CN207496769U - 一种全转向底盘机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种全转向底盘机构，属于智能巡检车辆设计制造技术领域。包括带有轮毂电机和制动盘的车轮，底盘为正方形框架结构，中部非均匀排列四根横梁，两头的端梁与相邻的横梁之间设有导轨支座，纵向导轨的两端通过导轨支座与横梁固定，两根纵向导轨之间设有丝杠，设置在中间两根横梁上的具有双输出轴的第一步进电机的两端输出轴与丝杠通过联轴器连接，丝杠通过带立式座角接触球轴承与设有导轨支座的横梁和端梁中部固定，齿条套筒两端的底部设有与纵向导轨配合的滑块，中间设有与丝杠螺旋配合的螺母滑块；齿轮与第二步进电机的输出轴固定并与齿条套筒上的开口处的齿条啮合；第二步进电机与底盘端梁中部的底部固定。
Description
技术领域
本实用新型属于智能巡检车辆设计制造技术领域。
背景技术
在一般情况下，地下综合管廊中的固定式监控设备由于机动性差、智能化程度低、后期维护费用高且过程复杂等问题，不能满足现代化智慧城市的地下综合管廊的实质运行需要。对于人工下井巡检的方式，由于长时间处于地下封闭环境中，导致空气不流通、采光差、空间压抑，使得有毒、有害的气体大量汇集，给工作人员的生命和身心健康造成伤害。目前还未大规模使用的智能巡检车辆，因其转向不灵活，转向过程中车轮与地面摩擦较大，另外由于地下空间地形复杂，空间狭窄，作业环境恶劣，使得对巡检车辆的避障行驶能力和根据环境智能转向做出新的研究。因此非常有必要提出并研究一种能改善车辆操作性能与转向性能的结构和方法。
据检索，目前已有与本设计类似的四轮独立驱动全转向机构出现。例如中国专利申请号2015100801606公开了“一种基于轮毂电机的电动汽车全方位转向系统”，所述的全向控制方法是在小车的四个车轮旁边分别安装一个电机，独立控制各轮的转向，该方法不但会增加整车重量，还增加控制难度，轻量化方面还需要提高。再如中国专利申请号201610012176.8公开的“一种电动车的行走转向机构”，该专利所述的全向控制机构使用连杆组合机构和齿轮齿条机构，在使用过程中连杆组合在纵平面上所占用空间较大，传动过程不稳定，传动精确度较差，且不适用于地下管廊智能巡检车的转向控制。以上两个专利所述的全转向控制方法都只能在传统转向的基础上增加原地旋转和横向行走功能，在斜向行走功能的控制和普通转弯时减小转弯半径方面还有所欠缺。
鉴于上述情况，有必要研发一种结构简单、传动稳定、控制精确的适用于地下管廊智能巡检车的新型全转向机构。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种全转向底盘机构，它能有效地解决智能巡检车的原地旋转、横向行驶、斜向行驶及普通转向的问题。
本实用新型达到其目的所采用的技术方案是：一种全转向底盘机构，包括带有轮毂电机和制动盘的车轮，齿条的一端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与弯杆的一端铰接，弯杆的另一端与带有轮毂电机和制动盘的车轮固定并与底盘铰接；底盘为正方形框架结构，中部非均匀排列四根横梁，两头的端梁与相邻的横梁之间设有导轨支座，纵向导轨的两端通过导轨支座与横梁固定，两根纵向导轨之间设有丝杠，设置在中间两根横梁上的具有双输出轴的第一步进电机的两端输出轴与丝杠通过联轴器连接，丝杠通过带立式座角接触球轴承与设有导轨支座的横梁和端梁中部固定，齿条套筒两端的底部设有与纵向导轨配合的滑块，中间设有与丝杠螺旋配合的螺母滑块；齿轮与第二步进电机的输出轴固定并与齿条套筒上的开口处的齿条啮合；第二步进电机与底盘端梁中部的底部固定。
