧转动，挡块沿着d方向移动，直到挡块与转运段的端面接触并顶紧，通过对接锁与挡块两点接触实现车身与转运段之间的固定刚性连接为一体；

控制系统控制第二气囊上的阀门，由气源给第二气囊内供气，第二气囊在压力作用下推动支撑柱与地面接触，当支撑柱与地面完全接触后，减小给第一气囊的供气，下挡板与中间挡板之间的弹簧推动中间挡板向着上挡板移动，带动舵轮和转向架上升，舵轮离开地面；

控制转向架和舵轮进行角度的调节，舵轮在角度调节的过程中，只调节舵轮角度，通过调节舵轮角度实现转运段不同的行进方向；

当角度调节完毕后，控制气源给第一气囊供气，当舵轮与地面接触后，由舵轮与支撑柱同时对车身进行支撑；

停止给第二气囊供气，直到驻车装置的支撑柱完全脱离地面，这里车身的状态不发生变化，车身始终都是平行状态的，多孔降噪声衬由舵轮和支撑柱同时支撑变为舵轮单独支撑。

继续由驱动车带动转运段按照调整后的角度前进，直到转运段到指定位置。

如图5所示，一个转运段14具有四个侧面，每一个侧面可以连接一个舵轮驱动车，在控制系统的控制下，多个舵轮驱动车同步控制均匀分摊作用力，实现转运段的原地转向。在系统控制中，主要控制对于第一气囊5和第二气囊8进行供气压强的计算，确保舵轮驱动车能实现转向；而第一气囊5和第二气囊8的压强可根据转运段的载重计算出来，计算公式如下：

其中：

为牵引驱动车的个数，

为第一气囊的需要的压强，

为舵轮与地面的接触面积，

为舵轮与地面的理论滑动摩擦系数，

为舵轮与地面的理论滚动摩擦系数，

为被转运平台的重量，

为被转运平台气浮后与地面的摩擦系数。

而在转运段进行转向时，根据每个舵轮驱动车的位置，可根据转运段的运动参数转换成各个舵轮驱动车的速度和角度参数，具体计算公式如下：

其中：

为转运段的运动参数，

为舵轮转动的速度和角度参数，

为舵轮驱动车的编号，

为转运段运动中心的位置，

为舵轮驱动车舵轮的位置。

如图6所示为整个运动的流程示意图，当转运段需要原地转向时，舵轮停止运动，驻车装置阀门给第二气囊加压使得支撑柱与地面接触，此时舵轮驱动车由驻车装置支撑，第一气囊的压强减小，舵轮在弹簧的弹力作用下上升并与地面脱落接触。当舵轮转到相应的角度后，第一气囊再次加压，直到需要的压力，此时舵轮和驻车装置同时支撑，关闭第二气囊的供气，驻车装置上升并与地面脱落接触，整个系统完成运动方向的转换。通过此循环过程实现系统的精准运行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统，其特征在于包括若干个舵轮驱动车和一个转运段，所述转运段具有四个侧面，转运段的每一个侧面设置有若干个对接台，每一个对接台上设置有竖直方向的滑槽，

所述舵轮驱动车包括：

车身、在车身竖直方向上与车身固定连接的上挡板和下挡板、与车身连接的麦克纳姆轮，所述上挡板与下档板之间设置有中间挡板，所述中间挡板与上挡板之间通过密封气囊连接为一体，所述中间挡板与下挡板之间连接有弹簧，所述中间挡板的下端通过转向架连接有舵轮，所述中间挡板在气囊和弹簧的作用下在上挡板与下挡板之间移动，所述舵轮通过中间挡板的上下移动实现在空中转向；

所述舵轮驱动车的一端端面上固定设置有对接锁和挡块，

所述转运段侧面的一个对接台连接一个舵轮驱动车的对接锁，对接锁连接到对接台的滑槽内，所述对接锁可以沿着滑槽上下滑动，所述挡块跟随舵轮驱动车运动的过程中与转运段侧面顶紧，

