适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置及其控制方法。运载装置包括运载平台，运载平台底部前端安装有一排前车轮，后端安装有至少一排后车轮，其中：一排前车轮包括同轴设置的至少两个前车轮，前车轮为水平方向不能转动、只能前进和后退的定向轮，采用速度与转矩混合控制算法控制的各前车轮各自设置有一个驱动装置，所有驱动装置与总控制器相连；各排后车轮包括至少一个后车轮，后车轮为水平方向可转动以及能前进和后退的万向轮。本发明可实现前进、后退及任意转弯半径的行驶，行进灵活，适于在狭窄等不同地域使用，可实现在复杂不平、较大坡度的路面行驶。
【专利说明】
适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种适于复杂路面且可实现任意转弯半径的运载装置及其控制方法，属于运载控制技术领域。
【背景技术】
[0002]随着科技水平的提高，万向轮越来越多地被应用到许多用品上，比如椅子、行李箱等。这些用品加上万向轮后，其运动变得更加灵活，方便了人们的使用。例如，椅子加上万向轮后能够任意转向，行李箱加上万向轮后，其转向更加灵活，使用者更加省力。再例如，一些运输物品的推车加上万向轮后，推车可在狭小的空间内灵活转向，从而降低了使用限制。通常情况下，轮子越多，承重能力和对路面的适应能力便会越强。在现今生活中经常见到的有六轮、八轮甚至更多的设计，但是承重能力和路面适应能力并不会因轮子的增多而呈比例的提升。从实际使用情况来看，目前已有的安装了万向轮的推车存在如下缺点:第一，很多推车只能朝单一方向运动，或者转向不灵活，无法在狭窄地域使用。第二，行驶受路面状况限制，无法在复杂、较大坡度的路面运行。第三，大多推车没有设计控制系统，仅依靠人来操作，自动化程度低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置及其控制方法，其可实现前进、后退及任意转弯半径的行驶，行进灵活，适于在狭窄等不同地域使用，可实现在复杂不平、较大坡度的路面行驶。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0005]—种适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于:它包括运载平台，运载平台底部前端安装有一排前车轮，后端安装有至少一排后车轮，其中:一排前车轮包括同轴设置的至少两个前车轮，前车轮为水平方向不能转动、只能前进和后退的定向轮，采用速度与转矩混合控制算法控制的各前车轮各自设置有一个驱动装置，所有驱动装置与总控制器相连;各排后车轮包括至少一个后车轮，后车轮为水平方向可转动以及能前进和后退的万向轮。
[0006]当一排后车轮包括两个以上所述后车轮时，各所述后车轮之间同轴设置。
[0007]进一步地，所述驱动装置包括与所述前车轮连接的驱动电机，驱动电机与无级控制驱动电机转速及转矩的电机驱动控制器连接。所述驱动电机为轮毂电机或轮边电机。
[0008]进一步地，所述驱动装置还包括机械制动器。
[0009]在实际设计中，所述运载平台顶部前端可安装有操纵杆，操纵杆上安装有手动操作面板，手动操作面板的信号端口与所述总控制器的相应信号端口连接。
[0010]另外，各所述后车轮可各自设置有一个转向驱动装置，采用单向扭矩控制算法控制所述后车轮在水平方向上的行进方位的转向驱动装置的信号端口与总控制器的相应信号端口连接，其中:转向驱动装置包括与所述后车轮旋转安装在所述运载平台底部的旋转杆连接的转向驱动电机，转向驱动电机与实时控制转向驱动电机扭矩的电机驱动控制器连接。所述转向驱动电机为轮毂电机，轮毂电机与所述旋转杆相连的部位设有导电滑环。
[0011]—种所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置的控制方法，其特征在于，它包括:
[0012]当前进时，控制所有所述前车轮以相同速度向前进方向运行；
[0013]当后退时，控制所有所述前车轮以相同速度向后退方向运行；
[0014]当转弯时，根据转弯方向和转弯半径，基于速度与转矩混合控制算法控制各所述前车轮以不同速度运行，其中，处于转弯外侧的所述前车轮至处于转弯内侧的所述前车轮的速度逐步减小。
[0015]另一种所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置的控制方法，其特征在于，它包括:
