CN210592208U

CN210592208U - 一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构

Info

Publication number: CN210592208U
Application number: CN201921619724.9U
Authority: CN
Inventors: 洪日; 闵昭翔
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-09-27

Abstract

本实用新型公开一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构，包括：底盘；多个麦克纳姆轮组，其对称且可旋转支撑设置在所述底盘两侧，所述麦克纳姆轮组包括：行星架；太阳轮，其设置在所述行星架一侧中心；多个行星轮，其均匀设置在所述太阳轮周向的所述行星架同侧，并与所述太阳轮啮合；多个第一链轮，其设置在所述行星架另一侧，且与所述行星轮一一对应并同轴设置；多个第二链轮，其分别设置在所述第一链轮之间的所述行星架另一侧；链条，其依次连接所述第一链轮和所述第二链轮；多个麦克纳姆轮，其设置在所述行星架另一侧，且与所述第二链轮一一对应并同轴设置；动力机构，其输出端与所述太阳轮同轴连接，用于驱动所述太阳轮旋转。

Description

一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构

技术领域

本实用新型涉及车辆底盘结构技术领域，更具体的是，本实用新型涉及一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构。

背景技术

近年来，在救灾、反恐、物流等很多领域我们需要性能良好的地面机器人以执行探测、侦查、运输等任务。这种机器人小巧灵活，通过性好，能够出入各种复杂的地形环境，且通过搭载不同的上装平台可实现不同的功能，在市场上广受欢迎。目前市场上应用的还是传统的轮驱动的或履带式驱动的小型车辆底盘，但是这类底盘不具备全向移动能力，在某些狭小环境依旧使用不便。并且，由于底盘本身较小，在类似废墟、楼梯等环境行进时，更加考验底盘的越障能力。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构，在底盘两侧对称可旋转支撑设置有多个麦克纳姆轮组，并在麦克纳姆轮组中设置有二自由度行星轮系，使得底盘可以并能够在地面上进行各种姿态的运动，提高车辆在狭小空间内的通过性以及翻越障碍物的能力。

