CN209023001U - 一种基于目标追踪的全自由度底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于目标追踪的全自由度底盘，包括车架，以及安装在所述车架上的左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，所述车架上安装有驱动所述左前轮和右前轮同时行走的驱动行走装置Ⅰ，驱动所述左后轮和右后轮同时行走的驱动行走装置Ⅱ，驱动所述左前轮和右前轮同时转向的驱动改向装置Ⅰ，以及驱动所述左后轮和右后轮同时转向的驱动改向装置Ⅱ。本实用新型通过相互独立的驱动装置使两前轮、两后轮分别同时行走、同时改向，实现了绕固定点做圆周运动，方便对目标进行追踪，传动动力和转向动力互不干扰，实现了底盘的全向旋转和前进后退，可适应多种环境特点，具有高度的灵活性。

Description

一种基于目标追踪的全自由度底盘

技术领域

本实用新型涉及履带车底盘领域，尤其涉及到一种基于目标追踪的全自由度底盘。

背景技术

随着科技的发展，越来越多的人工作业被机器人所代替，大幅提高了作业效率。但是由于在移动上的限制，无法被用于恶劣环境，例如工业中在将粉尘罐周边的粉料往罐内推送时，粉尘对工人的健康造成伤害，由于罐顶常备散落的粉尘覆盖，现有的机器人无法正常移动，而且罐口位于中心位置，机器人的移动轨迹以绕罐口中心为圆心的圆形，目前的机器人也无法实现绕固定点圆周行驶而进行目标追踪，使用范围受到限制，不能代替人工进行推料。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种基于目标追踪的全自由度底盘，该底盘转向灵活性好，制作成本低，而且可以实现绕固定点做圆周行驶。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，提供一种基于目标追踪的全自由度底盘，包括车架，以及安装在所述车架上的左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，所述车架上安装有驱动所述左前轮和右前轮同时行走的驱动行走装置Ⅰ，驱动所述左后轮和右后轮同时行走的驱动行走装置Ⅱ，驱动所述左前轮和右前轮同时转向的驱动改向装置Ⅰ，以及驱动所述左后轮和右后轮同时转向的驱动改向装置Ⅱ。

本方案通过设置驱动行走装置Ⅰ和驱动行走装置Ⅱ实现底盘整体移动，通过驱动改向装置Ⅰ和驱动改向装置Ⅱ分别带动左前轮、右前轮、左后轮和右后轮进行改向转动，改向后，驱动行走装置Ⅰ和驱动行走装置Ⅱ分别驱动两前轮和两后轮，实现前轮和后轮线速度的独立调整，从而实现沿以固定点为圆心的圆周移动。

作为优化，所述左前轮、右前轮、左后轮和右后轮均为履带轮，履带轮架上安装有带动履带轮主轮转动的涡轮，所述涡轮啮合连接有通过轴承穿设安装在车架上的蜗杆。本优化方案中的车轮采用履带轮，可以适应恶劣的工况，并且方便进行全向调整，通过设置涡轮、蜗杆机构与主轮连接，方便动力设备的安装，传动平稳可靠，涡轮可以与主轮同轴连接，也可以通过带传动或者链传动等传动装置与主轮连接。

作为优化，所述驱动行走装置Ⅰ包括固定安装在与左前轮和右前轮对应的蜗杆上的同步行走链轮Ⅰ，以及连接两同步行走链轮Ⅰ的同步行走链条Ⅰ，与左前轮和右前轮对应蜗杆中的其中一根蜗杆连接固设在车架上的行走电机Ⅰ。本优化方案通过行走电机Ⅰ带动其中一根蜗杆转动，利用同步行走链轮Ⅰ和同步行走链条Ⅰ带动另一根蜗杆同时转动，从而实现了左前轮和右前轮的同时行走，为了方便安装，行走电机Ⅰ可通过伞齿轮传动带动蜗杆转动。

作为优化，所述同步行走链条Ⅰ内安装有张紧装置，所述张紧装置包括通过转轴与车架铰接的拉板，以及安装在转轴一侧的拉板上且与同步链条Ⅰ啮合的张紧轮，转轴另一侧的拉板上设有与车架连接的拉紧弹簧。本优化方案的张紧装置通过拉紧弹簧拉动拉板，使张紧轮始终紧贴同步链条Ⅰ，实现对同步链条Ⅰ的张紧，保证左前轮和右前轮转动的同步性和可靠性。

