[发明专利]一种基于并联机构的无人复杂路面自适应小车

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于并联机构的无人复杂路面自适应小车。

背景技术

现代社会对未知事物的探索越来越深，但由于环境和人类的生理条件等限制，在很多复杂的山地情况下，不方便人前往，这时就需要有机器来代替人去进行勘探和探索。在山地地面崎岖、凹凸不平的情况下，普通勘察车虽然可以做到四轮驱动来避免野外抛锚，但是由于自由度不够，驱动轮之一被悬置的事件常常发生，因此需要设计一辆多自由度的自适应勘察小车，可以用来代替人在野外地面崎岖、极端的环境下勘探。

因勘察车主要在崎岖的道路上行驶，使用条件相当复杂，车架作为全地形车的最重要的承载部件，在越野车行驶过程中需要承受各种载荷，因此，车架在结构的强度、刚度方面就必须要满足实际要求。同时为减少成本，车身整体的轻量化也是必然的趋势。全地形车的悬架主要被设计用来传递作用在车轮和车架（或车身）之间的各种力和力矩，缓和因路面的不平度而引起的车架（或车身）的冲击载荷，并对由此引起的振动进行衰减。全地形车主要行驶于相当复杂的道路环境，为确保全地形车在行驶时良好的平顺性能、操纵稳定性能和车上装备的各项勘探设备稳定运行等性能，对悬架系统的各项性能参数都要有相当高的设计要求，以使全地形车适应各种复杂的作业的要求。目前，国内外关于研究遥控山地越野车的研究成果已经很多，经研究该类机器的发展概况，全地形车最早出现于瑞典、苏联等少数几个位于北半球的国家，最大的特点是可以在普通车辆难以机动的地形上行走自如。现已有的无人勘探山地车能够做到前后四轮由多个电机带动都能够被驱动，美国卡内基·梅隆大学的Spinner和Crusher平台建立了基于混合动力模式的轮式无人地面勘察车，主要研究的是无人车的动力、结构和维护性的问题，但是并没有做到轻巧且适应凹凸沙面地形勘察任务，同时自重比太大，无法持续在极端环境下作业。美国H&H公司研制了履带式基于Ripsaw平台的越野无人车，通过增大动力同时减小自重比来提高时速，但是基于轮毂履带来适应复杂环境，没有在对无人车结构上通过增加自由度来调整。国内对于多轮独立电驱动无人车有较多的研究，同济大学研究了四轮毂电驱动无人车春晖三号，但是由于其功率较小，无法满足全地形需求。由此可知将四轮驱动技术与六杆并联机构结合（球铰连接、可调弹簧减震器代替两杆）的多自由度无人的复杂路面自适应的勘察小车技术还刚刚起步。

此外，复杂地形情况下使用的多自由度自适应小车将有很多应用，将改善人类对环境恶劣的山地地区的探索条件。该六杆并联机构自适应小车，适合在崎岖不平的山地上行走，可以安装各种所需的设备包括影像采集设备、环境探测设备、红外设备、太阳能搜集设备等，根据需要在车上搭载不同设备来增加车的使用功能。

本发明针对无人复杂路面自适应小车进行了总体设计，设计车体前后四轮都可以被驱动，由前后两个电机带动，电机为原动件，从电机到车轮转动，中间设计传动机构和转向机构。另外，在复杂的山地路况下行走，如果车体自由度少，容易发生侧翻机车轮被悬空状况，因此，设计车体应具有多自由度。车体车架和动力、运动部分不通过刚性联接，而是通过多杆机构联接两部分，杆与车体通过球形铰链联接以增大自由度。特别采用一个弹簧减震器代替其中一杆，使得杆的长度可以伸缩变化的同时有减震作用。一个多杆机构能够使整车自由度增加很多，更适合复杂山地下行走。车体车架上可以安装供能系统、控制系统、电气系统和需要的仪器，以增加车的附加实际用途，本发明主要设计车的机械结构和动力传动部分。在方案设计过程中，考虑到很多现场实际应用时的要求，使得整车具有直接生产并投入使用的优势。

发明内容

本发明的目的在于针对未知的复杂地形条件的无人勘察车，由于路面崎岖不平，驱动轮容易被悬置空，且由于稳定性不佳使车上搭载的侦查设备无法正常工作而导致勘察失败。提供一种基于并联机构的无人复杂路面自适应小车，前后四轮都可以被驱动，基于六杆并联机构传动，非常适合在崎岖不平的山地上行走，通过无线遥控设计操纵舵机通过连杆控制万向联轴器，万向连轴器连接传动轴和车轮轴，实现两轴能够水平成一定夹角传动，即车轮可以转向，整车各零部件适合通过3D打印技术制造。并且可以安装各种所需的设备包括影像采集设备、环境探测设备、红外设备、太阳能搜集设备等，根据需要在车上搭载不同设备来增加车的使用功能。

为达到上述目的，本发明的思路如下：