CN116691827A - 一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆工程技术领域，特别是涉及一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，包括车架，车架的四角分别设有摆臂转向摆动组件，摆臂转向摆动组件传动连接有摆臂总成的一端，摆臂总成的另一端设有轮体驱动转向组件，摆臂转向摆动组件与轮体驱动转向组件结构完全相同，轮体驱动转向组件包括转动总成和摆动总成，摆动总成与转动总成传动连接，摆臂转向摆动组件的摆动总成的固定端与车架的一角固接，摆臂转向摆动组件的转动总成的输出端与摆臂总成的一端传动连接，轮体驱动转向组件的摆动总成的固定端与摆臂总成远离车架的一端传动连接，轮体驱动转向组件的转动总成与车轮传动连接。本发明可以通过调整车身姿态实现全地形的行走。

Description

一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，特别是涉及一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台。

背景技术

全地形移动平台是在室外非结构化地形中进行救援、勘探、施工、运输等特殊任务不可或缺的移动载体，如泥潭、沙漠、砾石或林道等，同时对于结构化的生活区域也可作为一种可为失能特殊群体提供运载服务的理想工具，如狭窄斜坡、楼梯、密集减速带等。

然而，目前多数的全地形移动平台多以传统车辆为范本进行设计，第一，轮体与车身平台之间通过连杆或交叉臂进行连接，各个轮体虽可配备独立的前向和转向驱动，但鉴于车身与轮体采用固定方位布局且不具备大范围的位姿调整能力，因此对于地形仅能实现被动的适应，而不能实现主动调整，车身仅能保持与地面平行这一种位姿形式；第二，部分车体设计虽利用摆臂作为车轮与车身的中间连接，并通过附加与车身固接的摆臂主控电机实现车轮的抬举摆动，但仅能完成平行于车身的单方向举/放功能，无法在其余方位实现车轮的抬举操作，车身的姿态亦仅能与地面平行，无法实现相对地面的姿态自由调整；第三，多数车体设计不具备容错与变模式运行能力，即在某一轮体驱动时效时，不能通过各轮体之间的方位重构快速实现少轮体的行进操作；第四，由于自由度的缺失，轮体的各个运动形式相互之间都是解耦的，无法实现个主控自由度之间的协同调控，以降低某些位姿下各个驱动的输入能耗，因此亟需一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台来解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，包括车架，所述车架的四角分别设有摆臂转向摆动组件，所述摆臂转向摆动组件传动连接有摆臂总成的一端，所述摆臂总成的另一端设有轮体驱动转向组件，所述轮体驱动转向组件用于驱动车轮移动，所述摆臂转向摆动组件与所述轮体驱动转向组件结构完全相同，所述轮体驱动转向组件包括转动总成和摆动总成，所述摆动总成与所述转动总成传动连接，所述摆臂转向摆动组件的所述摆动总成的固定端与所述车架的一角固接，所述摆臂转向摆动组件的所述转动总成的输出端与所述摆臂总成的一端传动连接，所述轮体驱动转向组件的所述摆动总成的固定端与所述摆臂总成远离所述车架的一端传动连接，所述轮体驱动转向组件的所述转动总成与所述车轮传动连接。

优选的，所述转动总成包括行进驱动电机，所述轮体驱动转向组件的所述行进驱动电机的输出轴与所述车轮轴心固接，所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机的输出轴与所述摆臂总成的一端传动连接；

所述行进驱动电机的固定端固接有转向电机支撑座的一端，所述转向电机支撑座的另一端固接有转向辅助部，所述摆动总成固接在所述转向电机支撑座中部上方，所述转向辅助部与所述摆动总成传动连接。

优选的，所述转向辅助部包括转向辅助支撑座，所述转向辅助支撑座的一侧通过若干紧固螺栓II与所述转向电机支撑座一侧固接，所述转向辅助支撑座远离所述转向电机支撑座的一侧安装有圆柱滚子轴承，所述圆柱滚子轴承的外圆面通过紧固螺栓III和支撑座轴承扣盖固接在所述转向辅助支撑座上，所述圆柱滚子轴承的内圆面固接有阶梯轴，所述阶梯轴与所述摆动总成传动连接。

优选的，所述摆动总成包括转向驱动电机，所述转向驱动电机的输出轴与所述转向电机支撑座中部上方固接，所述转向驱动电机的固定端固接有转向稳定臂的顶端，所述转向稳定臂的底端固接有竖直设置的中间连接法兰盘，所述中间连接法兰盘的上下两端分别固接有转向稳定轴座，两个所述转向稳定轴座分别与安装在所述阶梯轴的顶端和底端；

