一种四轮小车平衡抓地机构的制作方法

本发明涉及四点均衡受力技术领域，更具体地说，涉及一种四轮小车平衡抓地机构，是一种解决四轮驱动小车驱动时，四轮均衡受力的机构。

背景技术：

车轮是小车的动力输出系统，负责小车对外界的做功，根据力的相互作用定理，最后体现为驱动小车实现相应的运动。根据小车所需要实现的运动特点及保证小车运行过程中的平稳，小车通常选择四轮支撑。由于地面不可能绝对的平整，为了保证小车四轮平稳着地，通常通过弹簧减震机构来保证小车的四轮同时着地并起到减震效果。我们都知道弹簧的弹力在压缩量不同的情况下弹力是不同的，所以在一些对各个车轮要求受力比较均衡的场合有很大的局限性，尤其是在各个车轮由独立动力源提供动力时，在地面不平的情况下，很容易出现某个车轮打滑的现象。其中在以麦克纳姆轮搭建的四轮小车上，由于小车的整体运动是由四个车轮独立运动形成的合成运动，从而可以实现8个水平方向直线平移以及原地回转的复杂运动，当其中一个车轮跟其余车轮受力差超过5％，就会出现无法执行合成运动的情况，所以该类型小车对车轮的均衡受力要求特别高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：针对这种情况，特研发了现有四轮小车平衡抓地机构，既保证了结构简单，又控制了成本，并保证了机构的精度和稳定性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种四轮小车平衡抓地机构，包括小车框架，在小车框架上固定框架盖板；小车框架和框架盖板各两套布置于小车的两端；两套小车框架和两套框架盖板共同组成车身主体，麦克纳姆轮固定在车轮轴上，车轮轴两端通过深沟球轴承支撑，端部再通过圆螺母锁紧；深沟球轴承再安装于车轮固定座内；减速电机安装于车轮固定座侧面；麦克纳姆轮、车轮轴、深沟球轴承、圆螺母、减速电机和车轮固定座共同组成小车驱动模块；小车转轴其中一端与两件转轴固定架固定在一起，小车转轴另外一端与两件带座轴承固定在一起，小车转轴、转轴固定架和带座轴承共同组成小车旋转模块；限位支架固定于其中一个小车框架上，用于限制小车框架的回转角度在一定范围。

其中，小车驱动模块整体为刚性组件，通过对称布置并通过框架盖板两两与小车框架呈刚性连接，小车驱动模块上的麦克纳姆轮在小车四个角的安装方式两两对称，是为了保证麦克纳姆轮输出的合力有多个方向可以选择。

其中，小车旋转模块其中一端通过转轴固定架与一侧小车框架刚性连接，小车旋转模块另外一端通过带座轴承与另外一侧小车框架固定，由于通过轴承连接，小车转轴与带座轴承的轴承座可以相对转动，这样保证了小车框架之间能相对转动，另外通过小车框架上固定的限位支架限制小车框架之间的最大转动角度，从而保证框架盖板上面可以布置其他需要的部件。

本发明的原理在于：本发明四轮小车平衡抓地机构的特点是每个车轮采用独立的驱动系统，通过车轮轴和锁紧螺母固定在一起作为动力输出，通过深沟球轴承、车轮固定座固定在车身上，并通过控制系统独立控制运动。

小车框架从中间断开，再通过小车转轴、带座轴承、转轴固定架联接在一起，其中一侧将小车框架通过带座轴承和小车转轴固定在一起，并保证了小车转轴具备旋转功能，另外一侧将小车框架通过转轴固定架和小车转轴固定在一起，不具备相对运动，再在其中一个小车框架上安装限位支架，保证小车框架在允许范围内相对摆动。

小车部件采用分散对称布局，从而保证小车整体重心基本处于小车中心位置。

整体动作关系为：当出现地面不平情况，不平的位置的车轮被抬起或者降低，该侧的小车框架相对另外一个小车框架出现倾斜，通过小车旋转模块的相对旋转，小车在前、后、左、右方向重新实现平衡，新的平衡状态下，驱动模块中的麦克纳姆轮与地面的接触点为小车的支撑点，小车重心依然位于小车中心位置，四个支撑点距离小车重心位置依然基本相等，且沿对称分布，通过自平衡后，小车四个支撑点距离重心距离依然基本一致，且沿对称分布，所以四个支撑点的支撑力还是基本相同，为1/4的小车重力，由于车轮与地面摩擦系数基本相同，所以车轮与地面的摩擦力也能保证基本相等，所以可以保证4个麦克纳姆轮输出合力大小和方向稳定。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明四轮小车平衡抓地机构可以保证四个车轮在平面度不高的地面上，每个车轮提供的支撑力基本一致；

