本发明属于巡检车辆设计制造技术领域。
背景技术：
随着城市化进程的不断加快，地下综合管廊受到越来越多的关注。根据bhi统计，截至2017年4月，综合管廊拟在建项目超2700公里，总投资约3000亿元，其中11省市建设规模超过百公里。通常，地下综合管廊会集成信息化集中监测管理系统，配合固定式监控设备，对管廊内部的各类管线和设备进行实时在线监控。然而，固定式监控设备由于机动性差、智能化程度低、投入量大、后期维护费用高且过程复杂等问题，无法满足智慧城市中地下综合管廊的实际运维需求。因此，部分管廊的重点区域，仍然采用人工下井巡检的方式，对长距离综合管廊而言，长时间处于地下封闭环境中，由于空气不流通、采光差、空间压抑等因素，造成有毒有害气体集聚，对工作人员的生命安全及身心健康带来许多危害。目前的地下综合管廊巡检机器人包括挂轨式巡检机器人、履带式移动巡检机器人和轮式移动巡检机器人；这些巡检机器人在移动灵活性上都有所欠缺。因此非常有必要提出并研究一种能够实现全转向的巡检小车的结构和方法。
据检索，目前已有四轮独立驱动全转向机构出现。例如中国专利申请号200810000129.7公开的“电动汽车横向行进及原地旋转的转向控制方法及其装置”，该专利所述的全向控制机构虽然能够实现汽车的原地旋转及其横向行走，但由于其所用蜗轮蜗杆传动机构的传动比较小，使转向速度很慢；另外，蜗轮蜗杆传动机构的结构设置使得小车高度极大增加，不适用于地下管廊巡检。再如中国专利申请号201721550613.8公开的“一种全转向底盘机构”，和中国专利申请号201620009637.1公开的“一种电动车的全转向机构”，所述的全转向机构大量采用了连杆机构，使得受力不均匀，给电机造成的反力矩也较大；并且连杆机构容易出现死点，造成机构无法正常运行。
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巡检任务的新型全转向机构。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种管廊巡检小车全转向机构，它能有效地解决地下管廊巡检车的直行、原地旋转、横向行驶及传统转向的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种管廊巡检小车全转向机构，包括车架和四个电动轮，与丝杆一、丝杆二啮合的螺母滑块的上表面设有与连杆的一端铰接的连杆销座，连杆的另一端与摇杆的一端铰接，摇杆的中部与车架铰接，另一端与电动轮的轴固定；其特征在于：车架为四边形框架结构，中部设有横梁，纵梁一侧的上方设有与纵梁平行设置的丝杆一，丝杆一的一端设有轴承，通过设在纵梁上的轴承座一与纵梁固定，另一端通过联轴器与从动锥齿轮一的轴联接，与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮一的轴通过轴承及轴承座一与纵梁固定；主动锥齿轮的轴一端通过轴承及设在横梁上的轴承座与横梁固定，另一端通过联轴器与固定在横梁上的电机一的输出轴联接；电机一通过电机支架一与横梁固定；纵梁另一侧的上方设有与纵梁平行设置的丝杆二，丝杆二一端通过轴承座一与纵梁固定，另一端设有与直齿轮三啮合的直齿轮四，直齿轮三与切换齿轮轴一侧固定，切换齿轮轴的另一侧设有与直齿轮一啮合的直齿轮二，切换齿轮轴的两端通过滑动轴承与固定在车架纵梁内侧副梁上的轴承座二配合，直齿轮一的轴的另一端设有与主动锥齿轮啮合的从动锥齿轮二，从动锥齿轮二的轴通过轴承及纵梁上的轴承座一与纵梁固定；切换杆的两端分别与位于两侧的切换齿轮轴的一端固定，中部设有与丝杆三啮合的丝杆螺母，丝杆三一端通过联轴器与固定在横梁上的电机二的输出轴联接，电机二通过电机支架二与横梁固定。
所述电机一为两个，背对背设置。
所述主动锥齿轮为两个，主动锥齿轮与相对设置的从动锥齿轮一、从动锥齿轮二啮合。
所述丝杆一、丝杆二均为两根，旋向相同。
所述直齿轮二、直齿轮三均与切换齿轮轴固定。