所述纵向导轨为四根，每一根纵向导轨的两端均通过导轨支座与横梁和端梁固定。
所述丝杠两端各自与带立式座角接触球轴承配合固定。
所述齿条套筒在正方形框架结构的底盘上呈前、后设置，齿条套筒内部设有齿条。
所述齿条套筒两端的底部均设有滑块，且与纵向导轨间隙配合。
所述具有双输出轴的第一步进电机两端的输出轴通过联轴器分别与两端的丝杠连接。
所述第二步进电机有两台，为前、后设置，它们分别与前、后端梁中部固定。
所述丝杠有两根，第一步进电机两端的输出轴通过联轴器与丝杠连接，丝杠上设有螺旋配合的螺母滑块。
所述带立式座角接触球轴承有两对，它们固定在横梁和端梁的导轨支座中间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
在全转向模式下，该传动系统只涉及到滚珠丝杠副的运动和曲柄滑块机构的传动。滚珠丝杠以传递运动为主，能实现高速进给和精确的进给量。其次，该系统采用了对心曲柄滑块机构，传动状态较好，其结构简单轻便，设计思路与设计过程浅显易懂。
该全转向底盘机构的转向驱动装置用到三个步进电机，其中第一步进电机通过带动一套滚珠丝杠副和曲柄滑块机构来统一控制四个车轮的转向，从而实现智能小车零半径原地旋转及横向行驶；另外两个第二步进电机分别控制两前、后轮的同时同向或反向转向，使智能小车既能实现斜向行走，又能实现四轮低速转向，达到减小转弯半径的目的。
该全转向小车的核心转向传动机构只用了一套简单的滚珠丝杠副和对心曲柄连杆传动副，将该系统用于其他车辆上，则可以使车辆的整体结构更加轻便、简单，传动更加稳定。
附图说明
图1是本实用新型原地旋转状态三维图
图2是本实用新型横向行驶状态三维图
图3是本实用新型四轮低速转向状态三维图
图4是本实用新型的滚珠丝杠传动副三维图
图5是本实用新型的对心曲柄滑块传动副三维图
图6是本实用新型的两前轮(后轮)同步转向传动机构三维图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步的详细说明。
一种可用于地下管廊智能巡检车的全转向底盘机构，机构包括导轨支座1、底盘2、第一步进电机3、带立式座角接触球轴承4、带有轮毂电机和制动盘的车轮5、齿条套筒6、齿条7、滑块8、螺母滑块9、联轴器10、丝杠11、纵向导轨12、第二步进电机13、齿轮14、连杆15、弯杆16。其主要技术方案在于：底盘2呈方形结构，中部纵向安装具有双输出轴的第一步进电机3，电机轴与丝杠11通过联轴器10连接；带立式座角接触球轴承4和导轨支座1均固定在底盘2上面，丝杠11安装在带立式座角接触球轴承4上，纵向导轨12与导轨支座1固连，且与丝杠11平行；滑块8安装在纵向导轨12上，螺母滑块9与丝杠11进行螺旋配合，滑块8与螺母滑块9均固定在齿条套筒6上，齿条7装配在齿条套筒6中，同时利用齿条套筒6上的开口与齿轮14啮合；连杆15和齿条7两端设有通孔，齿条7和弯杆16分别与连杆15两端的通孔铰接，弯杆16与带有轮毂电机和制动盘的车轮5固定连接，同时与底盘2铰接；第二步进电机13固定在底盘2的底部，电机输出轴与齿轮14直接相连。
