CN114103568A - 一种行走装置底盘 - Google Patents

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张兵园
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Abstract

本发明涉及一种行走装置底盘，减震装置上端包括一与其主体部转动连接的减震位置调节部件，减震位置调节部件限位于机架的横向轨道中，并可沿机架的横向滑动；减震装置下端与行走部件横向一端转动连接，行走部件横向另一端与底盘宽度调节机构通过防震转动轴转动连接；底盘宽度调节机构包括伺服电机、链条、链轮、齿条轴；齿条轴包括同轴相连的齿条段与轴段；伺服电机通过链条、链轮将动力纵向输送至底盘前侧与后侧，链轮与横向的齿条轴的齿条段啮合，将动力输送至齿条轴的轴段；轴段上设有一凸起部件，凸起部件与宽度调节机构固定装配，进而带动宽度调节机构横向移动；齿条轴同轴设置于防震转动轴内部，并可相对于防震转动轴转动。

Description

一种行走装置底盘
技术领域
本发明涉及一种行走装置，尤其涉及一种行走装置底盘。
背景技术
联栋温室作为目前我国应用广泛的设施栽培环境，其迅速发展为温室智能农机装备提出了新的要求。目前已有各种运输机械、栽培管理机械、植保机械等出现在联栋温室中，极大降低了工作强度并提高劳动生产效率。但是由于联栋温室建筑规格与规模不同，栽培模式各异，种植农艺要求复杂多样，因此要求的农机装备尺寸与运行模式不同。目前已有轮式(或轨道)运输车、轨道栽培管理机械与轨道植保机械等装备，已有底盘不能兼顾陆地与轨道两种作业模式。现有行走装置底盘存在以下问题：
1)由于目前联栋温室轨道建设规格不同，轨道宽度不同，现有底盘不能在陆地与轨道作业模式下自由切换；轨道轮宽度固定，无法根据轨道宽度的变化进行调整。
2)在轨道宽度的限制下，现有行走装置由于底盘轮体的间距过小，即使四驱四转底盘，转向难度往往仍然较大，尤其较难实现原地转向、掉头的功能。
发明内容
本发明依据现有联栋温室结构与种植特点，并针对现有温室农机装备不足，提出了一种行走装置底盘，实现联栋温室行间掉头与便捷换轨。底盘可用于联栋温室运输、采摘、田间管理、植保作业等任务，提高了设施智能农机装备的通用型与适用性。
本发明采取以下技术方案：
一种行走装置底盘，包括机架1、减震装置4、行走部件5、底盘宽度调节机构；所述减震装置4上端包括一与其主体部转动连接的减震位置调节部件4-1，所述减震位置调节部件4-1限位于机架1的横向轨道中，并可沿机架1的横向滑动；减震装置4下端与行走部件5横向一端转动连接，行走部件5横向另一端与底盘宽度调节机构通过防震转动轴转动连接；所述底盘宽度调节机构包括伺服电机6-3、链条、链轮、齿条轴6-7；所述齿条轴6-7包括同轴相连的齿条段与轴段；所述伺服电机6-3通过链条、链轮将动力纵向输送至底盘前侧与后侧，所述链轮与横向的齿条轴6-7的齿条段啮合，将动力输送至齿条轴6-7的轴段；所述轴段上设有一凸起部件 6-5，所述凸起部件与宽度调节机构固定装配，进而带动宽度调节机构横向移动；所述齿条轴6-7同轴设置于所述防震转动轴内部，并可相对于防震转动轴转动。
优选的，所述减震装置4还包括弹簧上支架4-2、弹簧4-3、螺母4-4、下侧带螺纹支架4-5；弹簧上支架4-2上侧与减震调节部件4-1通过销轴连接，下侧带螺纹支架4-5与弹簧4-3上侧连接，弹簧4-3下侧与下侧带螺纹支架4-5连接，弹簧4-3与下侧带螺纹支架4-5之间通过调节螺母4-4 改变相对位置，实现减震装置4长度的可调整；下侧带螺纹支架4-5与宽度调节部件3的减震安装座3-4连接。
优选的，所述行走部件5安装在所述底盘宽度调节机构下方，且通过所述行走部件安装板连接在所述底盘宽度调节部件上。
优选的，还包括转向部件，所述转向部件安装在所述底盘宽度调节机构上方，并通过螺钉与所述底盘宽度调节机构连接，通过联轴器与所述行走部件5连接。