本发明的工作过程和工作原理：螺母滑块在丝杆一和丝杆二上的初始位置时，该全向车实现直线行驶；原地转向、横向行驶及传统转向是通过该全向车的传动机构来实现的。此时直齿轮一与直齿轮二、直齿轮三与直齿轮四是分别啮合的，电机一带动主动锥齿轮，通过齿轮组将动力传递到丝杆一和丝杆二，丝杆一和丝杆二转动带动螺母滑块，从而使螺母滑块相互靠近或远离。当全向车需要实现原地转向时，两侧的螺母滑块都相互靠近，达到一定位置时，四个电动轮转动一定的角度，使得四个电动轮同时与长方形的外接圆相切；此时控制四个电动轮的转向即可实现全向车的原地转向。当两侧的螺母滑块继续靠近，达到另一个位置时，四个电动轮较原始位置转动90度，即可实现全向车的横向行驶。在全向车的直线行驶状态下，电机二带动丝杆三，丝杆三转动带动切换杆，切换杆移动带动两端的切换齿轮轴移动，于是直齿轮一与直齿轮二分离；此时锥齿轮二转动不再带动丝杆二，全向车后轮保持直行状态；通过电机一分别控制两个前轮转向即可实现传统转向。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该全向车的传动机构包括锥齿轮传动、直齿轮传动、丝杆螺母传动和滑块摇杆机构。锥齿轮传动、直齿轮传动和丝杆螺母传动的配合可实现较大的传动比，从而使电动轮的转向比较迅速，使得全向车能快速实现直行、原地转向、横向行驶转向以及传统转向操作。
本发明的传动驱动只用到三个电机，较四轮独立转向全向车，减少了电机数量，增大了经济效益。
本发明的核心是综合了锥齿轮传动、直齿轮传动和丝杆螺母传动，传动稳定、可靠，且其布置使得整车的结构简单，占用空间小。
附图说明
图1是本发明原地旋转状态三维图
图2是本发明直行状态俯视图
图3是本发明横向行驶状态俯视图
图4是本发明传统转向状态俯视图
图5是本发明传动机构俯视图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的详细说明。
一种管廊巡检小车全转向机构，包括车架9和四个电动轮8，与丝杆一4、丝杆二15啮合的螺母滑块5的上表面设有与连杆6的一端铰接的连杆销座，连杆6的另一端与摇杆7的一端铰接，摇杆7的中部与车架9铰接，另一端与电动轮8的轴固定；车架9为四边形框架结构，中部设有横梁，纵梁一侧的上方设有与纵梁平行设置的丝杆一4，丝杆一4的一端设有轴承，通过设在纵梁上的轴承座一14与纵梁固定，另一端通过联轴器10与从动锥齿轮一2的轴联接，与主动锥齿轮1啮合的从动锥齿轮一2的轴通过轴承及轴承座一14与纵梁固定；主动锥齿轮1的轴一端通过轴承及设在横梁上的轴承座13与横梁固定，另一端通过联轴器10与固定在横梁上的电机一11的输出轴联接；电机一11通过电机支架一12与横梁固定；纵梁另一侧的上方设有与纵梁平行设置的丝杆二15，丝杆二15一端通过轴承座一14与纵梁固定，另一端设有与直齿轮三18啮合的直齿轮四19，直齿轮三18与切换齿轮轴20一侧固定，切换齿轮轴20的另一侧设有与直齿轮一16啮合的直齿轮二17，切换齿轮轴20的两端通过滑动轴承与固定在车架纵梁内侧副梁上的轴承座二25配合，直齿轮一16的轴的另一端设有与主动锥齿轮1啮合的从动锥齿轮二3，从动锥齿轮二3的轴通过轴承及纵梁上的轴承座一14与纵梁固定；切换杆24的两端分别与位于两侧的切换齿轮轴20的一端固定，中部设有与丝杆三23啮合的丝杆螺母，丝杆三23一端通过联轴器10与固定在横梁上的电机二21的输出轴联接，电机二21通过电机支架二22与横梁固定。
所述电机一11为两个，背对背设置。
所述主动锥齿轮1为两个，主动锥齿轮1与相对设置的从动锥齿轮一2、从动锥齿轮二3啮合。
所述丝杆一4、丝杆二15均为两根，旋向相同。
所述直齿轮二17、直齿轮三18均与切换齿轮轴20固定。
本发明的工作过程和工作原理：螺母滑块在丝杆一4和丝杆二15上的初始位置时，该全向车实现直线行驶；原地转向、横向行驶及传统转向是通过该全向车的传动机构来实现的。此时直齿轮一16与直齿轮二17、直齿轮三18与直齿轮四19是分别啮合的，电机一11带动主动锥齿轮1，通过齿轮组将动力传递到丝杆一4和丝杆二15，丝杆一4和丝杆二15转动带动螺母滑块5，从而使螺母滑块5相互靠近或远离。当全向车需要实现原地转向时，两侧的螺母滑块5都相互靠近，达到一定位置时，四个电动轮8转动一定的角度，使得四个电动轮8同时与长方形的外接圆相切；此时控制四个电动轮8的转向即可实现全向车的原地转向。当两侧的螺母滑块5继续靠近，达到另一个位置时，四个电动轮8较原始位置转动90度，即可实现全向车的横向行驶。在全向车的直线行驶状态下，电机二21带动丝杆三23，丝杆三23转动带动切换杆24，切换杆24移动带动两端的切换齿轮轴20移动，于是直齿轮一16与直齿轮二17分离；此时锥齿轮二3转动不再带动丝杆二15，全向车后轮保持直行状态；通过电机一11分别控制两个前轮转向即可实现传统转向。