作为优化，所述驱动改向装置Ⅰ包括固定在车架上的改向电机Ⅰ，所述蜗杆上同轴套设有通过轴承与车架连接的转向套，转向套上开设供蜗杆和涡轮啮合通过的豁口，所述转向套通过横轴与履带轮架轴接，转向套的外圆设有链齿，与左前轮和右前轮对应的转向套之间通过与链齿啮合的环形齿链Ⅰ连接，与左前轮和右前轮对应的其中一个转向套通过伞齿轮传动与改向电机Ⅰ连接。本优化方案通过改向电机Ⅰ带动其中一个转向套转动，通过环形齿链Ⅰ带动另一个转向套同时转动，从而使左前轮和右前轮同时发生相同转角的转动，保证了转向的可靠性；伞齿轮传动可以使改向电机Ⅰ横向设置，降低设备的高度，增加了整体的稳定性。

作为优化，所述驱动改向装置Ⅱ包括固定在车架上的改向电机Ⅱ，与左后轮和右后轮对应的转向套之间通过与链齿啮合的环形齿链Ⅱ连接，与左后轮和右后轮对应的其中一个转向套通过伞齿轮传动与改向电机Ⅱ连接。本优化方案通过改向电机Ⅱ带动其中一个转向套转动，通过环形齿链Ⅱ带动另一个转向套同时转动，从而使左后轮和右后轮同时发生相同转角的转动，保证了转向的可靠性；伞齿轮传动可以使改向电机Ⅱ横向设置，降低设备的高度，增加了整体的稳定性。

作为优化，所述横轴位于履带轮水平段的前方，履带轮的水平段与转向套之间还通过气弹簧连接。本优化方案通过设置气弹簧，在履带轮前端压到凸起物上时，气弹簧顺势收缩，起到减震作用，减小了设备的颠簸。

作为优化，所述蜗杆包括悬挂轴和套设在悬挂轴上且与涡轮啮合的蜗杆套，所述悬挂轴与蜗杆套通过键连接，蜗杆套上下两侧的悬挂轴上分别限位台，蜗杆套上方的限位台与蜗杆套之间的距离为蜗杆套螺纹螺距的0.8~1倍。在履带轮架随转向套转动时，涡轮随之绕蜗杆转动，由于螺纹带的作用，涡轮与蜗杆之间存在轴向的相互作用力，本优化方案通过蜗杆套的设置，使蜗杆套在该作用力下发生轴向位移，避免车架发生倾斜，蜗杆套与悬挂轴之间通过键连接，避免发生周向的转动，保证了涡轮的正常转动，通过设置限位台，避免蜗杆套掉落，蜗杆套上方的限位台与蜗杆套之间的距离设置保证了蜗杆套足够的位移空间，同时避免由于位移空间过大而影响涡轮的正常转动。

作为优化，所述车架包括安装所述左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的底板，以及位于所述底板上方的顶板，所述底板和顶板上均开设有放置通孔。本优化方案车架的设置减轻了重量，并且通过设置放置通孔还可以方便在顶板和底板之间安装部件，方便检修，同时给底板下方留出更多的空间，提高了底盘的通行性能。

本实用新型的有益效果为：通过相互独立的驱动装置使两前轮同时行走、同时改向，两后轮同时行走、同时改向，实现了绕固定点做圆周运动，方便对目标进行追踪，传动动力和转向动力互不干扰，实现了底盘的全向旋转和前进后退，可适应多种环境特点，具有高度的灵活性，并且两前轮和两后轮分别共用一台行走电机和改向电机，减小了动力源数量，是整车更加轻便。