[0016]当前进时，控制所有所述前车轮以相同速度向前进方向运行，并基于单向扭矩控制算法控制各所述后车轮的行进方位处于前进方向上；
[0017]当后退时，控制所有所述前车轮以相同速度向后退方向运行，并基于单向扭矩控制算法控制各所述后车轮的行进方位处于后退方向上；
[0018]当转弯时，根据转弯方向和转弯半径，基于速度与转矩混合控制算法控制各所述前车轮以不同速度运行，其中，处于转弯外侧的所述前车轮至处于转弯内侧的所述前车轮的速度逐步减小，并且基于单向扭矩控制算法控制各所述后车轮的行进方位朝向转弯方向且跟随转弯过程中转弯角度的实时改变而实时变化。
[0019]本发明的优点是:
[0020]1、本发明运载装置借由对前、后车轮的特殊设计，可以实现前进、后退以及任意转弯半径的行驶，转向灵活，适于在狭窄地域使用。
[0021]2、本发明运载装置借由车轮直接独立驱动的方式，实现了在复杂不平、较大坡度的路面行驶，不受路面状况限制。
[0022]3、本发明运载装置可以实现载人、载物功能，承载能力强，在大载重、偏重心情形下也可平稳运行。
[0023]4、本发明运载装置设计有方便使用者的操纵杆，可控性好，另外也可实现无人驾驶的遥控控制，可根据不同场合和需求来灵活选择操作方式。
[0024]5、本发明运载装置结构不复杂，操作便捷，运行稳定性高，易于维修，成本低。
【附图说明】
[0025]图1是本发明运载装置第一实施例的立体示意图。
[0026]图2是本发明运载装置第一实施例中的前、后车轮在运载平台底部的排布示意图。
[0027]图3是本发明运载装置第一实施例的侧视示意图。
[0028]图4是本发明运载装置第二实施例的立体示意图。
[0029]图5是本发明运载装置第二实施例中的前、后车轮在运载平台底部的排布示意图。
[0030]图6是本发明运载装置第二实施例的侧视示意图。
【具体实施方式】
[0031]如图1至图6所示，本发明适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置包括运载平台10，运载平台10底部前端安装有一排前车轮，运载平台10底部后端安装有至少一排后车轮，其中:一排前车轮包括同轴设置的至少两个前车轮20，即一排前车轮中的所有前车轮20处于同一轴线上，此处并不是说各前车轮20使用同一个车轴连接，前车轮20为水平方向不能转动、只能前进和后退的定向轮(即单个前车轮20无法转向)，采用速度与转矩混合控制算法控制的各前车轮20 (即定向轮)各自设置有一个驱动装置50，所有驱动装置50与总控制器60相连;各排后车轮包括至少一个后车轮30，后车轮30为水平方向可转动以及能前进和后退的万向轮。
[0032]在实际应用中，较佳地，当一排后车轮包括两个以上后车轮30时，各后车轮30之间同轴设置，即各后车轮30处于同一轴线上，此处并不是说各后车轮30使用同一个车轴连接。
[0033]在实际应用时，前、后车轮20、30各自的数量、排布形式，可根据路面状况、载荷要求等因素来综合考虑确定，并不受限制。图1至图3示出了 I排4个前车轮20和两排且各排2个后车轮30的排布形式，图4至图6示出了 I排2个前车轮20和I排2个后车轮30的排布形式。
[0034]具体来说，在实际设计中，当一排后车轮30仅设计有一个万向轮时，此万向轮(后车轮30)应位于运载平台10的对称轴L上。当一排后车轮设计有多个万向轮时，所有万向轮应基于对称轴L对称间隔分布。同理，一排前车轮的所有定向轮也是基于对称轴L对称间隔分布的。总之，前、后车轮20、30的排布应视结构稳定性、运行稳定性等因素来综合设计，此为本领域的熟知技术，不受上述限制。
[0035]在实际设计中，驱动装置50可包括与前车轮20连接的驱动电机，驱动电机的信号控制端口与无级控制驱动电机转速及转矩的电机驱动控制器的相应信号端口连接，电机驱动控制器的相应信号端口与总控制器60的相应信号传送端口连接。
[0036]需要提及的是，在本发明中，每个前车轮20设计有一个驱动装置50，即每个前车轮20设计有一个驱动电机和一个电机驱动控制器。也就是说，本发明中的每个前车轮20直接受驱动电机驱动，并且每个前车轮20各自的运行是独立控制的。
[0037]驱动电机可为轮毂电机或轮边电机。