所述轮体驱动转向组件的所述中间连接法兰盘中部与所述摆臂总成的一端传动连接；

所述摆臂转向摆动组件的所述中间连接法兰盘中部与所述车架的一角固接。

优选的，所述摆臂总成包括上侧臂杆和下侧臂杆，所述上侧臂杆和所述下侧臂杆的一端分别通过第一连接部与所述轮体驱动转向组件的所述中间连接法兰盘中部传动连接，所述下侧臂杆远离所述车轮的一端设有第二连接部，所述上侧臂杆远离所述车轮的一端设有第三连接部，所述第二连接部和所述第三连接部设在所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机的输出端，所述第二连接部和所述第三连接部传动连接有同一驱动部的一端，所述驱动部的另一端与所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机的固定端的侧壁固接。

优选的，所述第一连接部包括轮端中间连接轴，所述上侧臂杆上的所述轮端中间连接轴的一端与所述上侧臂杆的端部固接，所述下侧臂杆上的所述轮端中间连接轴的一端与所述下侧臂杆的端部固接；

所述轮端中间连接轴的另一端固接有轮端支撑轴座，所述轮端支撑轴座同轴套设有轮端支撑轴，所述轮端支撑轴座与所述轮端支撑轴固接，所述轮端支撑轴与所述上侧臂杆空间垂直设置，所述轮端支撑轴上套设有两个深沟球轴承，所述深沟球轴承的内圆面与所述轮端支撑轴的外侧壁固接，两个所述深沟球轴承的外圆面固接有摆臂头段轴座的内壁，所述深沟球轴承与所述摆臂头段轴座同轴设置，所述摆臂头段轴座与所述轮体驱动转向组件的所述中间连接法兰盘中部侧壁固接。

优选的，所述第二连接部包括连接块I，所述连接块I与所述下侧臂杆远离所述车轮的一端固接，所述连接块I远离所述下侧臂杆的一端设有第一轴承孔座，所述第一轴承孔座通过紧固螺栓e与所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机的输出轴轴心固接，所述第一轴承孔座内固接有两个深沟球轴承a的外圆面，两个所述深沟球轴承a同轴套设在支撑轴I的一端，所述深沟球轴承a的内圆面与所述支撑轴I侧壁固接，所述第一轴承孔座上固接有轴承盖I，所述轴承盖I用于将两个所述深沟球轴承a安装在所述第一轴承孔座内，所述支撑轴I的一端与所述驱动部的一端传动连接。

优选的，所述第三连接部包括连接块II，所述连接块II与所述上侧臂杆远离所述车轮的一端固接，所述连接块II远离所述上侧臂杆的一端设有第二轴承孔座，所述第二轴承孔座内固接有两个深沟球轴承b的外圆面，两个所述深沟球轴承b同轴套设在支撑轴II上，所述深沟球轴承b的内圆面与所述支撑轴II侧壁固接，所述第二轴承孔座上固接有轴承盖II，所述轴承盖II用于将两个所述深沟球轴承b安装在所述第二轴承孔座内，所述支撑轴II的一端与所述驱动部的中部传动连接。

优选的，所述驱动部包括摇臂，所述摇臂中部与所述支撑轴II的端部固接，所述摇臂的一端与所述支撑轴I的端部固接，所述摇臂远离所述支撑轴I的一端安装有深沟球轴承c，所述深沟球轴承c的外圆面通过轴承盖III与所述摇臂端部固接，所述深沟球轴承c的内圆面固接有支撑轴III的一端，所述支撑轴III的另一端固接有过渡臂的一端，所述过渡臂的另一端固接有支撑轴IV，所述支撑轴IV同轴套设有深沟球轴承d，所述深沟球轴承d的内圆面与所述支撑轴IV的外侧壁固接，所述深沟球轴承d的外圆面通过轴承盖IV固接在固定轴座上，所述固定轴座与所述摆臂转向摆动组件的所述转向电机支撑座固接。

本发明具有如下技术效果：使用时，车架的四角的四个摆臂转向摆动组件分别用于其对应的摆臂总成的偏转和摆动，进而实现车架在各个角度上的仰俯和偏转，各个摆臂总成远离车架一端设置的轮体驱动转向组件用于驱动车轮转动，同时还可以改变车轮的转动方向，配合摆臂转向摆动组件使得单条轮臂具有四个自由度，可灵活调整车轮与摆臂总成以及摆臂总成与车架的方位进而重构出不同的拓扑形式，以实现在不调整车身姿态下沿任意方向直线行进，还可通过改变四条轮臂的构态进而实现类似哺乳动物的步履行进方式，进而拓宽了车架在不同环境中的行进方式，提升了其复杂环境中的通过性以及行进效率，并且，每条轮臂的自由度是冗余的，进而针对同一运动目标，可通过多驱动电机的耦合驱动降低单个电机的驱动力矩，从而降低整个平台的运动能耗，还可实现三轮与四轮新进方式的自由切换，对轮臂故障具有较好的容错能力，轮臂采用了模块化设计方式，可通过自由更改车架的形态进而实现结构层面的多构态。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明转动总成和车轮结构示意图；