附图说明

图1为本实用新型轴测视图Ⅰ；

图2为本实用新型轴测视图Ⅱ；

图3为本实用新型侧视图；

图4为图3中A-A剖视图；

图5为同步行走链条Ⅰ内的张紧装置示意图；

图6为前后轮旋转角度的算法原理图；

图中所示：

1、车架，2、同步行走链轮Ⅰ，3、右前轮，4、环形齿链Ⅰ，5、左前轮，6、左后轮，7、张紧装置，7.1、拉板，7.2、张紧轮，7.3、转轴，7.4、拉紧弹簧，8、同步行走链条Ⅰ， 9、涡轮，10、改向电机Ⅰ，11、蜗杆，11.1、悬挂轴，11.2、蜗杆套，12、行走电机Ⅱ，13、改向电机Ⅱ，14、行走电机Ⅰ，15、从动链轮，16、主动链轮，17、气弹簧，18、主轮，19、横轴，20、转向套。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种基于目标追踪的全自由度底盘，包括车架1，以及安装在所述车架1上的左前轮5、右前轮3、左后轮6和右后轮，其中车架包括安装所述左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的底板，以及位于所述底板上方的顶板，所述底板和顶板上均开设有放置通孔，顶板和底板之间可用于安放各电机和其他元件，并且通过开设放置通孔方便进行拆装和检修，同时减轻了整机重量。车架1上安装有驱动所述左前轮5和右前轮3同时行走的驱动行走装置Ⅰ，驱动所述左后轮6和右后轮同时行走的驱动行走装置Ⅱ，驱动所述左前轮和右前轮同时转向的驱动改向装置Ⅰ，以及驱动所述左后轮6和右后轮同时转向的驱动改向装置Ⅱ。

左前轮、右前轮、左后轮和右后轮均为履带轮，履带轮架上安装有通过传动装置带动履带轮主轮18转动的涡轮9，所述涡轮9啮合连接有通过轴承穿设安装在车架1上的蜗杆11。蜗杆11包括悬挂轴11.1和套设在悬挂轴上且与涡轮9啮合的蜗杆套11.2，所述悬挂轴11.1通过轴承与顶板连接，与蜗杆套11.2通过键连接，蜗杆套上下两侧的悬挂轴上分别限位台，蜗杆套上方的限位台与蜗杆套之间的距离等于蜗杆套螺纹的螺距。传动装置包括与涡轮同轴的主动链轮16，以及与主轮18同轴的从动链轮15，主动链轮16和从动链轮15通过传送链连接。

驱动行走装置Ⅰ包括固定安装在与左前轮和右前轮对应的蜗杆上的同步行走链轮Ⅰ2，以及连接两同步行走链轮Ⅰ的同步行走链条Ⅰ8，与左前轮对应的蜗杆连接固设在车架底板上的行走电机Ⅰ14，行走电机Ⅰ通过伞齿轮传动带动蜗杆转动。

同步行走链条Ⅰ8内安装有张紧装置7，所述张紧装置7包括通过转轴7.3与车架铰接的拉板7.1，以及安装在转轴一侧的拉板上且与同步链条Ⅰ啮合的张紧轮7.2，转轴另一侧的拉板上设有与车架连接的拉紧弹簧7.4。

驱动行走装置Ⅱ包括固定安装在与左后轮和右后轮对应的蜗杆上的同步行走链轮Ⅱ，以及连接两同步行走链轮Ⅱ的同步行走链条Ⅱ，与右后轮对应的蜗杆连接固设在车架底板上的行走电机Ⅱ12，行走电机Ⅱ12通过伞齿轮传动带动蜗杆转动。

驱动改向装置Ⅰ包括固定在车架底板上的改向电机Ⅰ10，所述蜗杆上同轴套设有通过轴承与车架底板连接的转向套20，转向套20上开设供蜗杆和涡轮啮合通过的豁口，所述转向套通过横轴19与履带轮架轴接，转向套上固接有穿设所述横轴的立板，横轴19位于履带轮水平段的前方，履带轮的水平段与转向套之间还通过气弹簧17连接。转向套的外圆设有链齿，与左前轮和右前轮对应的转向套之间通过与链齿啮合的环形齿链Ⅰ4连接，与右前轮对应的转向套上同轴固接有伞齿轮，并通过伞齿轮传动与改向电机Ⅰ10连接。

驱动改向装置Ⅱ包括固定在车架底板上的改向电机Ⅱ13，与左后轮和右后轮对应的转向套之间通过与链齿啮合的环形齿链Ⅱ连接，与左后轮对应的转向套上同轴固接有伞齿轮，并通过伞齿轮传动与改向电机Ⅱ连接。

