CN116902113B - 一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统，涉及机动车辆技术领域，包括车身组件，包括车体支撑架、四个驱动马达、四个车臂、电源仓和四个麦克纳姆轮；顶起组件，包括第一顶板、第二顶板和两个顶板仓，所述第一顶板与一个所述顶板仓可滑动连接，所述第二顶板与另一个所述顶板仓可滑动连接，两个所述顶板仓分别与所述车体支撑架的两侧可拆卸连接；控制系统，包括摄像模块、驱动模块、电磁模块、传输模块、遥控模块和显示模块。本发明的有益效果：麦克纳姆轮在打滑后可以脱困，麦克纳姆轮小车在越野翻车后可以翻转，麦克纳姆轮小车被障碍卡住后可以通过脱困后移动的问题。

Description

一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统

技术领域

本发明涉及一种机动车辆技术领域，尤其是一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统。

背景技术

麦克纳姆轮是一种全方位移动车轮；可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。该全方位移动方式是基于一个有许多滚子位于机轮周边轮轴的中心轮，并将成角度的周边轮轴的一部分的机轮转向力转化到机轮法向力上的原理。麦克纳姆轮依靠各自滚子的方向和速度，合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。

麦克纳姆轮经常被应用在大型工业或者野外探查当中以实现装置的全向移动。但是在某些使用环境下，例如对麦克纳姆轮在泥泞地方行走时，其需要较强的脱困越野能力，因为麦克纳姆轮依靠各自滚子的方向和速度，合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，从而对动力产生一定的损耗，在同等驱动装置的驱动下，麦克纳姆轮的动力性能要差于普通车胎，麦克纳姆轮也更容易打滑。

然而，目前的麦克纳姆轮并没有很好的解决其打滑问题的改进方案，本发明对此提出了改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于麦克纳姆轮容易打滑，麦克纳姆轮小车在越野翻车后无法翻转，麦克纳姆轮小车被障碍卡住后无法移动的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统，包括车身组件，包括车体支撑架、四个驱动马达、四个车臂、电源仓和四个麦克纳姆轮，所述车体支撑架与四个所述车臂一一对应连接，四个所述驱动马达与四个所述车臂一一对应连接，所述电源仓与所述车体支撑架连接，所述电源仓与四个所述驱动马达分别通过电路连接，四个所述车臂与四个所述麦克纳姆轮一一对应连接，四个所述驱动马达一一对应驱动四个所述麦克纳姆轮，相邻的所述麦克纳姆轮互为镜像排列；

顶起组件，包括第一顶板、第二顶板和两个顶板仓，所述第一顶板与一个所述顶板仓可滑动连接，所述第二顶板与另一个所述顶板仓可滑动连接，两个所述顶板仓分别与所述车体支撑架的两侧可拆卸连接；

控制系统，包括摄像模块、驱动模块、电磁模块、传输模块、遥控模块和显示模块，所述摄像模块与所述车体支撑架连接，所述传输模块与所述遥控模块通过信号连接，所述传输模块与所述驱动模块通过信号连接，所述驱动模块通过控制四个所述驱动马达以此控制对应的四个所述麦克纳姆轮各自的转动速度，所述传输模块与所述电磁模块通过信号连接，所述电磁模块与所述顶板仓可拆卸连接，所述传输模块与所述摄像模块通过信号连接，所述摄像模块通过所述传输模块将信号传输给显示模块，所述遥控模块与所述显示模块连接，所述电源仓与所述传输模块通过电路连接。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第一顶板伸出所述顶板仓的最大长度加上所述顶板仓长度的和大于同侧所述麦克纳姆轮与地面的接触点到所述车体支撑架的长度；

所述第一顶板伸出所述顶板仓的最小长度加上所述顶板仓长度的和小于同侧所述麦克纳姆轮与地面的接触点到所述车体支撑架的长度。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述车体支撑架设置有隔绝电磁层。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述电磁模块设置有电磁模块电磁铁，所述电磁模块电磁铁与所述顶板仓可拆卸连接。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第一顶板设置有第一顶板磁铁，所述电磁模块电磁铁通电状态下排斥所述第一顶板磁铁。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第二顶板设置有第二顶板磁铁，所述电磁模块电磁铁通电状态下排斥所述第二顶板磁铁，所述第二顶板磁铁与所述第一顶板磁铁之间磁场线被所述隔绝电磁层阻隔。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第一顶板设置有第一顶板圆球和第一顶板圆环，所述第一顶板圆球与所述第一顶板圆环铰接。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第二顶板设置有第二顶板斜块，所述第二顶板斜块的一端高于所述第二顶板斜块的另一端。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第二顶板设置有第二顶板倒圆角，所述第二顶板倒圆角与所述第二顶板斜块固定连接。