优选的，机架1采用方形空心钢管焊接而成，所述机架1的横向轨道为C型钢导轨。
进一步的，所述转向部件包括转向电机、直角减速器、减速机安装板、六角螺柱，其中所述转向电机与所述直角减速器相连接，所述减速机的另一端安装在所述减速机安装板上，并与所述行走部件安装板相连接。
进一步的，所述行走部件包括行走部件安装板、电机连接轴、一对背对背安装的角接触球轴承、行走部件安装板端盖、电机安装座、轮毂伺服电机、轨道行走轮；所述行走部件安装板与电机连接轴之间通过所述一对背对安装的角接触球轴承连接，所述行走部件安装板端盖通过螺钉连接在所述行走部件安装板上，用以限制所述电机连接轴的轴向移动；所述电机连接轴上端通过所述联轴器相连接，下端与所述电机安装座通过键连接，并通过螺钉进行轴向固定。
更进一步的，所述轨道行走轮与轮毂伺服电机轮相连接，且所述轨道行走轮大径略小于轮毂伺服电机轮直径，所述轨道行走轮与所述轮毂伺服电机轮中间形成凹槽用于轨道行走；所述轨道行走轮与所述轮毂伺服电机轮连接在轴上，并固定在所述电机安装座上；所述轮毂伺服电机用于所述底盘陆地行走；轨道行走时，所述轮毂伺服电机带动所述轨道行走轮，进而实现底盘在轨道上的行走。
进一步的，所述激光雷达安装在所述机架前侧两C型钢中间位置，高度为激光雷达水平激光线位置平行于种植槽竖直方向的中心平面，用以准确识别包括种植槽在内的底盘行驶的前方障碍物。
更进一步的，工业相机安装在所述激光雷达下侧，所述工业相机镜头轴线方向为向下，所述工业相机镜头可旋转；联栋温室地面、底盘行驶轨道与轨道行走轮应设置为三种不同且容易区分的颜色；并将轨道两端涂装成另外一种颜色；当工业相机识别到所述轨道两端与所述底盘行驶轨道时，与所述轨道行走轮的角度与位置进行比对，将识别到的相对位置信息传给所述控制器，所述控制器发出指令控制所述转向部件与所述行走部件，对所述底盘行驶角度与方向进行修正，实现所述底盘行驶轨道与轨道行走轮自动对轨。
本发明的有益效果在于：
1)陆地行走与轨道行走共用一套驱动机构，通过设置四轮独立减震装置，可实现在陆地行驶状态下克服地面不平，提高轮胎抓地性能；可减少底盘在轨道行驶时与底盘的共振；
2)在轮毂转动到横向位置时，可以通过底盘宽度调节机构调节底盘上横向一队轮毂之间的间距，通过扩大间距从而增强四驱四转底盘的原地转向、掉头的能力；
3)通过工业相机检测对轨道行走轮与轨道相对位置，通过控制器对转向部件与行走部件的控制，实现轨道与陆地两种行驶模式的自动转换。
附图说明
图1是行走装置底盘的立体图。
图2是行走装置底盘的主视图。
图3是机架的立体图。
图4是转向部件的示意图。
图5是宽度调节部件的示意图。
图6是减震装置的立体图。
图7是行走部件的立体图。
图8是行走部件的分解图。
图9是行走装置底盘的仰视图。
图10是行走部件转动至预备原地转向时，行走装置底盘的仰视图。
图11是底盘宽度调节机构的主视图。
图12是底盘宽度调节机构的俯视图。
图13是图11的局部细节图。
图14是正常行驶时，底盘宽度调节机构调节至第一位置时的仰视图。
图15是图14对应的主视图。
图16是车轮毂姿态处于准备调节底盘宽度时，行走装置底盘的主视图 (此时底盘宽度最小)。
图17是与图15对应的仰视图。
图18是车轮毂姿态处于准备调节底盘宽度时，行走装置底盘的仰视图 (此时底盘宽度最大)。
图19是齿条轴及其上的齿条轴套等结构的示意图。