2、本发明通过平衡每个车轮的支撑力基本一致，在摩擦系数基本一致的情况下，保证了小车在独立驱动的过程中每个车轮提供的驱动力基本一致；

3、本发明通过轴承回转保证每个车轮受力基本一致，避免了弹簧压缩量不一致的情况下，提供的支撑力大小不同的缺点，稳定可靠；

4、本发明均为刚性件连接，避免了小车在负载不同情况下，平衡减震机构下降高度不同的情况，位置准确；

5、本发明通过机械限位，保证了偏转角度有限，不会因为偏转影响小车上方机构的使用；

6、本发明机构亦适用于其他要求四点均衡受力支撑的场合。

附图说明

图1为本发明结构主视图；

图2为本发明结构俯视图；

图3为本发明结构受力分析图。

图中标号：1为小车框架；2为框架盖板；3为小车转轴；4为带座轴承；5为限位支架；6为转轴固定架；7为麦克纳姆轮；8为减速电机；9为车轮轴；10为圆螺母；11为深沟球轴承；12为车轮固定座。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，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。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。

参见图1、图2，在小车框架1固定框架盖板2；小车框架1和框架盖板2各两套布置于小车的两端；两套小车框架1和两套框架盖板2共同组成车身主体，麦克纳姆轮7固定在车轮轴9上，车轮轴9两端通过深沟球轴承11支撑，端部再通过圆螺母10锁紧；深沟球轴承11再安装于车轮固定座12内；减速电机8安装于车轮固定座12侧面；麦克纳姆轮7、车轮轴9、深沟球轴承11、圆螺母10、减速电机8和车轮固定座12共同组成小车驱动模块；小车转轴3其中一端与两件转轴固定架6固定在一起，小车转轴3另外一端与两件带座轴承4固定在一起，小车转轴3、转轴固定架6和带座轴承4共同组成小车旋转模块；限位支架5固定于其中一起小车框架1上，用于限制小车框架1的回转角度在一定范围。

小车驱动模块整体为刚性组件，框架盖板2两两与小车框架1呈刚性连接且两部分为对称布置，小车驱动模块上的麦克纳姆轮7在小车四个角的安装方式两两对称如图1所示，是为了保证麦克纳姆轮7输出的合力有多个方向可以选择。

小车旋转模块其中一端通过转轴固定架6与一侧小车框架1刚性连接，小车旋转模块另外一端通过带座轴承4与另外一侧小车框架1固定，由于通过轴承连接，小车转轴3与带座轴承4的轴承座可以相对转动，这样保证了小车框架1之间能相对转动，另外通过小车框架1上固定的限位支架5限制小车框架之间的最大转动角度，从而保证框架盖板2上面可以布置其他需要的部件。

参见图3，mg表示小车自身重力位置及方向，a、b、c、d分别表示车轮支撑点的位置，fa、fb、fc、fd分别表示四个车轮的支撑力，la、lb、lc、ld分别表示小车重心位置到四个车轮支撑点的矢径，由于小车能通过回转实现平衡抓地，小车结构对称，所以小车的重心基本处于小车的重心位置，所以小车四个车轮支撑点到重心的距离基本一致且对称分布，当小车处于平衡状态时，

fa+fb+fc+fd＝mg

fa×la+fb×lb+fc×lc+fd×ld＝0

fa：为小车在a点所受压力；

la：为a点到小车中心处的矢径；

fb：为小车在b点所受压力；

lb：为b点到小车中心处的矢径；

fc：为小车在c点所受压力；

lc：为c点到小车中心处的矢径；

fd：为小车在d点所受压力；

ld：为d点到小车中心处的矢径；

最终可得，

fa≈fb≈fc≈fd

由于摩擦系数基本相同，所以，

μ×fa＝μ×fb＝μ×fc＝μ×fd

μ：小车与地面间摩擦系数

最终可知四个车轮的驱动力基本相同。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。