作为本发明所述具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的一种优选方案，其中：所述第二顶板伸出所述顶板仓的最小长度加上所述顶板仓长度的和大于同侧所述麦克纳姆轮与地面的接触点到所述车体支撑架的长度。

本发明的有益效果：麦克纳姆轮在打滑后可以脱困，麦克纳姆轮小车在越野翻车后可以翻转，麦克纳姆轮小车被障碍卡住后可以通过脱困后移动的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图。其中：

图1为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的整体结构示意图。

图2为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的整体结构示意图。

图3为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的局部结构示意图。

图4为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的局部结构示意图。

图5为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的局部结构示意图。

图6为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的局部结构示意图。

图7为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的局部结构示意图。

图8为本发明提供的一种实施例所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统的局部结构示意图。

图中：车身组件100，车体支撑架101，驱动马达102，车臂103，电源仓104，麦克纳姆轮105，顶起组件200，第一顶板201，第二顶板202，顶板仓203，控制系统300，摄像模块301，驱动模块302，电磁模块303，传输模块304，遥控模块305，显示模块306，隔绝电磁层101a，电磁模块电磁铁303a，第一顶板磁铁201a，第二顶板磁铁202a，第一顶板圆球201b，第一顶板圆环201c，第二顶板斜块202b，第二顶板倒圆角202c。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例1

参照图1~8，本实施例提供了一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车及其控制系统，包括车身组件100、顶起组件200、控制系统300。车身组件100，包括车体支撑架101、四个驱动马达102、四个车臂103、电源仓104和四个麦克纳姆轮105，车体支撑架101与四个车臂103一一对应连接，四个驱动马达102与四个车臂103一一对应连接，电源仓104与车体支撑架101连接，电源仓104与四个驱动马达102分别通过电路连接，四个车臂103与四个麦克纳姆轮105一一对应连接，四个驱动马达102一一对应驱动四个麦克纳姆轮105，相邻的麦克纳姆轮105互为镜像排列；

顶起组件200，包括第一顶板201、第二顶板202和两个顶板仓203，第一顶板201与一个顶板仓203可滑动连接，第二顶板202与另一个顶板仓203可滑动连接，两个顶板仓203分别与车体支撑架101的两侧可拆卸连接；

控制系统300，包括摄像模块301、驱动模块302、电磁模块303、传输模块304、遥控模块305和显示模块306，摄像模块301与车体支撑架101连接，传输模块304与遥控模块305通过信号连接，传输模块304与驱动模块302通过信号连接，驱动模块302通过控制四个驱动马达102以此控制对应的四个麦克纳姆轮105各自的转动速度，传输模块304与电磁模块303通过信号连接，电磁模块303与顶板仓203可拆卸连接，传输模块304与摄像模块301通过信号连接，摄像模块301通过传输模块304将信号传输给显示模块306，遥控模块305与显示模块306连接，电源仓104与传输模块304通过电路连接。

当装置装配好，装置启动，摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306，操作人员操作遥控模块305先让四个麦克纳姆轮105转圈后，观察周围环境良好后，操作遥控模块305，遥控模块305将信号传输给驱动模块302，驱动模块302分别启动四个驱动马达102，驱动模块302将遥控模块305的前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式的信号解析，驱动模块302控制的四个驱动马达102分别控制对应的四个麦克纳姆轮105，从而将麦克纳姆轮105成角度的周边轮轴的一部分的机轮转向力转化到机轮法向力上。麦克纳姆轮105依靠各自滚子的方向和速度，合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向，从而提高了摄像模块301拍摄画面的稳定性，也提高了对车身组件100的稳定性；