图3为本发明摆动总成结构示意图；

图4为本发明摆臂总成与轮体驱动转向组件的摆动总成的连接一端结构示意图；

图5为本发明摆臂总成与摆臂转向摆动组件的转动总成的连接一端结构示意图；

图6为本发明车架各种姿态示意图；

其中，1、转动总成；2、摆动总成；4、摆臂总成；6、车架；101、紧固螺栓I；102、车轮；103、行进驱动电机；104、转向电机支撑座；105、紧固螺栓II；106、紧固螺栓III；107、支撑座轴承扣盖；108、转向辅助支撑座；109、圆柱滚子轴承；110、阶梯轴；201、紧固螺栓V；202、转向稳定臂；203、转向驱动电机；204、紧固螺栓VI；205、转向稳定轴座；206、中间连接法兰盘；207、紧固螺栓VII；208、紧固螺栓IV；401、紧固螺栓a；402、轮端支撑轴座；403、轮端支撑轴；404、紧固螺栓b；405、紧固螺栓c；406、深沟球轴承；407、摆臂头段轴座；408、摆臂头段轴座轴承盖；409、轮端中间连接轴；410、上侧臂杆；411、下侧臂杆；412、紧固螺栓d；413、连接块I；414、紧固螺栓e；415、深沟球轴承a；416、支撑轴I；417、轴承盖I；418、紧固螺栓f；419、摇臂；420、紧固螺栓g；421、紧固螺栓h；422、支撑轴II；423、深沟球轴承b；424、轴承盖II；425、紧固螺栓i；426、紧固螺栓j；427、轴承盖III；428、支撑轴III；429、深沟球轴承c；430、过渡臂；431、紧固螺栓k；432、轴承盖IV；433、紧固螺栓m；434、支撑轴IV；435、深沟球轴承d；436、固定轴座；437、紧固螺栓n；438、连接块II；439、紧固螺栓o。

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。

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。

参考图1至图6，本发明提供一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，包括车架6，车架6的四角分别设有摆臂转向摆动组件，摆臂转向摆动组件传动连接有摆臂总成4的一端，摆臂总成4的另一端设有轮体驱动转向组件，轮体驱动转向组件用于驱动车轮102移动，摆臂转向摆动组件与轮体驱动转向组件结构完全相同，轮体驱动转向组件包括转动总成1和摆动总成2，摆动总成2与转动总成1传动连接，摆臂转向摆动组件的摆动总成2的固定端与车架6的一角固接，摆臂转向摆动组件的转动总成1的输出端与摆臂总成4的一端传动连接，轮体驱动转向组件的摆动总成2的固定端与摆臂总成4远离车架6的一端传动连接，轮体驱动转向组件的转动总成1与车轮102传动连接。

使用时，车架6的四角的四个摆臂转向摆动组件分别用于其对应的摆臂总成4的偏转和摆动，进而实现车架6在各个角度上的仰俯和偏转，各个摆臂总成4远离车架6一端设置的轮体驱动转向组件用于驱动车轮102转动，同时还可以改变车轮102的转动方向，配合摆臂转向摆动组件使得单条轮臂具有四个自由度，可灵活调整车轮102与摆臂总成4以及摆臂总成4与车架6的方位进而重构出不同的拓扑形式，以实现在不调整车身姿态下沿任意方向直线行进，还可通过改变四条轮臂的构态进而实现类似哺乳动物的步履行进方式，进而拓宽了车架6在不同环境中的行进方式，提升了其复杂环境中的通过性以及行进效率，并且，每条轮臂的自由度是冗余的，进而针对同一运动目标，可通过多驱动电机的耦合驱动降低单个电机的驱动力矩，从而降低整个平台的运动能耗，还可实现三轮与四轮新进方式的自由切换，对轮臂故障具有较好的容错能力，轮臂采用了模块化设计方式，可通过自由更改车架6的形态进而实现结构层面的多构态。

进一步优化方案，转动总成1包括行进驱动电机103，轮体驱动转向组件的行进驱动电机103的输出轴与车轮102轴心固接，摆臂转向摆动组件的行进驱动电机103的输出轴与摆臂总成4的一端传动连接；

行进驱动电机103的固定端固接有转向电机支撑座104的一端，转向电机支撑座104的另一端固接有转向辅助部，摆动总成2固接在转向电机支撑座104中部上方，转向辅助部与摆动总成2传动连接。