本实用新型提供的技术方案为：

一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构，包括：

底盘；以及

多个麦克纳姆轮组，其对称且可旋转支撑设置在所述底盘两侧，所述麦克纳姆轮组包括：

行星架；

太阳轮，其设置在所述行星架一侧中心，且能够沿自身轴向旋转；

多个行星轮，其均匀设置在所述太阳轮周向，与所述太阳轮啮合，所述行星轮能够绕所述太阳轮轴向公转并带动所述行星架旋转，也能够绕自身轴向旋转；

多个第一链轮，其设置在所述行星架另一侧，且与所述行星轮一一对应并同轴设置，所述第一链轮与对应的所述行星轮同步运动；

多个第二链轮，其分别设置在所述第一链轮之间的所述行星架另一侧，且能够绕自身轴向旋转；

链条，其依次连接所述第一链轮和所述第二链轮，并处于张紧状态；

其中，所述第一链轮和所述第二链轮分别位于所述链条两侧；

多个麦克纳姆轮，其设置在所述行星架另一侧，且与所述第二链轮一一对应并同轴设置，所述麦克纳姆轮与对应的所述第二链轮同步运动；

动力机构，其输出端与所述太阳轮同轴固定连接，用于驱动所述太阳轮旋转。

优选的是，所述行星架包括：

第一架板；

第二架板，其与所述第一架板平行间隔设置；

其中，所述第一架板和所述第二架板的结构一致，均为三角形板状结构；以及

所述太阳轮和行星轮设置在所述第一架板外侧面，所述第一链轮、第二链轮和链条设置在所述第一架板和所述第二架板之间，所述麦克纳姆轮设置在所述第二架板外侧。

优选的是，还包括：

太阳轮轴，其固定穿过所述太阳轮，且一端可旋转设置在所述第一架板外侧面中心，另一端与所述动力机构的输出端固定连接；

多个行星轴，其可旋转穿过所述第一架板和所述第二架板，并与所述行星轮一一对应；

其中，所述行星轮同轴固定设置在位于所述第一架板外侧的所述行星轴上，所述第一链轮同轴固定设置在位于所述第一架板和所述第二架板之间的所述行星轴上；

多个链轮轴，其可旋转穿过所述第一架板和所述第二架板，并与所述第二链轮一一对应；

其中，所述第二链轮同轴固定设置在位于所述第一架板和所述第二架板之间的所述链轮轴上，所述麦克纳姆轮固定设置在位于所述第二架板外侧的所述链轮轴上。

优选的是，所述动力机构还包括：

轴承座，其间隔设置在所述第一架板外侧，且中心可旋转穿过所述动力机构的输出端；

其中，所述太阳轮和所述行星轮设置在所述第一架板和所述轴承座之间，所述行星轴可旋转所述轴承座。

优选的是，还包括坡角传感器，其设置在所述底盘上，用于检测车辆行驶底面坡度。

优选的是，所述麦克纳姆轮组为4个，且对称可旋转支撑设置在所述底盘上；每个所述麦克纳姆轮组设置有3个麦克纳姆轮，并围成等边三角形。

本实用新型所述的有益效果：

(1)本实用新型设计开发的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，在底盘两侧对称可旋转支撑设置有多个麦克纳姆轮组，使得底盘可以并能够在地面上进行各种姿态的运动，包括前后平移、自旋、横移、斜行、转弯等，提高车辆在狭小空间内的通过性以及翻越障碍物的能力，实现在良好路面、楼梯、废墟等复杂环境下移动。

(2)本车辆底盘通过搭载二自由度行星轮系连接麦克纳姆轮组，以行星轮系自身的机械特性，实现平地正常行驶，遇到障碍物自动识别并支撑起底盘越障的功能，无需冗杂的传感器及控制系统。相比较传统地面机器人底盘，本实用新型提高了在狭小空间内的通过性以及翻越障碍物的能力。

附图说明

图1为本实用新型所述应用复杂地形的小型车辆底盘结构的结构示意图。

图2为本实用新型所述麦克纳姆轮组的结构示意图。

图3为本实用新型所述太阳轮和行星轮的布置结构示意图。

图4为本实用新型所述链轮组的布置结构示意图。

图5为本实用新型所述车辆越障时的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本实用新型提供一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构，本车辆底盘100中共有四个动力机构110，由于采用麦克纳姆轮驱动，为了精确控制车身姿态，动力机构选为伺服电机。电机上集成有传动比合适的减速箱。电源，采用锂电池组，固定于车架上。在底盘100上还设置有坡脚传感器，用于检测车辆行驶的路面坡度。

本车辆底盘100中，动力传递路线为电机-行星轮系-麦克纳姆轮。共有4组电机110及行星轮系120；每组行星轮系120上连接有3个麦克纳姆轮130(合称为麦克纳姆轮组)，三个麦克纳姆轮130围成等边三角形，底盘100上共有12个麦克纳姆轮130。行星轮系120中包含行星齿轮组和链轮组，两者分别布的置在相邻且平行的两个平面上，两平面之间存在有行星架140。

如图2所示，所述的行星架140包括相互平行间隔设置的第一架板141和第二架板142，两者结构一致，均为三角形板状结构。

所述的行星轮系120包括太阳轮121，其通过太阳轮轴122可旋转设置在第一架板141外侧中心，太阳轮轴122固定穿过太阳轮121的中心，且一端可旋转设置在第一架板141外侧面中心，多个行星轮123，其通过行星轴124均匀设置在太阳轮121周向的第一架板141同侧，并与121太阳轮啮合，行星轮123能够绕太阳轮121轴向公转并带动行星架140旋转，也能够绕自身轴向旋转。所述的行星轴124可旋转穿过第一架板141和第二架板142，所述的行星轮123同轴固定设置在位于第一架板141外侧的行星轴124上，如图3所示。

所述的的行星轮系120还包括链轮组，如图4所示，具体包括多个第一链轮125，其设置在第一架板141和第二架板142之间，且与行星轮123一一对应并同轴固定位于第一架板141和第二架板142之间的行星轴124上，所述的第一链轮125与对应行星轮123同步运动；多个第二链轮126，其通过链轮轴127分别设置在第一链轮125之间的行星架140另一侧(即第一架板141和第二架板142之间)，且能够绕自身轴向旋转。所述的链轮轴127可旋转穿过第一架板141和第二架板142，并与第二链轮126一一对应，所述的第二链轮136同轴固定设置在位于第一架板141和第二架板142之间的链轮轴127上，所述的麦克纳姆轮130固定设置在位于第二架板142外侧的链轮轴127上，与对应第二链轮126同步运动。链条128，其依次连接第一链轮125和第二链轮126，并处于张紧状态，并且第一链轮125和第二链轮126位于链条128两侧。

伺服电机110的输出轴111与太阳轮轴122花键连接，用于驱动太阳轮121旋转。本实施例中，还包括轴承座129，其间隔设置在第一架板141外侧，且中心可旋转穿过伺服电机110的输出轴，输出轴能够在轴承座129内自由旋转；所述的行星轴124位于第一架板141外侧的一端可旋转穿过轴承座129。所述的太阳轮121和行星轮123设置在第一架板141和轴承座129之间。

