一种精确位移测量装置及包含该测量装置的小车的制作方法

本发明涉及位移测量技术领域，尤其涉及一种精确位移测量装置及包含该测量装置的小车。

背景技术：

目前，测算汽车的位移时，采用的方法为通过驱动轮子的直径和旋转周数来测算前进后退位移，但是，该方法对于零转弯半径的载重四轮驱动小车来说并不适合，当零半径转弯时，载重四轮驱动小车无转向轮子，而且零转弯半径的载重四轮驱动小车的轮子非纯滚动运动，直接计算误差很大。此外，当地面不平整时，驱动轮子滑动导致位移计算误差增大，从而使位移测量的精确度很低，参考价值十分有限。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种精确位移测量装置及包含该测量装置的小车，该装置有效解决载重四轮驱动小车的位移计算问题，且能达到很好的精度；该小车的位移测量结果精确度高。

根据本发明的一个方面，提供了一种精确位移测量装置，包括机架、调节柱和行走轮，调节柱被机架支撑，调节柱的下方安装有行走轮，所述行走轮可上下移动，所述行走轮的上方设有预压紧的弹性元件，弹性元件使得行走轮在行走时可压紧在地面上。

进一步的，行走轮为偏心万向轮。偏心万向轮的轮子存在偏心距，产生摩擦力矩，从而使行驶中万向轮的方向保持跟前进方向一致，提高测量的精确度。

进一步的，偏心万向轮和调节柱之间设置有滑环，滑环包括静止部分和旋转部分，静止部分与调节柱相连接，旋转部分与偏心万向轮的安装架相连接。滑环也称作旋转电气接口、电气旋转关节，滑环可以在无限制连续旋转时在固定结构和旋转结构之间传输电源和数据信号，偏心万向轮上的位移信号采集装置的电缆线通过滑环与其他的设备相连接，使位移信号采集装置与偏心万向轮同时相对机架转动，并且不会发生电缆的缠绕，解决绕线问题。

关于弹性元件的布置方式，一种可选择的技术方案为：调节柱带动行走轮上下移动，行走轮的上方设有弹性元件限位装置，弹性元件一端顶压在机架上，弹性元件另一端在所述弹性元件限位装置上，使得所述行走轮在行走时可压紧在地面上。弹簧的两端分别被机架和弹簧限位装置限定，当行走轮接触地面时，弹簧处于压缩状态，在弹簧弹力的作用下，行走轮在行走时会被压紧在地面上，使行走轮与地面保持适当的摩擦力，在地面不平整的情况下也能准确测量位移，同时能有效解决非纯滚动位移导致计算误差的问题。

优选的，所述弹性元件为套置在所述调节柱外侧的弹簧、围绕所述调节柱均匀分布的弹簧、围绕所述调节柱均匀分布的弓形板或者围绕所述调节柱均匀分布的弹性片。

关于弹簧限位装置的一种可选择的技术方案为：弹簧限位装置为安装在调节柱底端的安装板，安装板与调节柱相垂直，安装板的直径大于调节柱的直径。

关于弹簧限位装置的另一种可选择的技术方案为：弹簧限位装置为突出在调节柱侧壁上的环形凸缘。

关于弹性元件的布置方式，另一种可选择的技术方案为：弹性元件一端顶压在调节柱的底端面上，弹性元件另一端顶压在行走轮的安装架上，使得行走轮在行走时可压紧在地面上，弹性元件位于所述滑环的内部。弹性元件位于调节柱与行走轮的安装架之间，也可起到将行走轮压紧在地面上的作用。因为弹性元件的连接属于柔性连接，将弹性元件限定在滑环内，同时行走轮的安装架也位于滑环内，这样滑环在水平方向对行走轮的安装架形成限位，避免行走轮在水平方向晃动，使得弹性元件只能在纵向上变形。

进一步的，调节柱的顶端穿过机架，调节柱与机架的配合处安装有直线导轨轴承。直线导轨轴承可以引导调节柱在竖直的直线方向上移动，增加测量的精确性，同时，直线导轨轴承比起直线导轨，成本低，承受载荷能力强。