所述转运段的每一个侧面可以连接一个或者多个舵轮驱动车。

2.根据权利要求1所述的一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统，其特征在于：所述车身上设置有驻车装置，所述驻车装置通过控制在车身的竖直方向上下运动。

3.根据权利要求2所述的一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统，其特征在于：驻车装置包括支撑柱和设置在支撑柱顶部的第二气囊，中间挡板与上挡板之间的气囊为第一气囊，所述第一气囊和第二气囊各自通过阀门连接到气源。

4.根据权利要求3所述的一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统，其特征在于：包括有若干个驻车装置，驻车装置均匀分布在车身上，所有驻车装置的第二气囊连接在同一气源上，在气源与第二气囊之间设置有一个阀门，由阀门控制所有的第二气囊的供气。

5.根据权利要求1所述的一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统，其特征在于：中间挡板与上挡板之间对称设置有若干个第一气囊，中间挡板与下挡板之间对称设置有若干个弹簧，所有第一气囊相互连通由同一个阀门与气源连通。

6.一种采用如权利要求1所述的一种由多个舵轮驱动车组成的组合牵引系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1:当舵轮驱动车与转运段连接后，控制系统控制舵轮驱动车带动转运段运动，当转运段运动到指定位置后，舵轮驱动车停止前进，由控制系统判定转运段所处位置是否满足安装需求，如果转运段所在位置与安装需求存在角度偏差，准备对转运段进行角度调整；

S2：控制系统控制第一气囊上的阀门，由气源给第一气囊内供气，第一气囊在气压的作用下将中间挡板向着下挡板推动，舵轮在第一气囊的气压和地面的相互作用力下，推动车身在竖直方向上升，车身的麦克纳姆轮脱离地面；

S3:在上升过程中对接锁在滑槽内向上滑动，直到极限位置后，车身继续在气压和地面的作用力下，以对接锁和滑槽的连接点为中心，车身进行向上圆弧转动，直到挡块与转运段的端面顶紧，通过对接锁与挡块两点接触实现车身与转运段之间的固定刚性连接为一体；

S4：控制系统控制第二气囊上的阀门，由气源给第二气囊内供气，第二气囊在压力作用下推动支撑柱与地面接触，当支撑柱与地面完全接触后，减小给第一气囊的供气，下挡板与中间挡板之间的弹簧推动中间挡板向着上挡板移动，带动舵轮和转向架上升，舵轮离开地面，此时，车身在支撑柱的作用下保持平行状态；

S5:控制转向架和舵轮进行角度的调节，舵轮在角度调节的过程中，舵轮驱动车与转运段通过驻车装置与地面接触，舵轮通过控制在空中进行旋转，旋转到指定角度；

S6:当角度调节完毕后，控制气源给第一气囊供气，由中间挡板带动舵轮以旋转后的角度向地面运动，当舵轮与地面接触后，由舵轮与支撑柱同时对车身进行支撑；

S7:停止给第二气囊供气，直到驻车装置的支撑柱完全脱离地面，车身姿态不发生变化，始终与被转运段贴紧；

S8：继续由驱动车带动转运段按照调整后的航向和旋转速度行进，直到转运段到指定位置。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：每一个舵轮驱动车由控制系统同步控制，当舵轮在与地面接触并顶起车身上移的过程中，第一气囊需要的压强为：

其中：其中：

为牵引驱动车的个数，

为第一气囊的需要的压强，

为舵轮与地面的接触面积，

为舵轮与地面的理论滑动摩擦系数，

为舵轮与地面的理论滚动摩擦系数，

为被转运平台的重量，

为被转运平台气浮后与地面的摩擦系数。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：每一个舵轮驱动车由控制系统同步控制，当舵轮在进行转动的过程中，其舵轮的转动角度和速度为：

其中：

为转运段的运动参数，

为舵轮转动的速度和角度参数，

为舵轮驱动车的编号，

为转运段运动中心的位置，

为舵轮驱动车舵轮的位置。

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