图中，1、机架，1-1、25×25mm方形空心钢管，1-2、C型钢导轨，1-3、宽度调节部件安装座，1-4激光雷达安装座；2、转向部件，2-1、减速机安装板，2-2、六角螺柱，2-3、直角减速器，2-4、伺服电机；3、宽度调节部件，3-1、减震安装座，3-2、调节支架；4、减震装置，4-1、减震位置调节部件，4-2、弹簧上支架，4-3、弹簧，4-4、调节螺母，4-5、下侧带螺纹支架；5、行走部件；5-1、行走部件安装板，5-2、上侧角接触球轴承， 5-3、电机连接轴，5-4、下侧角接触球轴承，5-5、轴端盖，5-6、螺丝， 5-7、电机安装座，5-8、垫片，5-9、电机连接轴轴端螺丝，5-10、螺母， 5-11、轮毂伺服电机，5-12、轨道行走轮，5-13、深沟球轴承，5-14、行走轮端盖，5-15、端盖螺丝，5-16、轨道行走轮定位螺丝；6-1、垂直齿轮轴，6-2、链条，6-3、伺服电机，6-4、宽度调节机构安装座，6-5、调节凸轮，6-6、机架，6-7、齿条轴，6-8、齿条轴套；7、激光雷达；8、工业相机；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例：
如图1、图2所示：本实施例提供的一种用于温室中路轨两用四驱四转电动底盘，主要包括机架1、转向部件2、宽度调节部件3、减震装置4、行走部件5、控制箱6、激光雷达7、工业相机8组成。底盘通过设置机架满足运输、采摘、田间管理、植保作业等任务的安装要求。
如图3所示，机架1采用25×25mm方形空心钢管1-1焊接而成，并在底盘上侧钢管底部焊接C型钢导轨1-2，底盘中下焊接宽度调节部件安装座 1-3。宽度调节部件3一侧通过销轴3-1连接在宽度调节部件安装座1-3上，每个宽度调节部件3对应安装三个宽度调节部件安装座1-3；机架1上共焊接十二个宽度调节部件安装座1-3，另一侧通过减震装置4连接在机架1上。
如图4所示，转向部件2由伺服电机2-4、直角减速器2-3、减速机安装板2-1、六角螺柱2-2等共同组成，其中伺服电机2-4通过螺钉与直角减速器2-3相连接，直角减速机2-3的另一端通过螺钉安装在减速机安装板 2-1上，并通过六角螺柱与行走部件安装板5-1相连接。
如图5所示，宽度调节部件3由减震安装座3-1，调节支架3-2，宽度调节机构安装座3-3构成；其中调节支架3-2采用25×25mm方形空心钢管焊接而成，并在底盘左右方向开长槽孔；调节机构安装座3-3焊接在调节支架3-2上。底盘宽度调节分为宽度调节部件3相对于所述机架1的位置变化，以及宽度调节部件3相对于转向部件2与行走部件5的位置变化。
如图6所示，减震装置4包括减震位置调节部件4-1、弹簧上支架4-2、弹簧4-3、螺母4-4、下侧带螺纹支架4-5组成。其中减震位置调节部件4-1 安装在焊接在底盘上C型钢1-2中，并可以左右滑动；弹簧上支架4-2上侧与减震调节部件4-1通过销轴连接，弹簧上支架下侧4-5与弹簧4-3上侧连接，弹簧4-3下侧与下侧带螺纹支架4-5连接，弹簧4-3与下侧带螺纹支架4-5之间通过调节螺母4-4改变相对位置；实现减震装置4长度的可调整，满足所述底盘在不同载重下的减震需求；下侧带螺纹支架4-5与减震安装座3-4连接。
如图1、图7、图8所示，行走部件5安装在宽度调节部件3下方，且通过行走部件安装板5-1连接在宽度调节部件3上；转向部件2安装在宽度调节部件3上方，并通过螺钉与宽度调节部件3连接，通过联轴器与行走部件5连接。
如图8所示，行走部件5由行走部件安装板5-1、上侧角接触球轴承 5-2、电机连接轴5-3、下侧角接触球轴承5-4、轴端盖5-5、螺丝5-6、电机安装座5-7，垫片5-8、电机连接轴轴端螺丝5-9、轮毂伺服电机轴螺母 5-10、轮毂伺服电机5-11、轨道行走轮5-12、深沟球轴承5-13、行走轮端盖5-14、端盖螺丝5-15、轨道行走轮定位螺丝5-16组成。行走部件安装板5-1与电机连接轴5-3之间通过一对背对安装的角接触球轴承5-2与5-4 连接，轴端盖5-5通过螺钉5-6连接在行走部件安装板5-1上，用以限制所述电机连接轴5-3的轴向移动；电机连接轴5-3上端通过联轴器与转向部件2中的直角减速机2-3的输出轴相连接，下端与电机安装座5-7通过键连接，并通过螺钉5-9进行轴向固定。