使用时，48V的行走电机Ⅰ和行走电机Ⅱ正转，带动底盘朝固定目标方向径向移动，到达指定位置后，行走电机Ⅰ和行走电机Ⅱ反向转动，带动底盘按原路径返回至初始位置；改向电机Ⅰ带动左前轮和右前轮同时旋转设定角度，改向电机Ⅱ带动左后轮和右后轮同时旋转设定角度，再由行走电机Ⅰ和行走电机Ⅱ带动整机整体移动；由于前轮和后轮旋转角度分别控制，改向后行走速度分别控制，实现了前轮和后轮不同角度的转向，和前后轮的差速行驶，从而使整车能够完成绕一个固定点进行圆周行驶的动作，实现对目标进行追踪的功能。

为了方便测距，本实施例在车架前沿中心安装激光传感器，通过激光传感器测量车架前沿中心点到固定点之间的距离，并将测得数据传送给中央处理器。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种基于目标追踪的全自由度底盘，包括车架（1），以及安装在所述车架（1）上的左前轮（5）、右前轮（3）、左后轮（6）和右后轮，其特征在于：所述车架（1）上安装有驱动所述左前轮（5）和右前轮（3）同时行走的驱动行走装置Ⅰ，驱动所述左后轮（6）和右后轮同时行走的驱动行走装置Ⅱ，驱动所述左前轮和右前轮同时转向的驱动改向装置Ⅰ，以及驱动所述左后轮（6）和右后轮同时转向的驱动改向装置Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述左前轮、右前轮、左后轮和右后轮均为履带轮，履带轮架上安装有带动履带轮主轮（18）转动的涡轮（9），所述涡轮（9）啮合连接有通过轴承穿设安装在车架（1）上的蜗杆（11）。

3.根据权利要求2所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述驱动行走装置Ⅰ包括固定安装在与左前轮和右前轮对应的蜗杆上的同步行走链轮Ⅰ（2），以及连接两同步行走链轮Ⅰ的同步行走链条Ⅰ（8），与左前轮和右前轮对应蜗杆中的其中一根蜗杆连接固设在车架上的行走电机Ⅰ（14）。

4.根据权利要求3所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述同步行走链条Ⅰ内安装有张紧装置（7），所述张紧装置（7）包括通过转轴（7.3）与车架铰接的拉板（7.1），以及安装在转轴一侧的拉板上且与同步链条Ⅰ啮合的张紧轮（7.2），转轴另一侧的拉板上设有与车架连接的拉紧弹簧（7.4）。

5.根据权利要求2所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述驱动改向装置Ⅰ包括固定在车架上的改向电机Ⅰ（10），所述蜗杆上同轴套设有通过轴承与车架连接的转向套（20），转向套（20）上开设供蜗杆和涡轮啮合通过的豁口，所述转向套通过横轴（19）与履带轮架轴接，转向套的外圆设有链齿，与左前轮和右前轮对应的转向套之间通过与链齿啮合的环形齿链Ⅰ（4）连接，与左前轮和右前轮对应的其中一个转向套通过伞齿轮传动与改向电机Ⅰ（10）连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述驱动改向装置Ⅱ包括固定在车架上的改向电机Ⅱ（13），与左后轮和右后轮对应的转向套之间通过与链齿啮合的环形齿链Ⅱ连接，与左后轮和右后轮对应的其中一个转向套通过伞齿轮传动与改向电机Ⅱ连接。

7.根据权利要求5所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述横轴（19）位于履带轮水平段的前方，履带轮的水平段与转向套之间还通过气弹簧（17）连接。

8.根据权利要求5所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述蜗杆（11）包括悬挂轴（11.1）和套设在悬挂轴上且与涡轮啮合的蜗杆套（11.2），所述悬挂轴（11.1）与蜗杆套（11.2）通过键连接，蜗杆套上下两侧的悬挂轴上分别限位台，蜗杆套上方的限位台与蜗杆套之间的距离为蜗杆套螺纹螺距的0.8~1倍。

9.根据权利要求1所述的一种基于目标追踪的全自由度底盘，其特征在于：所述车架包括安装所述左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的底板，以及位于所述底板上方的顶板，所述底板和顶板上均开设有放置通孔。