进一步的，行走轮的轮轴上安装有编码器，编码器为1000线高精度编码器。1000线高精度编码器，是指行走轮的轮轴转一圈，编码器输出1000个脉冲，一般汽车的车速表只有8线、16线的精度，该装置采用1000线高精度的编码器，精度提高1000/16＝62.5倍，有效减少计算位移的误差。

进一步的，编码器上电性连接有处理器，处理器用于编码器数据的存储和实时记录。处理器还可用于编码器数据的分析，设置处理器，便于编码器数据的存储、分析和实时记录，实际应用时更加方便。

根据本发明的另一个方面，提供了一种小车，该小车的底盘上安装有上述精确位移测量装置。

本发明的有益效果是：

1、本发明示例的精确位移测量装置，装载有弹性元件，预压紧的弹性元件使行走轮一直保持紧贴地面，使行走轮与地面保持适当的摩擦力，在地面不平整的情况下也能准确测量位移。

2、本发明示例的精确位移测量装置，采用了偏心万向轮，轮子存在偏心距，产生摩擦力矩，从而使行驶中万向轮的方向保持跟前进方向一致，提高测量的精确度，同时万向轮可360度旋转，避免了轮子与地面的滑动摩擦，能有效解决非纯滚动位移导致计算误差的计算问题。

3、本发明示例的精确位移测量装置，通过滑环结构，可以在无限制连续旋转时在固定结构和旋转结构之间传输电源和数据信号，使位移信号采集装置与偏心万向轮同时相对机架转动，并且不会发生电缆的缠绕，解决绕线问题。

4、本发明示例的精确位移测量装置，采用编码器作为位移信号采集装置，编码器不仅可以采集直线位移，还可以采集角位移，当万向轮产生相对滚动时，编码器记录旋转角度，通过滑环把数据传送到上一级处理器，通过已知的小车移动方向与编码器反馈回来的数据，融合计算小车的相对位移与角度，实时记录位移数据，参考价值高。

5、本发明示例的精确位移测量装置，采用1000线高精度编码器，偏心万向轮的轮轴转一圈，编码器便会输出1000个脉冲，一般汽车的车速表只有8线、16线的精度，该装置采用1000线高精度的编码器，精度提高1000/16＝62.5倍，有效减少计算位移的误差。

6、本发明示例的小车，位移测量精度高，位移测量数据准确度高。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图；

图2为本发明实施例二的结构示意图；

图3为本发明实施例三的结构示意图。

图中：1机架，2直线导轨轴承，3调节柱，4弹性元件，5滑环，6偏心万向轮，7编码器，8电缆，9安装板。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

如图1所示，一种精确位移测量装置，包括机架1、调节柱3和偏心万向轮6，调节柱3的顶端穿过机架1并可沿机架1上下移动，调节柱3的底端设有安装板9，调节柱3与安装板9相垂直；安装板9的下方安装有偏心万向轮6，偏心万向轮6的轮轴上安装有编码器7；偏心万向轮6的上方设有预压紧的弹性元件4。

本实施例中，弹性元件4为套置在调节柱3外侧的弹簧，弹簧一端顶压在机架1上，弹簧另一端顶压在安装板9上，从而将偏心万向轮6压紧在地面上。

安装板9的底面上设有滑环5，偏心万向轮6的安装架和安装板9之间通过滑环5相连接。滑环5包括静止部分和旋转部分，静止部分与安装板9相连接，旋转部分与偏心万向轮6的安装架相连接。滑环5可以在无限制连续旋转时在固定结构和旋转结构之间传输电源和数据信号，偏心万向轮6上的编码器7的电缆线通过滑环5与其他的设备相连接，使编码器7与偏心万向轮6同时相对机架1转动，并且不会发生电缆的缠绕，解决绕线问题。

编码器7和滑环5之间通过电缆8实现电性连接，滑环5通过电缆8连接到处理器上。本实施例中，处理器采用计算机，设置处理器，便于编码器数据的存储、分析和实时记录，实际应用时更加方便。

调节柱3与机架1的配合处安装有直线导轨轴承2。直线导轨轴承2可以引导调节柱3在竖直的直线方向上移动，增加测量的精确性，同时，直线导轨轴承2比起直线导轨，成本低，承受载荷能力强。