本实用新型的工作过程和工作原理：首先，原地旋转和横向行驶功能通过第一步进电机3驱动实现，第一步进电机3驱动丝杠11旋转，丝杠11的旋转运动转换成螺母滑块9的直线移动，齿条套筒6中间固定螺母滑块9，齿条套筒6两边用滚动直线导轨副中的滑块8支撑，通过螺母滑块9的直线移动带动齿条套筒6沿丝杠11轴向向车架底盘2中部做平行移动，齿条套筒6两端通过通孔与连杆15铰接，连杆15两端设有通孔，同时分别与齿条套筒6和弯杆16铰接，弯杆16、连杆15和齿条7同时构成对心曲柄滑块机构，利用曲柄滑块机构传递运动，当四个车轮都转动到每个车轮轴线的交点处在整个车辆的几何中心上时，控制第一步进电机3停止转动但不断电并处于保持状态，此时通过控制四个车轮上的轮毂电机的驱动可以实现小车车轮的原地旋转模式，如图1；当齿条套筒6继续沿丝杠11轴向向底盘2中部做平行移动时，四个车轮转过90°角，两前轮和两后轮分别共线并相互平行，同时与底盘横梁平行，此时通过控制各自轮毂电机的驱动即可实现横向行驶，如图2；当汽车完成原地旋转和横向行驶之后，通过控制第一步进电机3的反向转动，使套筒回到初始位置，车轮呈正常直行状态，此时锁定并切断第一步进电机电源，智能小车处于常规直行状态。当车辆在普通转向时需要减小转弯半径的时候，通过前后的第二步进电机13分别控制两前轮和两后轮向相反方向转动，当左右两边两轮轴线交点与转向中心重合时，此时车上的转向控制模块将指示第二步进电机13处于保持状态，驱动四个车轮上的轮毂电机，小车开始转弯，在转弯过程中，车轮的转向角会根据环境的变化通过车上的分析模块的指令而时刻作出调整，最终实现减小转弯半径的控制，如图3。当车辆需要斜向行驶的时候，通过控制前后的第二步进电机13分别控制两前轮和两后轮向相同方向转动，即能实现车辆的斜向行驶功能。
Claims (7)
1.一种全转向底盘机构，包括带有轮毂电机和制动盘的车轮(5)，齿条(7)的一端与连杆(15)的一端铰接，连杆(15)的另一端与弯杆(16)的一端铰接，弯杆(16)的另一端与带有轮毂电机和制动盘的车轮(5)固定并与底盘(2)铰接；其特征在于：底盘(2)为正方形框架结构，中部非均匀排列四根横梁，两头的端梁与相邻的横梁之间设有导轨支座(1)，纵向导轨(12)的两端通过导轨支座(1)与横梁固定，两根纵向导轨(12)之间设有丝杠(11)，设置在中间两根横梁上的具有双输出轴的第一步进电机(3)的两端输出轴与丝杠(11)通过联轴器(10)连接，丝杠(11)通过带立式座角接触球轴承(4)与设有导轨支座(1)的横梁和端梁中部固定，齿条套筒(6)两端的底部设有与纵向导轨(12)配合的滑块(8)，中间设有与丝杠(11)螺旋配合的螺母滑块(9)；第二步进电机(13)与底盘(2)端梁中部的底部固定。
2.根据权利要求1所述一种全转向底盘机构，其特征在于：所述纵向导轨(12)为四根，每一根纵向导轨的两端均通过导轨支座(1)与横梁和端梁固定。
3.根据权利要求1所述一种全转向底盘机构，其特征在于：所述丝杠(11)两端各自与带立式座角接触球轴承(4)配合固定。
4.根据权利要求1所述一种全转向底盘机构，其特征在于：所述齿条套筒(6)在正方形框架结构的底盘(2)上呈前、后设置，齿条套筒(6)内部设有齿条(7)。
5.根据权利要求1所述一种全转向底盘机构，其特征在于：所述齿条套筒(6)两端的底部均设有滑块(8)。
6.根据权利要求1所述一种全转向底盘机构，其特征在于：所述具有双输出轴的第一步进电机(3)两端的输出轴通过联轴器(10)分别与两端的丝杠(11)连接，丝杠(11)上设有螺旋配合的螺母滑块(9)。
7.根据权利要求1所述一种全转向底盘机构，其特征在于：所述第二步进电机(13)为前、后设置，它们分别与前、后端梁中部固定。
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