一种可单手操控的四轮转向移动平台的制作方法

本实用新型涉及交通工具领域，尤其是一种可单手操控的四轮转向移动平台。

背景技术：

目前，驾驶交通工具时的转向和速度控制都需要用到手脚配合，例如摩托车，需要双手控制油门、前进方向和刹车，脚部则需要用于控制摩托车的离合；又如汽车，需要双手控制方向盘和档位，双脚则控制油门、离合和刹车。这种操控方式不仅限制了驾驶员在驾驶过程中的活动，还限制了交通工具的运动灵活性。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可单手操控的四轮转向移动平台，能够以单手进行操控从而实现各种方向的运动、绕任意点进行旋转以及停止等不同的运动模式，并且不同运动模式之间能够通过模式转换按钮进行切换，从而不会限制驾驶员在驾驶过程中的活动，并且还能够提高交通工具的运动灵活性。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

一种可单手操控的四轮转向移动平台，包括车体、具有独立转向及驱动功能的运动装置、用于方便驾驶员进行乘坐的座椅和用于对运动装置进行各种运动模式控制的控制台，运动装置设置于车体的四个角并支撑着车体使之能够保持平衡，控制台设置于座椅的前方并与座椅设置于车体之上，控制台包括主控模块、用于控制车体的平移运动的控制杆、设置于控制杆的上方用于控制车体的旋转运动的方向盘、设置于控制杆的底部用于保持控制杆的初始竖直状态的基座和设置于基座的旁边用于控制车体进行不同运动的运动控制按钮，运动装置、控制杆、方向盘和运动控制按钮分别与主控模块连接于一起。

进一步，运动装置包括驱动轮、用于把驱动轮安装于车体之上的支撑架、用于驱动驱动轮进行转动的轮毂电机和用于控制支撑架进行转动从而带动驱动轮进行转动的转向机构，转向机构设置于车体的上方，支撑架设置于车体的下方，转向机构与支撑架连接于一起，轮毂电机设置于驱动轮的内部并且其定子轴伸出驱动轮的外部，轮毂电机和转向机构分别与主控模块连接于一起。

进一步，转向机构包括减速电机、导电滑环、用于把转向机构与支撑架连接于一起的传动轴、用于把减速电机与传动轴连接于一起从而带动支撑架及驱动轮进行转动的斜齿轮组和用于测试支撑架的转向角度的编码器，减速电机通过电机支架设置于车体之上，传动轴的一端设置于支撑架之上，其另一端依次穿过车体、斜齿轮组中的一个齿轮和导电滑环，并通过联轴器与编码器连接于一起，斜齿轮组中的另一个齿轮设置于减速电机的转轴上，编码器和导电滑环通过支架设置于车体之上，减速电机和编码器分别与主控模块连接于一起。

进一步，传动轴穿过车体之处设置有轴承。

进一步，导电滑环包括内环和外环，传动轴穿过内环并与内环固定于一起，外环固定于支架之上，内环和外环均连接有引线，连接于内环的引线和连接于外环的引线通过内环与外环的相互接触而一一对应连接于一起，内环相对于外环进行旋转时引线之间的连接关系保持独立不变，连接于内环的引线与用于传输驱动轮的转速信号及为其供电的电线连接于一起，连接于外环的引线与连接于主控模块的导线连接于一起。

进一步，支撑架设置有通孔，传动轴设置有沿其竖直轴线方向的传动轴中心孔和设置于传动轴中心孔斜上方的传动轴侧孔，通孔、传动轴中心孔和传动轴侧孔连通于一起，用于传输驱动轮的转速信号及为其供电的电线依次穿过通孔、传动轴中心孔和传动轴侧孔并与连接于内环的引线连接于一起。

进一步，支撑架之上设置有通过把定子轴与支撑架连接于一起从而把驱动轮安装于支撑架的横梁和用于提供减震能力的减震弹簧，定子轴设置于横梁的中间位置，横梁的两端分别与减震弹簧的一端和支撑架通过转销连接于一起，减震弹簧的另一端设置于支撑架之上。