本车辆底盘上搭载的行星轮系120在驱动时具有行星轮123自转与行星轮123公转两个自由度。驱动时动力自电机减速箱输出轴输入至太阳轮121，太阳轮121与行星轮123啮合，行星轮121自转或公转两个自由度都没有刚性约束。行星轮123公转会带动行星架140旋转，同时带动外围的三个麦克纳姆轮130绕行星轮系120中心轴线公转；行星轮123自转会带动同轴的第一链轮125，经链条128驱动三个第二链轮126旋转，第二链轮126又通过链轮轴127带动与之相连的麦克纳姆轮绕轮130绕自身轴线自转。

故当车辆平地行进时，由于电机输出转矩较低，行星轮公转转矩小于由于车身重力带来的约束，故行星轮无法公转，行星轮自转经链传动驱动麦克纳姆轮自转，驱动车辆向前行驶。当车辆遇到障碍物时，电机输出转矩增大，行星轮公转转矩也增大，当大于由车辆重力带来的约束时，行星齿轮开始公转，同时带动行星架、麦克纳姆轮公转，驱动车辆前进并翻越障碍物。

麦克纳姆轮130由轮辐和固定在外周的许多小辊子组成，轮子和辊子之间的夹角为45°。每个轮子具有三个自由度，一个是绕轮子轴心转动，第二个是绕辊子轴心转动，第三个是绕轮子和地面的接触点转动。轮子由行星轮系中的第二链轮的链轮轴驱动，故其余下两个自由度自由运动。每组行星轮系上装有三个选项相同的麦克纳姆轮，三个轮子由各自相连的第二链轮经链条固连。平地使用时每组行星轮系有两个麦克纳姆轮接地，另一个悬空。故车辆在平地行进时有八个行进轮接地。相邻的两组行星轮系上的麦克纳姆轮有不同的旋向。由于麦克纳姆轮独特的结构，可以在路面良好的环境下进行全向移动，任意切换直行、横移、斜行等运动状态。而在泥地、沙地等附着系数差的路面上行驶时，每个麦克纳姆轮上的接地的多个辊子又构成了深刻的轮胎纹路，可以增大附着系数。

(1)当车辆无障碍物平地行进时，行星轮仅绕自身轴向旋转，并通过第一链轮和第二链轮驱动麦克纳姆轮自转，驱动车辆行驶；

(2)当车辆遇障碍物行驶时(如图5所示)，行星轮绕自身轴向旋转的同时也绕太阳轮轴向公转，驱动行星架带动麦克纳姆轮组旋转，驱动车辆前进并翻越障碍物；

其中，当所述车辆行驶时，每个麦克纳姆轮组中有且仅有2个麦克纳姆轮同时接地。

本实用新型设计开发的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，在底盘两侧对称可旋转支撑设置有多个麦克纳姆轮组，使得底盘可以并能够在地面上进行各种姿态的运动，包括前后平移、自旋、横移、斜行、转弯等，提高车辆在狭小空间内的通过性以及翻越障碍物的能力，实现在良好路面、楼梯、废墟等复杂环境下移动。本车辆底盘通过搭载二自由度行星轮系连接麦克纳姆轮组，以行星轮系自身的机械特性，实现平地正常行驶，遇到障碍物自动识别并支撑起底盘越障的功能，无需冗杂的传感器及控制系统。相比较传统地面机器人底盘，本实用新型提高了在狭小空间内的通过性以及翻越障碍物的能力。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种应用复杂地形的小型车辆底盘结构，其特征在于，包括：

底盘；以及

行星架；

多个行星轮，其均匀设置在所述太阳轮周向，且与所述太阳轮啮合，所述行星轮能够绕所述太阳轮轴向公转并带动所述行星架旋转，也能够绕自身轴向旋转；

2.如权利要求1所述的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，其特征在于，所述行星架包括：

第一架板；

第二架板，其与所述第一架板平行间隔设置；

3.如权利要求2所述的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，其特征在于，还包括：

4.如权利要求3所述的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，其特征在于，所述动力机构还包括：

5.如权利要求1、2、3或4所述的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，其特征在于，还包括坡角传感器，其设置在所述底盘上，用于检测车辆行驶底面坡度。

6.如权利要求1、2、3或4所述的应用复杂地形的小型车辆底盘结构，其特征在于，所述麦克纳姆轮组为4个，且对称可旋转支撑设置在所述底盘上；每个所述麦克纳姆轮组设置有3个麦克纳姆轮，并围成等边三角形。