[0038]在实际设计中，驱动装置50还可包括机械制动器。在实际应用中，当本发明运载装置设计为低速运行时，则前车轮20仅采用电制动即可。当本发明运载装置设计为高速运行时，则前车轮20采用机电联合制动，即在电制动基础上，使用机械制动器对前车轮20的停止/运行进行机械式控制。
[0039]如图1至图6，本发明运载装置的运载平台10的顶部前端可安装有操纵杆40，操纵杆40上安装有手动操作面板，手动操作面板的信号端口与总控制器60的相应信号端口连接。
[0040]在实际设计中，运载平台10上可安装有能与遥控器无线通讯的遥控信号收发装置(图中未示出)，遥控信号收发装置的信号收发端口与总控制器60的相应信号端口连接。在实际设计中，针对手动操作方式和遥控控制方式的设计，本发明运载装置应设计有手动/遥控转换开关(图中未示出)。
[0041]在实际设计中，后车轮30可以不设电机驱动，或设计有电机驱动。
[0042]当设计有电机驱动时，具体来说，各后车轮30(即万向轮)各自设置有一个转向驱动装置，采用单向扭矩控制算法控制后车轮30在水平方向上的行进方位(在本发明中，行进方位也可称为行进角度)的转向驱动装置的信号端口与总控制器60的相应信号端口连接，也就是说，转向驱动装置用于将后车轮30在某一时刻或时间段内控制在某一个固定角度上，使其保持此固定角度运行。进一步地，转向驱动装置可包括与后车轮30旋转安装在运载平台1底部的旋转杆(图中未标出)连接的转向驱动电机，转向驱动电机的信号控制端口与实时控制转向驱动电机扭矩的电机驱动控制器的相应信号端口连接，电机驱动控制器的相应信号端口与总控制器60的相应信号传送端口连接。
[0043]转向驱动电机必须为轮毂电机，轮毂电机与旋转杆相连的部位设有导电滑环。
[0044]在实际设计中，驱动装置、转向驱动装置、总控制器等由电源70来供电，电源70可采用锂离子蓄电池。
[0045]在本发明中，总控制器60对各驱动电机、转向驱动电机进行分布式控制。
[0046]在使用时，本发明运载装置可手动操作或遥控控制。当手动操作时，使用者通过操纵杆40输入前进、后退、转弯、停止等命令以及转弯角度参数，从而驾驶本发明运载装置行进。当遥控控制时，使用者通过遥控器控制本发明运载装置呈无人驾驶状态行进(涉及前进、后退、转弯、停止等命令以及转弯角度参数设置)。
[0047]基于上述本发明运载装置，本发明提出了一种对本发明运载装置的控制方法，它包括:
[0048]当本发明运载装置前进时，控制所有前车轮20以相同速度向前进方向运行；
[0049]当本发明运载装置后退时，控制所有前车轮20以相同速度向后退方向运行；
[0050]当本发明运载装置转弯时，根据转弯方向和转弯半径(转弯半径可通过输入的转弯角度计算得出)，基于速度与转矩混合控制算法(熟知算法)控制各前车轮20以不同速度运行，其中，处于转弯外侧的前车轮20至处于转弯内侧的前车轮20的速度逐步减小。
[0051]另外当本发明运载装置需要停止时，采用电制动或机电联合制动方式控制所有前车轮20停止运行。
[0052]基于上述本发明运载装置，本发明还提出了一种对本发明运载装置的控制方法，它包括:
[0053]当本发明运载装置前进时，控制所有前车轮20以相同速度向前进方向运行，并基于单向扭矩控制算法(熟知算法)控制各后车轮30的行进方位处于前进方向上；
[0054]当本发明运载装置后退时，控制所有前车轮20以相同速度向后退方向运行，并基于单向扭矩控制算法(熟知算法)控制各后车轮30的行进方位处于后退方向上；
[0055]当本发明运载装置转弯时，根据转弯方向和转弯半径(转弯半径可通过输入的转弯角度计算得出)，基于速度与转矩混合控制算法(熟知算法)控制各前车轮20以不同速度运行，其中，处于转弯外侧的前车轮20至处于转弯内侧的前车轮20的速度逐步减小，并且基于单向扭矩控制算法控制各后车轮30的行进方位朝向转弯方向且跟随转弯过程中本发明运载装置转弯角度的实时改变而实时变化。
[0056]另外当本发明运载装置需要停止时，采用电制动或机电联合制动方式控制所有前车轮20停止运行，以及采用电制动方式停止对所有后车轮30的运行控制。
[0057]本发明的优点是:
[0058]1、本发明运载装置借由对前、后车轮的特殊设计，可以实现前进、后退以及任意转弯半径的行驶，转向灵活，适于在狭窄地域使用。
[0059]2、本发明运载装置借由车轮直接独立驱动的方式，实现了在复杂不平、较大坡度的路面行驶，不受路面状况限制。
[0060]3、本发明运载装置可以实现载人、载物功能，承载能力强，在大载重、偏重心情形下也可平稳运行。