进一步，运动控制按钮包括用于切换车体的不同运动模式的模式转换按钮和用于使车体停止运动的停止按钮，模式转换按钮和停止按钮分别与主控模块连接于一起。

本实用新型的有益效果是：一种可单手操控的四轮转向移动平台，通过控制台的操控作用，主控模块能够根据控制台的控制指令分别独立地控制各个运动装置，从而使得轮毂电机和转向机构中的减速电机能够对四轮转向移动平台的平移运动和旋转运动进行控制，因此能够以单手对四轮转向移动平台进行操控从而实现各种方向的运动、绕任意点进行旋转以及停止等不同的运动模式，并且不同运动模式之间能够通过模式转换按钮进行切换，从而不会限制驾驶员在驾驶过程中的活动，并且还能够提高交通工具的运动灵活性，此外，该四轮转向移动平台不仅能够应用于普通轮式的交通工具，还能应用于车间、工厂中的物料搬运等场景，具有极高的灵活性并且能够节省人力。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的四轮转向移动平台的示意图；

图2是运动装置的示意图；

图3是运动装置的剖面图；

图4是使用控制杆时的角度关系示意图；

图5是四轮转向移动平台的第一种运动过程的示意图；

图6是四轮转向移动平台的第二种运动过程的示意图；

图7是四轮转向移动平台的第三种运动过程的示意图；

图8是四轮转向移动平台的第四种运动过程的示意图。

图9是四轮转向移动平台的第五种运动过程的示意图。

具体实施方式

参照图1-图8，本实用新型的一种可单手操控的四轮转向移动平台，包括车体1、具有独立转向及驱动功能的运动装置2、用于方便驾驶员进行乘坐的座椅3和用于对运动装置2进行各种运动模式控制的控制台4，运动装置2设置于车体1的四个角并支撑着车体1使之能够保持平衡，控制台4设置于座椅3的前方并与座椅3设置于车体1之上，控制台4包括主控模块、用于控制车体1的平移运动的控制杆42、设置于控制杆42的上方用于控制车体1的旋转运动的方向盘43、设置于控制杆42的底部用于保持控制杆42的初始竖直状态的基座44和设置于基座44的旁边用于控制车体1进行不同运动的运动控制按钮45，运动装置2、控制杆42、方向盘43和运动控制按钮45分别与主控模块连接于一起，其中，运动控制按钮45包括用于切换车体1的不同运动模式的模式转换按钮和用于使车体1停止运动的停止按钮，模式转换按钮和停止按钮分别与主控模块连接于一起。通过控制台4的操控作用，主控模块能够根据控制台4中的运动控制按钮45、控制杆42和方向盘43的控制指令，分别独立地控制各个运动装置2，从而使得轮毂电机和转向机构24中的减速电机241能够对四轮转向移动平台的平移运动和旋转运动进行控制，因此能够以单手对四轮转向移动平台进行操控从而实现各种方向的运动、绕任意点进行旋转以及停止等不同的运动模式，并且不同运动模式之间能够通过模式转换按钮进行切换，从而不会限制驾驶员在驾驶过程中的活动，并且还能够提高交通工具的运动灵活性。

其中，参照图1-图2，运动装置2包括驱动轮21、用于把驱动轮21安装于车体1之上的支撑架22、用于驱动驱动轮21进行转动的轮毂电机和用于控制支撑架22进行转动从而带动驱动轮21进行转动的转向机构24，转向机构24设置于车体1的上方，支撑架22设置于车体1的下方，转向机构24与支撑架22连接于一起，轮毂电机设置于驱动轮21的内部并且其定子轴25伸出驱动轮21的外部，轮毂电机和转向机构24分别与主控模块连接于一起，支撑架22之上设置有通过把定子轴25与支撑架22连接于一起从而把驱动轮21安装于支撑架22的横梁224和用于提供减震能力的减震弹簧225，定子轴25设置于横梁224的中间位置，横梁224的两端分别与减震弹簧225的一端和支撑架22通过转销连接于一起，减震弹簧225的另一端设置于支撑架22之上。轮毂电机能够在主控模块的控制下驱动驱动轮21进行转动，从而能够使得四轮转向移动平台能够在驱动轮21的带动下进行移动，而转向机构24能够在主控模块的控制下使得支撑架22进行转动从而带动驱动轮21进行转动，因此使得四轮转向移动平台能够进行不同方向的转动运动，从而使得四轮转向移动平台能够各种平移运动和旋转运动，从而能够满足各种不同的使用要求。横梁224和减震弹簧225与支撑架22的组合结构，使得横梁224能够在凹凸不平的路上随着减震弹簧225对其的作用而绕支撑架22进行摆动，从而使得驱动轮21能够在不同路况下灵活地绕支撑架22进行上下运动，从而获得良好的减震效果。