本实施例中，编码器7为1000线高精度编码器。1000线高精度编码器，是指偏心万向轮的轮轴转一圈，编码器输出1000个脉冲，一般汽车的车速表只有8线、16线的精度，该装置采用1000线高精度的编码器，精度提高1000/16＝62.5倍，有效减少计算位移的误差。

本实施例中，弹性元件4的两端分别被机架1和安装板9限定，当偏心万向轮6接触地面时，弹性元件4处于压缩状态，在弹性元件4弹力的作用下，偏心万向轮6会被压紧在地面上，使万向轮与地面保持适当的摩擦力，在地面不平整的情况下也能准确测量位移，同时能有效解决非纯滚动位移导致计算误差的问题。

本实施例中，安装板9的形状不做限定，安装板9用于为弹性元件4的底端限位，其可以设置为边缘突出在调节柱3的侧壁外部的任何形状。

本实施例的小车，该小车的底盘上安装有本实施例的精确位移测量装置。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：如图2所示，本实施例的弹性元件4为围绕调节柱3均匀分布的弹簧。本实施例中，弹簧的数量不做限制，但为了压紧力的均匀，避免行走轮偏斜，弹簧至少应对称的设置两根，弹簧数量越多，压紧力越均匀。

实施例一和实施例二中，弹簧的结构形式可为螺旋弹簧、空气弹簧、液压弹簧等多种形式。

实施例三：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：如图3所示，本实施例的弹性元件4为围绕调节柱3均匀分布的弓形板。显然的，此处的弓形板应选用带有弹性的弓形板，本实施例中，弓形板的数量不做限制，但为了压紧力的均匀，避免行走轮偏斜，弓形板至少应对称的设置两根，弓形板数量越多，压紧力越均匀。

实施例三中的弓形板还可用弹性片代替。

上述实施例中，安装板9可以用突出在调节柱3侧壁外部的环形凸缘代替，弹性元件4的底端顶压在该环形凸缘上。

本实施例的滑环，其固定部分可以安装在上述环形凸缘上，也可以直接安装在调节柱3的底端面上。

为便于对本发明的理解，下面结合一个工作过程对本发明做进一步的描述：

使用时，将本发明的精确位移测量装置安装在载重四轮驱动小车的底盘下，测量装置装载弹性元件4，预压紧的弹性元件4使偏心万向轮6一直保持紧贴地面，使偏心万向轮6与地面保持适当的摩擦力，在地面不平整的情况下也能准确测量位移，同时能有效解决非纯滚动位移导致计算误差的计算问题。

当小车移动时，偏心万向轮6跟随小车移动的方向移动，同时通过滑环5的结构，使编码器7与偏心万向轮6同时相对机架1转动，并解决绕线问题。

当偏心万向轮6产生相对滚动，高精度的编码器7记录旋转角度，通过滑环5把数据传送到上一级处理器，通过已知的小车移动方向与编码器7反馈回来的数据，融合计算小车的相对位移与角度，实时记录位移数据。

上述实施例中，均通过编码器9进行位移信号的采集，但是，本发明的位移信号采集装置不限于使用编码器，还可以采用其他类型的角位移传感器，或者同时安装角位移传感器和直线位移传感器，角位移传感器和直线位移传感器所采集的数据同时上传到处理器，进行位移的计算。

本发明的弹性元件不限于实施例所述的安装方式，还可以设置为：弹性元件一端顶压在所述调节柱3的底端面上，弹性元件另一端顶压在偏心万向轮6的安装架上，使得偏心万向轮6在行走时可压紧在地面上，所述弹性元件位于所述滑环5的内部。滑环5会对偏心万向轮6的安装架位于其内部的部分形成限位，使其只能纵向移动，不能横向移动。当弹性元件安装在调节柱3和行走轮的安装架之间时，弹性元件的变形量补偿了行走轮在上下方向的位移量，因此，该情况下调节柱3的位置可以固定不变。

上述实施例中所述的直线导轨轴承2还可用直线导轨代替。

本发明所称的电性连接，是指被连接的部件之间存在电流、数据或者信号的传输，通过电缆连接可以实现。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。