CN112693272A - 并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘*** - Google Patents
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Abstract
本发明并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***,涉及机器人底盘技术领域，尤其涉及用于承载机器人走形的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***。本发明包括：底盘框架和非独立悬挂轮组；底盘框架是由两根横梁和两根纵梁组成的井字形框架结构；非独立悬挂轮组是由两组结构相同的独立悬挂以及两个前轮和两个后轮组成；两组独立悬挂对称装于底盘框架两端上部；两个前轮和两个后轮分别装于两组独立悬挂的前部和后部。本发明的技术方案解决了现有技术中的单轮踩空预定动作时效，单轮过障碍稳定性差，下台阶时悬挂***发挥不出作用，吸能有限对连杆中弹簧强度要求高等问题。
Description
技术领域
本发明并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***,涉及机器人底盘技术领域，尤其涉及用于承载机器人走形的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***。
背景技术
随着机器人技术的发展和推广，机器人被应用于各种环境中。机器人在复杂环境和地形中行走时，拥有优越减震的底盘对保护机器人上的精密部件意义重大。现有的机器人底盘悬挂***通常遵循传统汽车悬挂的设计需求，即只注重悬挂的缓冲和减震作用。例如，专利文献CN111137089A公开了一种基于麦克纳姆轮的独立悬挂底盘，该种悬挂可以在通过较小的不平路面时达到很好的减震效果，但在其它情况下有较大缺陷：由于悬挂所适配的底盘采用麦克纳姆轮四轮驱动方案，其每个轮子必须与地面产生足够的压力才能确保底盘全向移动的正确执行，而当这种悬挂遇到上下坡或单个轮踩空等复杂环境时，很容易使预设的动作失效，侧向前进的时候，由于麦克纳姆轮的特性，前后轮会受到等大反向力，对摇臂产生一对力矩，导致机构较大响应。
还有一些悬挂的设计，较完善地考虑了麦克纳姆轮的特性，例如专利文献CN111267569A公开的一种基于机械连杆机构的自适应悬挂底盘***。但是该悬挂***有三个显著缺点：一是，下台阶是机器人时常遇到的工况，但是该型悬挂在下台阶时未发挥悬挂***附着地面的作用；二是单个轮子越过障碍的时候，车身会产生至多约轮子倾斜幅度一半的晃动；三是吸能结构单一且吸能十分有限，对连杆中弹簧的强度要求较高。
针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
根据上述现有技术提出的单轮踩空预定动作时效，单轮过障碍稳定性差，下台阶时悬挂***发挥不出作用，吸能有限对连杆中弹簧强度要求高等技术问题，而提供一种并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***。本发明主要采用并联的自适应非独立式独立悬挂结构与麦克纳姆轮结合的底盘***，解决上述现有技术存在的问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***包括：底盘框架和非独立悬挂轮组；
进一步地，底盘框架是由两根横梁和两根纵梁组成的井字形框架结构；
进一步地，非独立悬挂轮组是由两组结构相同的独立悬挂以及两个前轮和两个后轮组成；两组独立悬挂对称装于底盘框架两端上部；两个前轮和两个后轮分别装于两组独立悬挂的前部和后部。
进一步地，底盘框架的两根纵梁下方，位于两根横梁中间位置设置有一根加固横梁。
进一步地，两根纵梁的上部和下部分别设置有三个呈左右对称的固定板，六块固定板分别同时连接两个横梁和加固横梁。
进一步地，独立悬挂包括：铝方管、连接前后摇臂的弹簧、前摇臂、弹簧安装柱、前减震弹簧、后摇臂、电动机、前轮、后轮和电机连接法兰；
进一步地，铝方管固定装于两根横梁的端部；
进一步地，连接前后摇臂的弹簧装于铝方管的内部；
进一步地，前摇臂上端的上部通过弹簧安装柱与连接前后摇臂的弹簧的前端轴接，中上部与装于铝方管上的前减震弹簧相连接，下部与铝方管的前端铰接；
进一步地，后摇臂上端的上部通过弹簧安装柱与连接前后摇臂的弹簧的后端轴接，中上部与装于铝方管上的后减震弹簧相连接，下部与铝方管的后端铰接；
进一步地，前摇臂和后摇臂的下部装有电动机；
进一步地，前摇臂和后摇臂上的电动机分别通过电机连接法兰装有前轮和后轮。
进一步地，前摇臂与后摇臂结构相同，均包括：两个摇臂侧板、摇臂连接板和限位加固铝管；
进一步地，两个摇臂侧板通过摇臂连接板相连接，组成摇臂主体；
进一步地，两个摇臂侧板之间装有限位加固铝管；
进一步地，限位加固铝管位于电动机旁。
进一步地，连接前后摇臂的弹簧为带有阻尼的气弹簧。
本发明还提供了一种，
本发明的工作原理如下：
两侧独立悬挂***对称安装，为并联式，可独立运动。