轨道行走轮5-12通过螺母5-10与轮毂伺服电机轮5-11相连接，且轨道行走轮5-12大径略小于轮毂伺服电机轮5-11直径，轨道行走轮5-12与轮毂伺服电机轮5-11中间形成凹槽用于轨道行走；轨道行走轮5-12与所述轮毂伺服电机轮5-11连接在轴上，并通过螺母5-10固定在电机安装座 5-7上。轮毂伺服电机5-11用于底盘陆地行走；轨道行走时，轮毂伺服电机5-11带动轨道行走轮5-12，进而实现底盘在轨道上的行走。
激光雷达7安装在激光雷达安装座1-4上，其高度为水平激光线位置与种植槽竖直方向的中心平面重合；用以准确识别包括种植槽在内的底盘行驶的前方障碍物。
工业相机8安装在激光雷达安装座1-4下侧，工业相机8镜头轴线方向为向下，工业相机镜头可旋转；联栋温室地面、底盘行驶轨道与轨道行走轮应设置为三种不同且容易区分的颜色；并将轨道两端涂装成另外一种颜色；当工业相机识别到轨道两端与底盘行驶轨道时，与轨道行走轮的角度与位置进行比对，将识别到的相对位置信息传给控制箱6，控制箱6发出指令控制转向部件2与行走部件5，对底盘行驶角度与方向进行修正，实现底盘行驶轨道与轨道行走轮自动对轨工作。
如图9所示，当底盘轮毂电机轮相互平行且轮端面与底盘前后方向水平时，可实现底盘的直线行走；如图10所示，当底盘轮毂电机轮旋转至其安装轴轴线汇集至一交点时，底盘可实现原地转向。当底盘轮毂电机轮相互平行且垂直于底盘前后方向时，可实现底盘的相对平移；将底盘后侧轮毂电机轮端面保持与底盘前后方向水平，前轮进行一定角度倾斜，可实现阿克曼转向。
下面对于底盘的相对平移的功能的实现进行详细说明：
参见图6、11-19，减震装置4上端包括一与其主体部转动连接的减震位置调节部件4-1，所述减震位置调节部件4-1限位于机架1的横向轨道中，并可沿机架1的横向滑动；减震装置4下端与行走部件5横向一端转动连接，行走部件5横向另一端与底盘宽度调节机构通过防震转动轴转动连接；所述底盘宽度调节机构包括伺服电机6-3、链条、链轮、齿条轴6-7；所述齿条轴6-7包括同轴相连的齿条段与轴段；所述伺服电机6-3通过链条、链轮将动力纵向输送至底盘前侧与后侧，所述链轮与横向的齿条轴6-7的齿条段啮合，将动力输送至齿条轴6-7的轴段；所述轴段上设有一凸起部件6-5，如图19所示，所述凸起部件6-5与宽度调节机构固定装配，进而带动宽度调节机构横向移动；所述齿条轴6-7同轴设置于所述防震转动轴内部，并可相对于防震转动轴转动。
本用于温室中路轨两用四驱四转电动底盘具体使用时，包括如下方面：
1、底盘的工作过程中，陆地行走时，通过四个轮毂电机轮同速、同向转动实现底盘直线行走；通过四转向伺服电机转向角度的不同，实现底盘的原地转动、平移、斜向运动与阿克曼转向等多种转向与行进方式。
2、底盘行驶过程中，当经过路面不平路段时，可通过四轮独立减震装置，保证四个轮毂电机轮均处于着陆状态；通过激光雷达确定底盘相对于连栋温室、种植槽的相对位置，实现底盘自主导航。
3、在不同行间距的温室中，可通过底盘宽度调节，实现不同行间距的种植模式下的底盘通用。
4、联栋温室地面、底盘行驶轨道与轨道行走轮应设置为三种不同且容易区分的颜色；并将轨道两端涂装成另外一种颜色。底盘路轨切换时，当工业相机识别到轨道两端与底盘行驶轨道的颜色时，与轨道行走轮的角度与位置进行比对，将识别到的相对位置信息传给控制器，控制器发出指令控制转向部件与行走部件，对底盘行驶角度与方向进行修正，实现底盘行驶轨道与轨道行走轮自动对轨工作。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种行走装置底盘，其特征在于：
包括机架(1)、减震装置(4)、行走部件(5)、底盘宽度调节机构；
所述减震装置(4)上端包括一与其主体部转动连接的减震位置调节部件(4-1)，所述减震位置调节部件(4-1)限位于机架(1)的横向轨道中，并可沿机架(1)的横向滑动；减震装置(4)下端与行走部件(5)横向一端转动连接，行走部件(5)横向另一端与底盘宽度调节机构通过防震转动轴转动连接；