其中，参照图2-图3，转向机构24包括减速电机241、导电滑环242、用于把转向机构24与支撑架22连接于一起的传动轴247、用于把减速电机241与传动轴247连接于一起从而带动支撑架22及驱动轮21进行转动的斜齿轮组249和用于测试支撑架22的转向角度的编码器240，减速电机241通过电机支架5设置于车体1之上，传动轴247的一端设置于支撑架22之上，其另一端依次穿过车体1、斜齿轮组249中的一个齿轮和导电滑环242，并通过联轴器与编码器240连接于一起，斜齿轮组249中的另一个齿轮设置于减速电机241的转轴上，编码器240和导电滑环242通过支架6设置于车体1之上，减速电机241和编码器240分别与主控模块连接于一起，传动轴247穿过车体1之处设置有轴承248。减速电机241通过斜齿轮组249控制传动轴247进行不同的角度转动，从而带动支撑架22及设置于支撑架22中的驱动轮21进行不同的角度转动，从而能够实现对四轮转向移动平台的转弯及旋转控制。传动轴247的顶端通过联轴器与编码器240连接于一起，因此当传动轴247转向不同的角度时，编码器240都能够测试得出该转向角度，从而传输给主控模块并与转向指令中的转向角度值进行对比，从而能够调整减速电机241的旋转步进使得传动轴247达到要求的转向角度，从而满足主控模块中的转向指令的要求。

其中，参照图2-图3，导电滑环242包括内环243和外环244，传动轴247穿过内环243并与内环243固定于一起，外环244固定于支架6之上，内环243和外环244均连接有引线，连接于内环243的引线和连接于外环244的引线通过内环243与外环244的相互接触而一一对应连接于一起，内环243相对于外环244进行旋转时引线之间的连接关系保持独立不变，连接于内环243的引线与用于传输驱动轮21的转速信号及为其供电的电线245连接于一起，连接于外环244的引线与连接于主控模块的导线246连接于一起，支撑架22设置有通孔221，传动轴247设置有沿其竖直轴线方向的传动轴中心孔222和设置于传动轴中心孔222斜上方的传动轴侧孔223，通孔221、传动轴中心孔222和传动轴侧孔223连通于一起，用于传输驱动轮21的转速信号及为其供电的电线245依次穿过通孔221、传动轴中心孔222和传动轴侧孔223并与连接于内环243的引线连接于一起。当支撑架22和传动轴247进行旋转时，容易导致用于传输驱动轮21的转速信号及为其供电的电线245出现缠绕的情况，而过度缠绕会导致电线245发生断裂，为了避免发生这种情况，通孔221、传动轴中心孔222和传动轴侧孔223构成了用于放置电线245的通道，由于连接于内环243的引线和连接于外环244的引线通过内环243与外环244的相互接触而一一对应连接于一起，并且这种一一对应连接于一起的导通关系在内环243相对于外环244进行旋转时仍然保持着，因此能够避免电线245出现缠绕而导致断裂的情况的发生。

其中，参考图4，由于控制杆42能够绕基座44向任意方向倾斜，因此可以建立如图4所示的三轴坐标系，其中，原点O为控制杆42倾斜时的转动原点，z轴为竖直轴，y轴为四轮转向移动平台的前进方向，x轴为水平轴，方向盘43能够绕控制杆42向左或向右旋转，基座44之中设置有用于使控制杆42在正常情况下保持竖直状态的弹簧。如图4中，OA表示控制杆42，OO＇为OA在xOy平面上的投影，α表示OA与z轴之间的夹角，称为倾斜角，代表四轮转向移动平台的移动速度，因此可知α在的范围之内，当控制杆42处于竖直状态时α的值等于0，当控制杆42向任意方向倾斜时，α的值将大于0。β表示OO＇与y轴之间的夹角，称为方向角，代表四轮转向移动平台的移动方向，因此可知β的范围为[0，2π)。因此，通过测量α和β的值，能够把控制杆42的倾斜方向及角度进行量化，从而能够根据控制杆42的倾斜方向及角度而对四轮转向移动平台的移动方向及速度进行控制。此外，由于方向盘43能够相对于控制杆42向左或向右旋转，因此可以定义方向盘43相对控制杆42的旋转角度为转向角γ，代表四轮转向移动平台进行转动的方向，四轮转向移动平台向右转时，转向角γ大于0；四轮转向移动平台向左转时，转向角γ小于0。因此，通过测量γ的值，能够把方向盘43的旋转角度进行量化，从而能够根据方向盘43的旋转角度而对四轮转向移动平台的转动方向进行控制。