电源仓104与车体支撑架101连接，电源仓104内部设置有电源，电源仓104对电源形成保护，使得电源防尘防水；

摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306，操作人员操作遥控模块305让麦克纳姆轮105转动后，若是通过显示模块306观察到的图像没有变化，且检查后摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306的信号正常，那么麦克纳姆轮105就有可能发生打滑，或者麦克纳姆轮105被障碍卡住后无法移动，操作人员操作遥控模块305通过传输模块304将信号传输给电磁模块303，传输模块304与电磁模块303通过信号连接，电磁模块303与顶板仓203可拆卸连接，靠近第一顶板201一侧的电磁模块303接收到信号后通电，第一顶板201受到斥力，第一顶板201部分伸出顶板仓203，车体支撑架101被顶起，装置脱困，若是电磁模块303启动一次不行可以操作多次，直至装置可以正常移动；

电磁模块303接收到信号后通电，第一顶板201受到斥力，第一顶板201部分伸出顶板仓203，车体支撑架101被顶起，若是装置处于斜坡，装置可能会翻车，或者因为障碍的原因，装置也可能会翻车，摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306，操作人员通过显示模块306观察到的图像发生翻转，且操作人员操作遥控模块305让麦克纳姆轮105转动后，若是通过显示模块306观察到的图像没有变化，即可确定装置翻车，操作人员操作遥控模块305通过传输模块304将信号传输给电磁模块303，传输模块304与电磁模块303通过信号连接，电磁模块303与顶板仓203可拆卸连接，靠近第二顶板202一侧的电磁模块303接收到信号后通电，第二顶板202受到斥力，第二顶板202部分伸出顶板仓203，车体支撑架101被顶起，装置翻身，若是电磁模块303启动一次不行可以操作多次，直至装置可以正常移动；

靠近第二顶板202一侧的电磁模块303和靠近第一顶板201一侧的电磁模块303可以配合使用，特别是当装置卡在一些狭小地形时候，第二顶板202和第一顶板201同时弹出，或者第二顶板202和第一顶板201交替弹出，可以使得装置脱困。

实施例2

参照图1~8，本实施例与上一实施例的不同之处在于，

第一顶板201伸出顶板仓203的最大长度加上顶板仓203长度的和大于同侧麦克纳姆轮105与地面的接触点到车体支撑架101的长度；

第一顶板201伸出顶板仓203的最小长度加上顶板仓203长度的和小于同侧麦克纳姆轮105与地面的接触点到车体支撑架101的长度。

当摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306，操作人员操作遥控模块305让麦克纳姆轮105转动后，若是通过显示模块306观察到的图像没有变化，且检查后摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306的信号正常，那么麦克纳姆轮105就有可能发生打滑，或者麦克纳姆轮105被障碍卡住后无法移动，操作人员操作遥控模块305通过传输模块304将信号传输给电磁模块303，传输模块304与电磁模块303通过信号连接，电磁模块303与顶板仓203可拆卸连接，靠近第一顶板201一侧的电磁模块303接收到信号后通电，第一顶板201受到斥力，第一顶板201部分伸出顶板仓203，第一顶板201伸出顶板仓203的最大长度加上顶板仓203长度的和大于同侧麦克纳姆轮105与地面的接触点到车体支撑架101的长度，确保车体支撑架101被顶起，装置脱困，若是电磁模块303启动一次不行可以操作多次，直至装置可以正常移动；

第一顶板201伸出顶板仓203的最小长度加上顶板仓203长度的和小于同侧麦克纳姆轮105与地面的接触点到车体支撑架101的长度，使得第一顶板201缩入顶板仓203内时，不会影响到其余装置的正常运行。

车体支撑架101设置有隔绝电磁层101a。

电磁模块303设置有电磁模块电磁铁303a，电磁模块电磁铁303a与顶板仓203可拆卸连接。

因为电磁模块电磁铁303a在多次通电后会产生磁性，从而影响装置使用，电磁模块电磁铁303a与顶板仓203可拆卸连接，便于更换电磁模块电磁铁303a，两个顶板仓203分别与车体支撑架101的两侧可拆卸连接，电磁模块电磁铁303a与顶板仓203可拆卸连接，两个电磁模块电磁铁303a分别安装于车体支撑架101的两侧，两个电磁模块电磁铁303a分别控制第一顶板201和第二顶板202的伸出与收缩。

第一顶板201设置有第一顶板磁铁201a，电磁模块电磁铁303a通电状态下排斥第一顶板磁铁201a。

第二顶板202设置有第二顶板磁铁202a，电磁模块电磁铁303a通电状态下排斥第二顶板磁铁202a，第二顶板磁铁202a与第一顶板磁铁201a之间磁场线被隔绝电磁层101a阻隔。