减震***初始安装状态为，连接前后摇臂的弹簧处于有一定压缩量的状态，连接前后摇臂的弹簧可伸长或者继续压缩，连接前后摇臂的弹簧处于未压缩或受拉未变形状态。同侧的前后麦克纳姆轮组通过连接前后摇臂的弹簧进行力的传递，使得前后轮的减震器能迅速响应前后轮压力的变化，因而任意一个轮子因特殊地形变化引起轮子对地面压力变化时，同侧另一轮子可以迅速适应此变化，同时一侧减震***压力变化也会引起另一侧减震***的自适应调节。在连接前后摇臂的弹簧不压缩情况下，前后轮行程为同等距离a，单侧悬挂***整体行程为2a，另一侧悬挂***根据压力变化情况产生一个对应的调节力，另一侧悬挂***行程为2b，a与b数值位于同一个区间内。在连接前后摇臂的弹簧压缩情况下，受压力大一侧轮子行程大，另一侧行程小，单侧减震***受力达到平衡。
在不同工况下，本发明体现不同的适应效果：
工况1：横向运动的时候，由于麦克纳姆轮的特性，前后轮会受到等大反向力，对摇臂产生一对力矩，此力矩在前后移动时不会出现，导致摇臂在不同方向运动时受力不统一，本发明中的连接前后摇臂的弹簧初始压缩力大于变化力矩，可使变化力矩对连接前后摇臂的弹簧的影响消失，且能保证车体横向移动时的稳定；
工况2：底盘前后移动时，当前轮和后轮附着力的差值突然增大的时候，连接前后摇臂的弹簧两端受力不同，相对底盘框架发生运动，其运动结果便是压下附着力较小的一端，以平衡前后轮的附着力。当附着力差值很极端的时候，比如下台阶或斜向下台阶时，一轮悬空，附着力为0，另一侧轮受地面支持力上抬，带动连接前后摇臂的弹簧运动，该连接前后摇臂的弹簧下压悬空的轮子，该轮提前触地，加速轮子对地形变化的响应速度；这个过程中，半边底盘框架悬空的时间相较其他类型的悬挂短，缓冲时间增加，车体落地时所受冲击力就小；
工况3：单轮过障碍时，该轮连接的摇臂抬起，减震弹簧压缩，连接前后摇臂的弹簧下压另一轮的摇臂，前后轮的减震弹簧及连接前后摇臂的弹簧同时参与减震过程，同时另一侧悬挂***也进行应对压力变化的调节，可使底盘的因障碍物产生的倾斜角较小；
工况4：底盘压力剧增时，常见情况为落地冲击，若四轮同时着地无压力差，弹簧减震器与连接前后摇臂的弹簧同时压缩，可吸收较多能量，极大的减小多车体其他部分的冲击，若非四轮同时着地，则可理解为工况2，以工况2进行调节，同时吸收大部分能量。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，通过连接车轮的前后摇臂，减震弹簧和连接前后摇臂的气弹簧，实现了当一个轮子遇到障碍物时，该轮连接的摇臂抬起，减震弹簧压缩，连接前后摇臂的气弹簧下压另一轮的摇臂，前后轮的减震弹簧及连接前后摇臂的弹簧同时参与减震过程，故减震行程较独立悬挂长至少一倍；可选用劲度系数较小的减震弹簧，对弹簧强度要求较低；
2、本发明提供的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，通过连接车轮的前后摇臂，减震弹簧和连接前后摇臂的气弹簧，实现了当前轮和后轮附着力的差值突然增大的时候，连接前后摇臂的弹簧两端受力不同，相对底盘框架发生运动，其运动结果便是压下附着力较小的一端，以平衡前后轮的附着力；当附着力差值很极端的时候，比如下台阶时，一轮悬空，附着力为0，另一轮受地面支持力上抬，带动连接前后摇臂的气弹簧运动，该气弹簧下压悬空的轮子，该轮提前触地；这个过程中，半边车体装配悬空的时间相较其他类型的悬挂短，缓冲时间增加，车体落地时所受冲击力就小。
3、本发明提供的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，当悬挂遇到凹凸不平的路面，例如单轮越过障碍时，前后轮压力的分配靠摇臂相对车体的旋转和连接前后摇臂的弹簧实现，该过程不需要车体产生额外的力矩，故车体晃动较小
4、本发明提供的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，连接前后摇臂的气弹簧可以平衡对等大反向力，解决了当麦克纳姆轮用于沿车体装配左右方向移动时，会产生分别作用于前后轮的一对等大反向力，从而导致多数悬挂***的摇臂旋转响应问题。
综上，应用本发明的技术方案解决了现有技术中的单轮踩空预定动作时效，单轮过障碍稳定性差，下台阶时悬挂***发挥不出作用，吸能有限对连杆中弹簧强度要求高等问题。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明抽测图。
图2为本发明主视图。
图3为本发明前摇臂装配示意图。
图中：1、底盘框架101、横梁102、纵梁103、加固横梁104、固定板2、非独立悬挂轮组201、铝方管202、连接前后摇臂的弹簧203、前摇臂204、弹簧安装柱205、前减震弹簧206、后摇臂207、电动机208、前轮209、后轮210、电机连接法兰211、摇臂侧板212、摇臂连接板213、限位加固铝管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1-2所示，本发明提供了一种并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***包括：底盘框架1和非独立悬挂轮组2；底盘框架1是由两根横梁101和两根纵梁102组成的井字形框架结构；非独立悬挂轮组2是由两组结构相同的独立悬挂以及两个前轮208和两个后轮209组成；两组独立悬挂对称装于底盘框架1两端上部；两个前轮208和两个后轮209分别装于两组独立悬挂的前部和后部。