所述底盘宽度调节机构包括伺服电机(6-3)、链条、链轮、齿条轴(6-7)；
所述齿条轴(6-7)包括同轴相连的齿条段与轴段；所述伺服电机(6-3)通过链条、链轮将动力纵向输送至底盘前侧与后侧，所述链轮与横向的齿条轴(6-7)的齿条段啮合，将动力输送至齿条轴(6-7)的轴段；所述轴段上设有一凸起部件(6-5)，所述凸起部件与宽度调节机构固定装配，进而带动宽度调节机构横向移动；
所述齿条轴(6-7)同轴设置于所述防震转动轴内部，并可相对于防震转动轴转动。
2.如权利要求1所述的行走装置底盘，其特征在于：所述减震装置(4)还包括弹簧上支架(4-2)、弹簧(4-3)、螺母(4-4)、下侧带螺纹支架(4-5)；弹簧上支架(4-2)上侧与减震调节部件(4-1)通过销轴连接，下侧带螺纹支架(4-5)与弹簧(4-3)上侧连接，弹簧(4-3)下侧与下侧带螺纹支架(4-5)连接，弹簧(4-3)与下侧带螺纹支架(4-5)之间通过调节螺母(4-4)改变相对位置，实现减震装置(4)长度的可调整；下侧带螺纹支架(4-5)与宽度调节部件(3)的减震安装座(3-4)连接。
3.如权利要求1所述的行走装置底盘，其特征在于：所述行走部件(5)安装在所述底盘宽度调节机构下方，且通过所述行走部件安装板连接在所述底盘宽度调节部件上。
4.如权利要求1所述的行走装置底盘，其特征在于：还包括转向部件，所述转向部件安装在所述底盘宽度调节机构上方，并通过螺钉与所述底盘宽度调节机构连接，通过联轴器与所述行走部件(5)连接。
5.如权利要求1所述的行走装置底盘，其特征在于：机架(1)采用方形空心钢管焊接而成，所述机架(1)的横向轨道为C型钢导轨。
6.如权利要求4所述的行走装置底盘，其特征在于：所述转向部件包括转向电机、直角减速器、减速机安装板、六角螺柱，其中所述转向电机与所述直角减速器相连接，所述减速机的另一端安装在所述减速机安装板上，并与所述行走部件安装板相连接。
7.如权利要求3所述的行走装置底盘，其特征在于：所述行走部件包括行走部件安装板、电机连接轴、一对背对背安装的角接触球轴承、行走部件安装板端盖、电机安装座、轮毂伺服电机、轨道行走轮；所述行走部件安装板与电机连接轴之间通过所述一对背对安装的角接触球轴承连接，所述行走部件安装板端盖通过螺钉连接在所述行走部件安装板上，用以限制所述电机连接轴的轴向移动；所述电机连接轴上端通过所述联轴器相连接，下端与所述电机安装座通过键连接，并通过螺钉进行轴向固定。
8.如权利要求7所述的行走装置底盘，其特征在于：所述轨道行走轮与轮毂伺服电机轮相连接，且所述轨道行走轮大径略小于轮毂伺服电机轮直径，所述轨道行走轮与所述轮毂伺服电机轮中间形成凹槽用于轨道行走；所述轨道行走轮与所述轮毂伺服电机轮连接在轴上，并固定在所述电机安装座上；所述轮毂伺服电机用于所述底盘陆地行走；轨道行走时，所述轮毂伺服电机带动所述轨道行走轮，进而实现底盘在轨道上的行走。
9.如权利要求5所述的行走装置底盘，其特征在于：所述激光雷达安装在所述机架前侧两C型钢中间位置，高度为激光雷达水平激光线位置平行于种植槽竖直方向的中心平面，用以准确识别包括种植槽在内的底盘行驶的前方障碍物。
10.如权利要求9所述的行走装置底盘，其特征在于：工业相机安装在所述激光雷达下侧，所述工业相机镜头轴线方向为向下，所述工业相机镜头可旋转；联栋温室地面、底盘行驶轨道与轨道行走轮应设置为三种不同且容易区分的颜色；并将轨道两端涂装成另外一种颜色；当工业相机识别到所述轨道两端与所述底盘行驶轨道时，与所述轨道行走轮的角度与位置进行比对，将识别到的相对位置信息传给所述控制器，所述控制器发出指令控制所述转向部件与所述行走部件，对所述底盘行驶角度与方向进行修正，实现所述底盘行驶轨道与轨道行走轮自动对轨。
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