兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构及方法与流程

1.本发明涉及一种机器人底盘，特别是一种兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构及方法。


背景技术：

2.变电站内存在大量的高电压、大电流设备，容易因设备故障、线路缺陷等问题引发火灾，所以需要对变电站内部进行常规的巡检。随着科技的进步与发展，越来越多的变电站开始采用巡检消防机器人开始对变电站的火灾事故进行监测，一旦发生火情，消防机器人能够第一时间对火情进行控制，提高了变电站早期火灾隐患的监测和预警水平。但是，由于变电站内的空间有限，现有的消防机器人转弯半径较大，无法同时实现原地转向和阿克曼转向，转弯较为不灵活，容易影响巡检的效率。因此，现有的技术存在着转向不灵活的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构及方法。本发明具有能够有效提高转向灵活性的特点。
4.本发明的技术方案：兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构，包括车架，车架中部的两侧设有对称分布的直行模块，车架两端的两侧均设有对称分布的转向模块。
5.前述的兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构中，转向模块与车架之间以及直行模块与车架之间均设有减震模块。
6.前述的兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构中，所述直行模块包括固定于车架中部侧面的直行上摇臂和直行下摇臂，直行上摇臂和直行下摇臂之间设有直行羊角架，直行羊角架上设有直行轮。
7.前述的兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构中，所述转向模块包括安装于车架端部侧面上下两端的转向上摇臂和转向下摇臂，转向上摇臂和转向下摇臂之间设有转向羊角架，转向羊角架侧面设有固定于车架底部的大转向驱动机构；所述转向羊角架的前端设有转向轮。
8.前述的兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构中，所述大转向驱动机构包括固定于车架底部的电机丝杆组件，电机丝杆组件的移动端设有推杆安装座，推杆安装座上设有电动推杆，电动推杆的输出端设有转向拉杆，转向拉杆与转向羊角架相连。
9.兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构的使用方法，各个转向模块独立通过控制车架前后两端各个转向模块的转动角度和方向，来实现阿克曼转向和原地转向；
10.当4个转向模块构成的转向大圆与2个直行模块构成的转向小圆同心时，实现原地转向；
11.控制车架一侧的两个转向模块与同侧的直行模块构成内转向圆弧，控制车架另一侧的两个转向模块与同侧的直行模块构成外转向圆弧，实现阿克曼转向。
12.与现有技术相比，本发明通过在车架中部设置直行模块，通过在车架的前后两端
的左右两侧设置转向模块，通过控制转向模块的转向角度，并与直行模块相互配合，可以有效降低转弯半径，使其既可以实现阿克曼转向，又可以实现原地转向，进而可以有效的提高转弯的灵活性。与此同时，本发明的转向模块采用电动推杆和电机丝杆同步工作来实现大角度转向，最大转向差可达86.60
°
，进一步的提高转向灵活性。综上所述，本发明具有能够有效提高转向灵活性的特点。
附图说明
13.图1是原地转向时的结构示意图；
14.图2是阿克曼转向时的结构视图；
15.图3是本发明的结构视图；
16.图4是图3的局部放大图；
17.图5是本发明的底部视图；
18.图6是图5的局部放大图；
19.图7是当转向角最大时，转向轮的受力分析视图；
20.图8是最大转向角时，简化的转向轮受力分析图。
21.附图中的标记为：1-车架，2-直行模块，3-转向模块，4-减震模块，201-直行上摇臂，202-直行下摇臂，203-直行羊角架，204-直行轮，301-转向上摇臂，302-转向下摇臂，303-转向羊角架，304-转向轮，305-电机丝杆组件，306-推杆安装座，307-电动推杆，308-转向拉杆。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