如图1所示，底盘框架1的两根纵梁102下方，位于两根横梁101中间位置设置有一根加固横梁103。
如图1所示，两根纵梁102的上部和下部分别设置有三个呈左右对称的固定板104，六块固定板104分别同时连接两个横梁101和加固横梁103。
如图1-2所示，独立悬挂包括：铝方管201、连接前后摇臂的弹簧202、前摇臂203、弹簧安装柱204、前减震弹簧205、后摇臂206、前减震弹簧207、前轮208、后轮209、电动机214和电机连接法兰210；铝方管201固定装于两根横梁101的端部；连接前后摇臂的弹簧202装于铝方管201的内部；前摇臂203上端的上部通过弹簧安装柱204与连接前后摇臂的弹簧202的前端轴接，中上部与装于铝方管201上的前减震弹簧205相连接，下部与铝方管201的前端铰接；后摇臂206上端的上部通过弹簧安装柱204与连接前后摇臂的弹簧202的后端轴接，中上部与装于铝方管201上的后减震弹簧207相连接，下部与铝方管201的后端铰接；前摇臂203和后摇臂206的下部装有电动机214；前摇臂203和后摇臂206上的电动机214分别通过电机连接法兰210装有前轮208和后轮209。
如图1-3所示，前摇臂203与后摇臂206结构相同，均包括：两个摇臂侧板211、摇臂连接板212和限位加固铝管213；两个摇臂侧板211通过摇臂连接板212相连接，组成摇臂主体；两个摇臂侧板211之间装有限位加固铝管213；限位加固铝管213位于电动机214旁。
如图2所示，连接前后摇臂的弹簧202为带有阻尼的气弹簧。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，其特征在于，所述的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***包括：底盘框架(1)和非独立悬挂轮组(2)；
所述的底盘框架(1)是由两根横梁(101)和两根纵梁(102)组成的井字形框架结构；
所述的非独立悬挂轮组(2)是由两组结构相同的独立悬挂以及两个前轮(208)和两个后轮(209)组成；两组独立悬挂对称装于底盘框架(1)两端上部；两个前轮(208)和两个后轮(209)分别装于两组独立悬挂的前部和后部。
2.根据权利要求1所述的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，其特征在于，所述的底盘框架(1)的两根纵梁(102)下方，位于两根横梁(101)中间位置设置有一根加固横梁(103)。
3.根据权利要求2所述的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，其特征在于，所述的两根纵梁(102)的上部和下部分别设置有三个呈左右对称的固定板(104)，六块固定板(104)分别同时连接两个横梁(101)和加固横梁(103)。
4.根据权利要求1所述的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，其特征在于，所述的独立悬挂包括：铝方管(201)、连接前后摇臂的弹簧(202)、前摇臂(203)、弹簧安装柱(204)、前减震弹簧(205)、后摇臂(206)、电动机(214)和电机连接法兰(210)；
所述的铝方管(201)固定装于两根横梁(101)的端部；
所述的连接前后摇臂的弹簧(202)装于铝方管(201)的内部；
所述的前摇臂(203)上端的上部通过弹簧安装柱(204)与连接前后摇臂的弹簧(202)的前端轴接，中上部与装于铝方管(201)上的前减震弹簧(205)相连接，下部与铝方管(201)的前端铰接；
所述的后摇臂(206)上端的上部通过弹簧安装柱(204)与连接前后摇臂的弹簧(202)的后端轴接，中上部与装于铝方管(201)上的后减震弹簧(207)相连接，下部与铝方管(201)的后端铰接；
所述的前摇臂(203)和后摇臂(206)的下部装有电动机(214)；
所述的前摇臂(203)和后摇臂(206)上的电动机(214)分别通过电机连接法兰(210)装有前轮(208)和后轮(209)。
5.根据权利要求4所述的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，其特征在于，所述的前摇臂(203)与后摇臂(206)结构相同，均包括：两个摇臂侧板(211)、摇臂连接板(212)和限位加固铝管(213)；
所述的两个摇臂侧板(211)通过摇臂连接板(212)相连接，组成摇臂主体；
所述的两个摇臂侧板(211)之间装有限位加固铝管(213)；
所述的限位加固铝管(213)位于电动机(214)旁。
6.根据权利要求4所述的并联的自适应非独立悬挂麦克纳姆轮底盘***，其特征在于，所述的连接前后摇臂的弹簧(202)为带有阻尼的气弹簧。
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