进一步优化方案，转向辅助部包括转向辅助支撑座108，转向辅助支撑座108的一侧通过若干紧固螺栓II105与转向电机支撑座104一侧固接，转向辅助支撑座108远离转向电机支撑座104的一侧安装有圆柱滚子轴承109，圆柱滚子轴承109的外圆面通过紧固螺栓III106和支撑座轴承扣盖107固接在转向辅助支撑座108上，圆柱滚子轴承109的内圆面固接有阶梯轴110，阶梯轴110与摆动总成2传动连接。

进一步优化方案，摆动总成2包括转向驱动电机203，转向驱动电机203的输出轴与转向电机支撑座104中部上方固接，转向驱动电机203的固定端固接有转向稳定臂202的顶端，转向稳定臂202的底端固接有竖直设置的中间连接法兰盘206，中间连接法兰盘206的上下两端分别固接有转向稳定轴座205，两个转向稳定轴座205分别与安装在阶梯轴110的顶端和底端；

轮体驱动转向组件的中间连接法兰盘206中部与摆臂总成4的一端传动连接；

摆臂转向摆动组件的中间连接法兰盘206中部与车架6的一角固接。

如图2所示，车轮102与行进驱动电机103的驱动端通过紧固螺栓I101连接，行进驱动电机103外壳的端部与转向电机支撑座104通过紧固螺栓II105连接，一同被紧固螺栓II105固定在行进驱动电机103外壳之上的还包括转向辅助支撑座108，转向辅助支撑座108的中心轴线与转向驱动电机203输出端中心轴线保持同轴，目的为加强转向部分的强度。转向辅助支撑座108内孔两端部安装有圆柱滚子轴承109，圆柱滚子轴承109一端靠紧在转向辅助支撑座108的内孔台阶处，一端由支撑座轴承扣盖107压实，支撑座轴承扣盖107与转向辅助支撑座108通过紧固螺栓III106连接。两圆柱滚子轴承109的内孔处配合安装有阶梯轴110，阶梯轴110的轴向定位由两圆柱滚子轴承109完成。

如图3所示，转向驱动电机203的输出端与转向电机支撑座104通过紧固螺栓IV208连接，转向驱动电机203的固定端与转向稳定臂202的上端面通过紧固螺栓V201连接，转向稳定轴座205分置在中间连接法兰盘206的上下两侧各一个，上侧的转向稳定轴座205连同中间连接法兰盘206通过紧固螺栓VI204与转向稳定臂202紧固连接，下侧的转向稳定轴座205通过紧固螺栓VII207紧固在中间连接法兰盘206之上，上、下侧的转向稳定轴座205的轴孔分别与阶梯轴110的上、下轴段同轴配合连接，转向稳定轴座205与阶梯轴110的端部即可固接，也可转动连接，并通过阶梯轴110的轴阶面完成轴向固定，至此转动总成1和摆动总成2组装完成。

进一步优化方案，摆臂总成4包括上侧臂杆410和下侧臂杆411，上侧臂杆410和下侧臂杆411的一端分别通过第一连接部与轮体驱动转向组件的中间连接法兰盘206中部传动连接，下侧臂杆411远离车轮102的一端设有第二连接部，上侧臂杆410远离车轮102的一端设有第三连接部，第二连接部和第三连接部设在摆臂转向摆动组件的行进驱动电机103的输出端，第二连接部和第三连接部传动连接有同一驱动部的一端，驱动部的另一端与摆臂转向摆动组件的行进驱动电机103的固定端的侧壁固接。

进一步优化方案，第一连接部包括轮端中间连接轴409，上侧臂杆410上的轮端中间连接轴409的一端与上侧臂杆410的端部固接，下侧臂杆411上的轮端中间连接轴409的一端与下侧臂杆411的端部固接；

轮端中间连接轴409的另一端固接有轮端支撑轴座402，轮端支撑轴座402同轴套设有轮端支撑轴403，轮端支撑轴座402与轮端支撑轴403固接，轮端支撑轴403与上侧臂杆410空间垂直设置，轮端支撑轴403上套设有两个深沟球轴承406，深沟球轴承406的内圆面与轮端支撑轴403的外侧壁固接，两个深沟球轴承406的外圆面固接有摆臂头段轴座407的内壁，深沟球轴承406与摆臂头段轴座407同轴设置，摆臂头段轴座407与轮体驱动转向组件的中间连接法兰盘206中部侧壁固接。

进一步优化方案，第二连接部包括连接块I413，连接块I413与下侧臂杆411远离车轮102的一端固接，连接块I413远离下侧臂杆411的一端设有第一轴承孔座，第一轴承孔座通过紧固螺栓e414与摆臂转向摆动组件的行进驱动电机103的输出轴轴心固接，第一轴承孔座内固接有两个深沟球轴承a415的外圆面，两个深沟球轴承a415同轴套设在支撑轴I416的一端，深沟球轴承a415的内圆面与支撑轴I416侧壁固接，第一轴承孔座上固接有轴承盖I417，轴承盖I417用于将两个深沟球轴承a415安装在第一轴承孔座内，支撑轴I416的一端与驱动部的一端传动连接。