其中，参照图4-图5，其中图5为四轮转向移动平台的前进和后退的示意图，当控制杆42向前推动时，方向角β等于零，此时四轮转向移动平台将向前移动；当控制杆42向后拉时，方向角β等于π，此时四轮转向移动平台将向后移动。即控制杆42的方向角β控制了四轮转向移动平台的运动方向，同时，倾斜角α决定了四轮转向移动平台的运动速度，并且倾斜角α越大，四轮转向移动平台的运动速度越高。

其中，参照图4和图6，图6为四轮转向移动平台斜向运动的示意图，当控制杆42按照图4中的角度向右前方倾斜时，四轮转向移动平台的四个驱动轮21将转向相同的方向，并且四个驱动轮21的转向角度都等于β。

其中，参照图4和图7，图7为四轮转向移动平台向右转并同时前进或后退的示意图，其中C点为四轮转向移动平台的中心，D点为四轮转向移动平台的转动圆心，并且D点在C点的右侧，线段CD的长度即为四轮转向移动平台的转弯半径，并且CD的长度越短，其转弯越灵活。当控制杆42往前推送并且方向盘43向右侧转动时，四轮转向移动平台实现向前转向，此时方向角β等于零，倾斜角α决定了四轮转向移动平台的运动速度，转向角γ决定了转弯半径的大小，转向角γ越大，则转弯半径越小。另外，四轮转向移动平台向左转并同时前进或后退的运动过程，与四轮转向移动平台向右转并同时前进或后退的运动过程相同，只是在方向上进行了改变。

其中，参照图4和图8，图8为四轮转向移动平台斜向前进或后退并同时向右转的示意图，图8中的D点为四轮转向移动平台的转向中心点，C点为四轮转向移动平台的中心，线段CC＇为四轮转向移动平台的横向线，此时，方向角β的初始值不为零，并且四个驱动轮21的转向角度的初始值都等于β，而四轮转向移动平台在进行右转向时，线段CD与线段CC＇的角度即为β，此时的四个驱动轮21的转向角度均不相同，并且四个驱动轮21的轮面的垂直线均相交于D点。因此，四轮转向移动平台能够绕D点在斜向前进或后退的基础上进行右转。另外，四轮转向移动平台斜向前进或后退并同时向左转时，其运动过程与四轮转向移动平台进行斜向前进或后退并同时向右转的运动过程相同，只是在方向上进行了改变。

由于四轮转向移动平台进行上述的运动过程时，都能够向前或向后移动，因此可把四轮转向移动平台的上述运动过程归纳为第一运动模式。

其中，参照图4和图9，图9为四轮转向移动平台进行原地自转的示意图，此时，四个驱动轮21与中心C点均呈垂直关系，并且只有方向盘43的转向角γ起作用，方向盘43左转或右转时，四轮转向移动平台向左或向右绕C点进行自转，其自转速度随转向角γ的绝对值的增大而增大。

由于四轮转向移动平台进行原地自转时，并不能向前或向后移动，因此把四轮转向移动平台的原地自转定义为第二运动模式。四轮转向移动平台的第一运动模式和第二运动模式之间能够通过模式转换按钮进行过渡，从而实现两种运动模式之间的相互转换。在四轮转向移动平台处于第一运动模式的情况下，当按下模式转换按钮后，四个驱动轮21同时刹车停止运动，接着四个驱动轮21分别进行转向，并且四个驱动轮21的轮面垂直线相交于中心C点，接着进入第二运动模式进行运动；在四轮转向移动平台处于第二运动模式的情况下，当按下模式转换按钮后，四个驱动轮21同时刹车停止运动，接着四个驱动轮21分别进行转向并处于朝正前方的状态，接着进入第一运动模式进行运动。

此外，控制台4还可以制作成手持式控制装置，把主控模块、控制杆42、方向盘43和运动控制按钮45集成在手持式控制装置之中，而手持式控制装置与四轮转向移动平台通过控制线连接于一起，因此能够使得驾驶员可以站在平台旁边跟随并操控。另外，还可以在手持式控制装置和四轮转向移动平台之中分别设置无线发射器和无线接收器，从而能够使得驾驶员通过无线控制的方式四轮转向移动平台的运动。因此，能够使得对四轮转向移动平台的操控具有更高的灵活性，并且能够更节省人力。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。