两个电磁模块电磁铁303a分别控制第一顶板磁铁201a和第二顶板磁铁202a的伸出与收缩；

电磁模块电磁铁303a通电状态下排斥第一顶板磁铁201a，电磁模块电磁铁303a通电状态下与第一顶板磁铁201a的相邻的磁极为同性磁极，在电磁模块电磁铁303a断电状态下，电磁模块电磁铁303a本身为金属材质，第一顶板磁铁201a带动第一顶板201吸向该侧的电磁模块电磁铁303a，从而实现第一顶板201在电磁模块电磁铁303a断电状态下一直收缩于顶板仓203内；

电磁模块电磁铁303a通电状态下排斥第二顶板磁铁202a，电磁模块电磁铁303a通电状态下与第二顶板磁铁202a的相邻的磁极为同性磁极，在电磁模块电磁铁303a断电状态下，电磁模块电磁铁303a本身为金属材质，第二顶板磁铁202a带动第二顶板202吸向该侧的电磁模块电磁铁303a，从而实现第二顶板202在电磁模块电磁铁303a断电状态下一直收缩于顶板仓203内；

无论第一顶板磁铁201a和第二顶板磁铁202a是否通电，车体支撑架101设置有隔绝电磁层101a都可以有效避免第一顶板磁铁201a和第二顶板磁铁202a对别的金属部件的干扰。

第一顶板201设置有第一顶板圆球201b和第一顶板圆环201c，第一顶板圆球201b与第一顶板圆环201c铰接。

当电磁模块303接收到信号后通电，第一顶板201受到斥力，第一顶板201部分伸出顶板仓203，车体支撑架101被顶起，第一顶板圆球201b可以多角度触地并且提供给车体支撑架101支持力，第一顶板圆球201b与第一顶板圆环201c铰接，当地面为沼泽等泥泞地面时，第一顶板圆球201b会陷入泥泞地面，难以给车体支撑架101提供支持力；

第一顶板圆环201c因为与第一顶板圆球201b铰接，第一顶板圆环201c面积大于第一顶板圆球201b，第一顶板圆环201c可以适应各种地形，且在第一顶板圆球201b会陷入泥泞地面后，第一顶板圆环201c与泥泞地面接触面积大，第一顶板圆环201c向下运动时，第一顶板圆环201c受到的泥泞地面的反作用力不变，但是因为第一顶板圆环201c与泥泞地面接触面积大，第一顶板圆环201c受到的泥泞地面的压强小，有助于装置脱困。

第二顶板202设置有第二顶板斜块202b，第二顶板斜块202b的一端高于第二顶板斜块202b的另一端。

第二顶板202设置有第二顶板倒圆角202c，第二顶板倒圆角202c与第二顶板斜块202b固定连接。

电磁模块303接收到信号后通电，第一顶板201受到斥力，第一顶板201部分伸出顶板仓203，车体支撑架101被顶起，若是装置处于斜坡，装置可能会翻车，或者因为障碍的原因，装置也可能会翻车，摄像模块301通过传输模块304将视频信号传输给显示模块306，操作人员通过显示模块306观察到的图像发生翻转，且操作人员操作遥控模块305让麦克纳姆轮105转动后，若是通过显示模块306观察到的图像没有变化，即可确定装置翻车，在装置翻车后第二顶板斜块202b的一端高于第二顶板斜块202b的另一端，车身整体在翻转后保持倾斜，第二顶板倒圆角202c与第二顶板斜块202b固定连接，也防止车身整体在翻转后边缘卡住地面尖锐物体；

操作人员操作遥控模块305通过传输模块304将信号传输给电磁模块303，传输模块304与电磁模块303通过信号连接，电磁模块303与顶板仓203可拆卸连接，靠近第二顶板202一侧的电磁模块303接收到信号后通电，第二顶板202受到斥力，第二顶板202部分伸出顶板仓203，第二顶板202上的第二顶板斜块202b的一端高于第二顶板斜块202b的另一端，车体支撑架101受到垂直于第二顶板斜块202b表面的力被顶起，装置翻身，若是电磁模块303启动一次不行可以操作多次，直至装置可以正常移动。