进一步优化方案，第三连接部包括连接块II438，连接块II438与上侧臂杆410远离车轮102的一端固接，连接块II438远离上侧臂杆410的一端设有第二轴承孔座，第二轴承孔座内固接有两个深沟球轴承b423的外圆面，两个深沟球轴承b423同轴套设在支撑轴II422上，深沟球轴承b423的内圆面与支撑轴II422侧壁固接，第二轴承孔座上固接有轴承盖II424，轴承盖II424用于将两个深沟球轴承b423安装在第二轴承孔座内，支撑轴II422的一端与驱动部的中部传动连接。

进一步优化方案，驱动部包括摇臂419，摇臂419中部与支撑轴II422的端部固接，摇臂419的一端与支撑轴I416的端部固接，摇臂419远离支撑轴I416的一端安装有深沟球轴承c429，深沟球轴承c429的外圆面通过轴承盖III427与摇臂419端部固接，深沟球轴承c429的内圆面固接有支撑轴III428的一端，支撑轴III428的另一端固接有过渡臂430的一端，过渡臂430的另一端固接有支撑轴IV434，支撑轴IV434同轴套设有深沟球轴承d435，深沟球轴承d435的内圆面与支撑轴IV434的外侧壁固接，深沟球轴承d435的外圆面通过轴承盖IV432固接在固定轴座436上，固定轴座436与摆臂转向摆动组件的转向电机支撑座104固接。

如图4所示，摆臂总成4部分分为上下两层，与轮体驱动转向组件的摆动总成2相连接一侧其上下两层均采用了相同的结构设计。

上侧臂杆410与轮端中间连接轴409的一端通过螺纹副连接，轮端中间连接轴409的另一端通过螺纹副与轮端支撑轴座402连接，轮端支撑轴座402的轴孔内配合安装有轮端支撑轴403，并由端侧的紧固螺栓a401完成紧固与轴向定位，至此，轮端支撑轴座402与轮端支撑轴403实现同步运动。

轮端支撑轴403上嵌套安装有两深沟球轴承406，两深沟球轴承分置于轮端支撑轴403最大轴阶的左右两侧。与此同时，两深沟球轴承406的外圆面与摆臂头段轴座407配合安装，摆臂头段轴座轴承盖408通过紧固螺栓b404与摆臂头段轴座407相连接，在摆臂头段轴座轴承盖408、轮端支撑轴403以及摆臂头段轴座407的共同作用下完成深沟球轴承406的轴向与镜像定位，同时轮端支撑轴403将轮端支撑轴座402与摆臂头段轴座407连接在一起，使得两者可绕轮端支撑轴403彼此相对转动。

摆臂头段轴座407通过紧固螺栓c405与轮体驱动转向组件的摆动总成2中的中间连接法兰盘206固接。

如图5所示，摆臂总成4靠近摆臂转向摆动组件的转动总成1的一端采用多连杆形式，具体结构为：下侧臂杆411与连接块I413通过紧固螺栓d412连接，连接块I413头端加工有轴承孔座，内部配合安装有2个深沟球轴承a415，且分置于支撑轴I416最大轴阶段的两侧，连接块I413一侧与轴承盖I417通过紧固螺栓f418连接，并与支撑轴I416共同完成轴承的轴向定位，支撑轴I416同时将下侧臂杆411与摇臂419串接在一起，使两者可围绕支撑轴I416相对转动。

连接块I413另一侧经由紧固螺栓e414与摆臂转向摆动组件的转动总成1行进驱动电机103的输出端连接。支撑轴I416的最小轴段套装在摇臂419的下轴孔中，并通过紧固螺栓g420将两者固接，进而使摇臂419与下侧臂杆411产生绕支撑轴I416的相对转动。同样的，摇臂419的中部轴孔通过紧固螺栓h421与支撑轴II422紧固连接，支撑轴II422的大轴阶处嵌套安装有深沟球轴承b423，深沟球轴承b423的外环与连接块II438的轴孔配合，连接块II438的一端通过紧固螺栓o439与上侧臂杆410的一端固接。