[0061]4、本发明运载装置设计有方便使用者的操纵杆，可控性好，另外也可实现无人驾驶的遥控控制，可根据不同场合和需求来灵活选择操作方式。
[0062]5、本发明运载装置结构不复杂，操作便捷，运行稳定性高，易于维修，成本低。
[0063]以上所述是本发明较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于:它包括运载平台，运载平台底部前端安装有一排前车轮，后端安装有至少一排后车轮，其中:一排前车轮包括同轴设置的至少两个前车轮，前车轮为水平方向不能转动、只能前进和后退的定向轮，采用速度与转矩混合控制算法控制的各前车轮各自设置有一个驱动装置，所有驱动装置与总控制器相连;各排后车轮包括至少一个后车轮，后车轮为水平方向可转动以及能前进和后退的万向轮。2.如权利要求1所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 当一排后车轮包括两个以上所述后车轮时，各所述后车轮之间同轴设置。3.如权利要求1或2所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 所述驱动装置包括与所述前车轮连接的驱动电机，驱动电机与无级控制驱动电机转速及转矩的电机驱动控制器连接。4.如权利要求3所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 所述驱动电机为轮毂电机或轮边电机。5.如权利要求3所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 所述驱动装置还包括机械制动器。6.如权利要求1或2所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 所述运载平台顶部前端安装有操纵杆，操纵杆上安装有手动操作面板，手动操作面板的信号端口与所述总控制器的相应信号端口连接。7.如权利要求1或2所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 各所述后车轮各自设置有一个转向驱动装置，采用单向扭矩控制算法控制所述后车轮在水平方向上的行进方位的转向驱动装置的信号端口与总控制器的相应信号端口连接，其中:转向驱动装置包括与所述后车轮旋转安装在所述运载平台底部的旋转杆连接的转向驱动电机，转向驱动电机与实时控制转向驱动电机扭矩的电机驱动控制器连接。8.如权利要求7所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置，其特征在于: 所述转向驱动电机为轮毂电机，轮毂电机与所述旋转杆相连的部位设有导电滑环。9.一种权利要求1至8中任一项所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置的控制方法，其特征在于，它包括: 当前进时，控制所有所述前车轮以相同速度向前进方向运行； 当后退时，控制所有所述前车轮以相同速度向后退方向运行； 当转弯时，根据转弯方向和转弯半径，基于速度与转矩混合控制算法控制各所述前车轮以不同速度运行，其中，处于转弯外侧的所述前车轮至处于转弯内侧的所述前车轮的速度逐步减小。10.—种权利要求7或8所述的适于复杂路面、可实现任意转弯半径的运载装置的控制方法，其特征在于，它包括: 当前进时，控制所有所述前车轮以相同速度向前进方向运行，并基于单向扭矩控制算法控制各所述后车轮的行进方位处于前进方向上； 当后退时，控制所有所述前车轮以相同速度向后退方向运行，并基于单向扭矩控制算法控制各所述后车轮的行进方位处于后退方向上； 当转弯时，根据转弯方向和转弯半径，基于速度与转矩混合控制算法控制各所述前车轮以不同速度运行，其中，处于转弯外侧的所述前车轮至处于转弯内侧的所述前车轮的速度逐步减小，并且基于单向扭矩控制算法控制各所述后车轮的行进方位朝向转弯方向且跟随转弯过程中转弯角度的实时改变而实时变化。
【文档编号】B62B5/00GK105923028SQ201610443936
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月20日
【发明人】张豫南, 颜南明, 杨怀彬, 张骞, 尚颖辉, 李年裕, 朱志昆, 张健, 宋小庆, 张舒阳, 房远, 朱昊, 史浩楠
【申请人】中国人民解放军装甲兵工程学院