23.实施例。兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构，构成如图1至图8所示，包括车架1，车架1中部的两侧设有对称分布的直行模块2，车架1两端的两侧均设有对称分布的转向模块3。
24.转向模块3与车架1之间以及直行模块2与车架1之间均设有减震模块4。
25.所述直行模块2包括固定于车架1中部侧面的直行上摇臂201和直行下摇臂202，直行上摇臂201和直行下摇臂202之间设有直行羊角架203，直行羊角架203上设有直行轮204。
26.所述转向模块3包括安装于车架1端部侧面上下两端的转向上摇臂301和转向下摇臂302，转向上摇臂301和转向下摇臂302之间设有转向羊角架303，转向羊角架303侧面设有固定于车架1底部的大转向驱动机构；所述转向羊角架303的前端设有转向轮304。
27.所述大转向驱动机构包括固定于车架1底部的电机丝杆组件305，电机丝杆组件305的移动端设有推杆安装座306，推杆安装座306上设有电动推杆307，电动推杆307的输出端设有转向拉杆308，转向拉杆308与转向羊角架303相连。
28.转向拉杆和转向羊角架之间还设有转向支架。
29.通过电机丝杆和/或电动推杆的移动，来带动转向拉杆的动作，进而带动羊角架绕着上摇臂和下摇臂旋转，最终实现车轮转向的调整。
30.初始状态时，电机丝杆上的推杆安装座处于最内端，不参与对转向轮的转向角度
的调整。转向轮在小转向时，只通过电动推杆的伸缩来实现转向轮的转向。
31.实现大转向(原地转向)的具体过程为：首先电动推杆的输出端开始伸长作业，带动转向轮转向，到达电动推杆的最大伸长位置后，电机丝杆开始向外移动，带动电动推杆的主体向外移动，与此同时，电动推杆的输出端同步开始收缩，且电动推杆输出端的收缩速度与电机丝杆的外移速度相同；当到达指定位置后，电机丝杆组件停止动作，电动推杆输出端继续开始伸长，带动转向轮继续转向，直至到达电动推杆最大伸长位置，实现转向轮的大角度转向，可以满足原地转向所需角度。
32.本发明在大转向时，通过控制电机丝杆和电动推杆反向且同速度移动，从而可以抵消物体对电机丝杆组件的水平推力，就可以采用小体积高精度且具有横纵向静载荷大的电机丝杆，不仅有效减少电机丝杆的功率和体积，也能够降低电机的采购成本，进而降低机器人制造成本。
33.兼具阿克曼转向和原地转向的六轮底盘结构的使用方法，各个转向模块独立通过控制车架前后两端各个转向模块的转动角度和方向，来实现阿克曼转向和原地转向；
34.当4个转向模块构成的转向大圆与2个直行模块构成的转向小圆同心时，实现原地转向；转向模块每个转向轮时刻与大圆相切走大圆弧，直行模块每个直行轮时刻与小圆相切走小圆弧，极大的降低了轮胎的磨损，延长使用寿命和安全性，也提高了原地转向的原地定位精度和准确性，如图1所示；
35.控制车架一侧的两个转向模块与同侧的直行模块构成内转向圆弧，控制车架另一侧的两个转向模块与同侧的直行模块构成外转向圆弧，实现阿克曼转向。即车架两侧轮胎的上端走小圆弧，下端走大圆弧实现阿克曼转向，如图2所示。
36.图1展示的六轮底盘所处状态所需转向扭矩最大(即转向角为56.31
°
)，转向轮的受力分析图如图7和8所示。
37.设定承载800kg，平均每个轮子800/6＝133.33kg，
38.正常路面静摩擦系数μ＝0.7，g＝10，
39.f＝μfn＝0.7*1333.3＝933.3n，
40.t＝f*l＝933.3*0.152＝141.9nm，
41.根据力矩公式f1*l1＝f*l＝t；
42.f1*0.1363＝141.9；
43.f1＝1041.09n；
44.即f2＝1041.09/cos(19.55
°
)＝1104.78n；
45.即所需电动推杆拉力f3＝1104.78*cos(36.76
°
)＝885.09n；
46.安全拉力：f3*1.2＝1062.11n
47.本发明采用有150mm的小尺寸轻质量、48v低电压、50w的小功率、30分贝的低噪声、1400n大推力ip65级防水的电动推杆来实现转向，使用小体积高精度且具有横纵向静载荷大0.06mm高精度的电机丝杆，最大水平静载荷为1150n，均满足设计需要。