轴承盖II424通过紧固螺栓i425与连接块II438连接，并完成深沟球轴承b423的轴线定位，连接块II438经由紧固螺栓至此通过支撑轴II422完成上侧臂杆410与摇臂419的串接，两者实现绕支撑轴II422轴线的相对转动。同样的，摇臂419的上侧轴孔配合安装有深沟球轴承c429，深沟球轴承c429的一侧紧靠摇臂419上侧轴孔的台阶面上，另一侧由轴承盖III427通过紧固螺栓j426压紧，深沟球轴承c429的内环与支撑轴III428的大轴段配合安装，支撑轴III428的小轴段嵌装在过渡臂430的一端轴孔内，并经由紧固螺栓k431实现支撑轴III428与过渡臂430的紧固连接，过渡臂430的另一端轴孔通过螺纹副与支撑轴IV434小轴段配合紧固，支撑轴IV434的大轴段上配合安装有深沟球轴承d435，深沟球轴承d435的外环嵌装在固定轴座436的轴孔内，固定轴座436的轴孔端面处通过紧固螺栓m433固接有轴承盖IV432，轴承盖IV432与固定轴座436共同完成了深沟球轴承d435的轴线定位。

固定轴座436通过紧固螺栓n437安装在摆臂转向摆动组件的转向电机支撑座104上，至此实现了摇臂419和过渡臂430绕支撑轴IV434的旋转联动。

如图6所示，本发明提供的一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台的典型行进模式的实现过程，其中A和B表示两种不同构型的直线行进模式，C表示车架6姿态变化模式，图D表示四轮变三轮行进模式。

当车架6沿某一方向直线行进时，应保持车轮102与行进方向平行，且从轮臂的拓扑结构中可以看出，此时同一轮臂中的轮体驱动转向组件的摆动总成2所控制的车轮102转角和摆臂转向摆动组件的摆动总成2所控制的整个摆臂总成4转角应保持同向、等大小。

当平台在行进过程中发生转向时，以前侧左右两轮臂为例：左、右两侧的轮体驱动转向组件的摆动总成2的转向驱动电机203接受转向指令后产生同步、同向的扭转驱动力矩，进而带动左右两侧的轮体驱动转向组件的转动总成1部分绕轮体驱动转向组件的摆动总成2的转向驱动电机203的中心轴产生转动，考虑平台的车轮102相对于转向驱动电机203的中心轴偏置设计，因此为避免转向过程中车轮102与地面之间产生滑动摩擦，此时左右两车轮102在各自行进驱动电机103的作用下将产生与转向速度相适配的驱动力，以确保车轮102绕转向驱动电机203转动时不产生对地滑动摩擦，同时左右两车轮102之间也将在各自行进驱动电机103的驱动下产生差速转动，以确保平台在进行大弧弯转向时不发生不产生滑动摩擦。此时摆臂转向摆动组件的摆动总成2保持初始姿态，无角位移输出。

当平台在静止状态下发生转向时，此时无需考虑左右两车轮102之间的差速运动，仅需保证在行进驱动电机103驱动下车轮102的滚动速度与转向驱动电机203的驱动下的整体转向速度保持适配即可。

当车架6维持车体姿态不变而进行不同构态切换时，具体表现在：构态变化时各个轮臂将相对车架6进行方位的调整，此时各个轮臂将摆臂转向摆动组件的摆动总成2的作用下使轮臂的一端围绕其端部的中心轴产生圆周转动，为保证车轮102与地面保持纯滚动摩擦，各个车轮102应在其对应的转向驱动电机203控制下始终保持方向与上侧臂杆410、下侧臂杆411所形成的运动圆弧相切，同时行进驱动电机103控制下车轮102的滚动速度要与车轮102的转向速度以及轮臂将摆臂转向摆动组件的摆动总成2控制下的摆臂部分转向速度相适配。此过程中，摆臂转向摆动组件的转动总成1的行进驱动电机103将维持原姿态，角位移为零，即上侧臂杆410、下侧臂杆411不产生俯仰运动。

当进行车架6姿态调整时，此时四个轮臂的运动轨迹可能不同，但为确保车轮102与地面无滑动摩擦，以左前轮臂为例，各个轮臂的运动方式可总结为：车架6姿态的调整需要摆臂转向摆动组件的转动总成1的行进驱动电机103的进一步介入，但摆臂转向摆动组件的转动总成1的行进驱动电机103与转向驱动电机203控制下的摆臂运动将对车轮102的位姿方向产生不同需求，因此摆臂部分的俯仰与回转运动应独立进行。摆臂摆动时，在轮体驱动转向组件的转向驱动电机203的控制下车轮102方向应与平行于上侧臂杆410和下侧臂杆411，此时摆臂转向摆动组件的转动总成1的行进驱动电机103输出的扭矩通过连接块I413驱动下侧臂杆411产生摆动运动，下侧臂杆411的摆动一方面导致车架6产生倾斜，另一方面将引起该轮臂中车轮102与车架的距离发生改变，此时在行进驱动电机103的驱动下车轮将产生顺应于摆臂摆动方向的转动，进而消除滑动摩擦。下侧臂杆411的摆动运动通过轮体驱动转向组件的摆动总成2中的中间连接法兰盘206传递给上侧臂杆410，由于下侧臂杆411、上侧臂杆410、中间连接法兰盘206以及摇臂419共同组成了平行四边形结构，且摇臂419的运动又通过摇臂419上侧轴孔处的传动链传递给过渡臂430，在过渡臂430的抑制下中间连接法兰盘206将保持竖直姿态随下侧臂杆411摆动，考虑到中间连接法兰盘206、转向稳定臂202以及转向驱动电机203的外壳为固接关系，为此该结构也进一步保证了转向驱动电机203始终保持竖直姿态。摆臂回转式，摆臂转向摆动组件的转动总成1的行进驱动电机103不输出角位移，此时各部分的移动过程与上述平台维持车体姿态不变而进行不同构态切换的过程相同，此处不再赘述。