第二顶板202伸出顶板仓203的最小长度加上顶板仓203长度的和大于同侧麦克纳姆轮105与地面的接触点到车体支撑架101的长度。

确保装置在翻车后，装置整体倾斜，第二顶板202上的第二顶板斜块202b的一端高于第二顶板斜块202b的另一端，车体支撑架101受到垂直于第二顶板斜块202b表面的力被顶起，装置翻身时不会发生反复原地蹦跳的情况，确保装置可以顺利翻转。

Claims (5)

1.一种具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车，其特征在于：包括，

车身组件（100），包括车体支撑架（101）、四个驱动马达（102）、四个车臂（103）、电源仓（104）和四个麦克纳姆轮（105），所述车体支撑架（101）与四个所述车臂（103）一一对应连接，四个所述驱动马达（102）与四个所述车臂（103）一一对应连接，所述电源仓（104）与所述车体支撑架（101）连接，所述电源仓（104）与四个所述驱动马达（102）分别通过电路连接，四个所述车臂（103）与四个所述麦克纳姆轮（105）一一对应连接连接，四个所述驱动马达（102）一一对应驱动四个所述麦克纳姆轮（105），相邻的所述麦克纳姆轮（105）互为镜像排列；

顶起组件（200），包括第一顶板（201）、第二顶板（202）和两个顶板仓（203），所述第一顶板（201）与一个所述顶板仓（203）可滑动连接，所述第二顶板（202）与另一个所述顶板仓（203）可滑动连接，两个所述顶板仓（203）分别与所述车体支撑架（101）的两侧可拆卸连接；

控制系统（300），包括摄像模块（301）、驱动模块（302）、电磁模块（303）、传输模块（304）、遥控模块（305）和显示模块（306），所述摄像模块（301）与所述车体支撑架（101）连接，所述传输模块（304）与所述遥控模块（305）通过信号连接，所述传输模块（304）与所述驱动模块（302）通过信号连接，所述驱动模块（302）通过控制四个所述驱动马达（102）以此控制对应的四个所述麦克纳姆轮（105）各自的转动速度，所述传输模块（304）与所述电磁模块（303）通过信号连接，所述电磁模块（303）与所述顶板仓（203）可拆卸连接，所述传输模块（304）与所述摄像模块（301）通过信号连接，所述摄像模块（301）通过所述传输模块（304）将信号传输给显示模块（306），所述遥控模块（305）与所述显示模块（306）连接，所述电源仓（104）与所述传输模块（304）通过电路连接；

所述第一顶板（201）伸出所述顶板仓（203）的最大长度加上所述顶板仓（203）长度的和大于同侧所述麦克纳姆轮（105）与地面的接触点到所述车体支撑架（101）的长度；

所述第一顶板（201）伸出所述顶板仓（203）的最小长度加上所述顶板仓（203）长度的和小于同侧所述麦克纳姆轮（105）与地面的接触点到所述车体支撑架（101）的长度；

所述第一顶板（201）设置有第一顶板圆球（201b）和第一顶板圆环（201c），所述第一顶板圆球（201b）与所述第一顶板圆环（201c）铰接；

所述第二顶板（202）设置有第二顶板斜块（202b），所述第二顶板斜块（202b）的一端高于所述第二顶板斜块（202b）的另一端；

所述第二顶板（202）设置有第二顶板倒圆角（202c），所述第二顶板倒圆角（202c）与所述第二顶板斜块（202b）固定连接；

所述第二顶板（202）伸出所述顶板仓（203）的最小长度加上所述顶板仓（203）长度的和大于同侧所述麦克纳姆轮（105）与地面的接触点到所述车体支撑架（101）的长度。

2.根据权利要求1所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车，其特征在于：所述车体支撑架（101）设置有隔绝电磁层（101a）。

3.根据权利要求2所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车，其特征在于：所述电磁模块（303）设置有电磁模块电磁铁（303a），所述电磁模块电磁铁（303a）与所述顶板仓（203）可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车，其特征在于：所述第一顶板（201）设置有第一顶板磁铁（201a），所述电磁模块电磁铁（303a）通电状态下排斥所述第一顶板磁铁（201a）。

5.根据权利要求4所述的具有脱困越野功能的麦克纳姆轮小车，其特征在于：所述第二顶板（202）设置有第二顶板磁铁（202a），所述电磁模块电磁铁（303a）通电状态下排斥所述第二顶板磁铁（202a），所述第二顶板磁铁（202a）与所述第一顶板磁铁（201a）之间磁场线被所述隔绝电磁层（101a）阻隔。