当平台由四轮运动转化为三轮运动时，在摆臂转向摆动组件的转动总成1的行进驱动电机103的驱动下，轮体驱动转向组件的转动总成1、轮体驱动转向组件的摆动总成2与摆臂总成4部分抬离地面，同时为保证轮臂抬起侧对车架6中心处产生的倾覆力矩最小，轮体驱动转向组件的转动总成1、轮体驱动转向组件的摆动总成2与摆臂总成4应进一步在摆臂转向摆动组件的摆动总成2的转向驱动电机203的驱动下向车架侧回收。此时，对侧未被抬起的轮臂将进行上述的方位调整过程，一方面确保车轮102方向平行于平台行进方向，另一方面使车轮102位移车架的中后侧，以确保平台在行进过程中的平稳。头端未被抬起的左右两轮臂的方位调整仍以保持车架最优平衡姿态为原则。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：包括车架(6)，所述车架(6)的四角分别设有摆臂转向摆动组件，所述摆臂转向摆动组件传动连接有摆臂总成(4)的一端，所述摆臂总成(4)的另一端设有轮体驱动转向组件，所述轮体驱动转向组件用于驱动车轮(102)移动，所述摆臂转向摆动组件与所述轮体驱动转向组件结构完全相同，所述轮体驱动转向组件包括转动总成(1)和摆动总成(2)，所述摆动总成(2)与所述转动总成(1)传动连接，所述摆臂转向摆动组件的所述摆动总成(2)的固定端与所述车架(6)的一角固接，所述摆臂转向摆动组件的所述转动总成(1)的输出端与所述摆臂总成(4)的一端传动连接，所述轮体驱动转向组件的所述摆动总成(2)的固定端与所述摆臂总成(4)远离所述车架(6)的一端传动连接，所述轮体驱动转向组件的所述转动总成(1)与所述车轮(102)传动连接。

2.根据权利要求1所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述转动总成(1)包括行进驱动电机(103)，所述轮体驱动转向组件的所述行进驱动电机(103)的输出轴与所述车轮(102)轴心固接，所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机(103)的输出轴与所述摆臂总成(4)的一端传动连接；

所述行进驱动电机(103)的固定端固接有转向电机支撑座(104)的一端，所述转向电机支撑座(104)的另一端固接有转向辅助部，所述摆动总成(2)固接在所述转向电机支撑座(104)中部上方，所述转向辅助部与所述摆动总成(2)传动连接。

3.根据权利要求2所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述转向辅助部包括转向辅助支撑座(108)，所述转向辅助支撑座(108)的一侧通过若干紧固螺栓II(105)与所述转向电机支撑座(104)一侧固接，所述转向辅助支撑座(108)远离所述转向电机支撑座(104)的一侧安装有圆柱滚子轴承(109)，所述圆柱滚子轴承(109)的外圆面通过紧固螺栓III(106)和支撑座轴承扣盖(107)固接在所述转向辅助支撑座(108)上，所述圆柱滚子轴承(109)的内圆面固接有阶梯轴(110)，所述阶梯轴(110)与所述摆动总成(2)传动连接。

4.根据权利要求3所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述摆动总成(2)包括转向驱动电机(203)，所述转向驱动电机(203)的输出轴与所述转向电机支撑座(104)中部上方固接，所述转向驱动电机(203)的固定端固接有转向稳定臂(202)的顶端，所述转向稳定臂(202)的底端固接有竖直设置的中间连接法兰盘(206)，所述中间连接法兰盘(206)的上下两端分别固接有转向稳定轴座(205)，两个所述转向稳定轴座(205)分别与安装在所述阶梯轴(110)的顶端和底端；

所述轮体驱动转向组件的所述中间连接法兰盘(206)中部与所述摆臂总成(4)的一端传动连接；

所述摆臂转向摆动组件的所述中间连接法兰盘(206)中部与所述车架(6)的一角固接。

5.根据权利要求4所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述摆臂总成(4)包括上侧臂杆(410)和下侧臂杆(411)，所述上侧臂杆(410)和所述下侧臂杆(411)的一端分别通过第一连接部与所述轮体驱动转向组件的所述中间连接法兰盘(206)中部传动连接，所述下侧臂杆(411)远离所述车轮(102)的一端设有第二连接部，所述上侧臂杆(410)远离所述车轮(102)的一端设有第三连接部，所述第二连接部和所述第三连接部设在所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机(103)的输出端，所述第二连接部和所述第三连接部传动连接有同一驱动部的一端，所述驱动部的另一端与所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机(103)的固定端的侧壁固接。

6.根据权利要求5所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述第一连接部包括轮端中间连接轴(409)，所述上侧臂杆(410)上的所述轮端中间连接轴(409)的一端与所述上侧臂杆(410)的端部固接，所述下侧臂杆(411)上的所述轮端中间连接轴(409)的一端与所述下侧臂杆(411)的端部固接；

所述轮端中间连接轴(409)的另一端固接有轮端支撑轴座(402)，所述轮端支撑轴座(402)同轴套设有轮端支撑轴(403)，所述轮端支撑轴座(402)与所述轮端支撑轴(403)固接，所述轮端支撑轴(403)与所述上侧臂杆(410)空间垂直设置，所述轮端支撑轴(403)上套设有两个深沟球轴承(406)，所述深沟球轴承(406)的内圆面与所述轮端支撑轴(403)的外侧壁固接，两个所述深沟球轴承(406)的外圆面固接有摆臂头段轴座(407)的内壁，所述深沟球轴承(406)与所述摆臂头段轴座(407)同轴设置，所述摆臂头段轴座(407)与所述轮体驱动转向组件的所述中间连接法兰盘(206)中部侧壁固接。

7.根据权利要求5所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述第二连接部包括连接块I(413)，所述连接块I(413)与所述下侧臂杆(411)远离所述车轮(102)的一端固接，所述连接块I(413)远离所述下侧臂杆(411)的一端设有第一轴承孔座，所述第一轴承孔座通过紧固螺栓e(414)与所述摆臂转向摆动组件的所述行进驱动电机(103)的输出轴轴心固接，所述第一轴承孔座内固接有两个深沟球轴承a(415)的外圆面，两个所述深沟球轴承a(415)同轴套设在支撑轴I(416)的一端，所述深沟球轴承a(415)的内圆面与所述支撑轴I(416)侧壁固接，所述第一轴承孔座上固接有轴承盖I(417)，所述轴承盖I(417)用于将两个所述深沟球轴承a(415)安装在所述第一轴承孔座内，所述支撑轴I(416)的一端与所述驱动部的一端传动连接。

8.根据权利要求7所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述第三连接部包括连接块II(438)，所述连接块II(438)与所述上侧臂杆(410)远离所述车轮(102)的一端固接，所述连接块II(438)远离所述上侧臂杆(410)的一端设有第二轴承孔座，所述第二轴承孔座内固接有两个深沟球轴承b(423)的外圆面，两个所述深沟球轴承b(423)同轴套设在支撑轴II(422)上，所述深沟球轴承b(423)的内圆面与所述支撑轴II(422)侧壁固接，所述第二轴承孔座上固接有轴承盖II(424)，所述轴承盖II(424)用于将两个所述深沟球轴承b(423)安装在所述第二轴承孔座内，所述支撑轴II(422)的一端与所述驱动部的中部传动连接。

9.根据权利要求8所述一种具有全地形适应能力的可变构态四轮全驱移动平台，其特征在于：所述驱动部包括摇臂(419)，所述摇臂(419)中部与所述支撑轴II(422)的端部固接，所述摇臂(419)的一端与所述支撑轴I(416)的端部固接，所述摇臂(419)远离所述支撑轴I(416)的一端安装有深沟球轴承c(429)，所述深沟球轴承c(429)的外圆面通过轴承盖III(427)与所述摇臂(419)端部固接，所述深沟球轴承c(429)的内圆面固接有支撑轴III(428)的一端，所述支撑轴III(428)的另一端固接有过渡臂(430)的一端，所述过渡臂(430)的另一端固接有支撑轴IV(434)，所述支撑轴IV(434)同轴套设有深沟球轴承d(435)，所述深沟球轴承d(435)的内圆面与所述支撑轴IV(434)的外侧壁固接，所述深沟球轴承d(435)的外圆面通过轴承盖IV(432)固接在固定轴座(436)上，所述固定轴座(436)与所述摆臂转向摆动组件的所述转向电机支撑座(104)固接。