多模态可切换小车的制作方法

1.本技术涉及ros教育小车技术领域，特别涉及一种多模态可切换小车。


背景技术：

2.目前，市面上有多种样式的ros教育小车；根据采用的车轮形式不同，包括有采用普通车轮的小车、采用麦克纳姆轮的小车等；根据采用的转向的方式不同，包括有阿克曼转向形式、麦克纳姆四轮差速形式等；并且采用的车轮形式与采用的转向方式之间也往往具有高度的关联性，例如麦克纳姆轮的小车需要采用麦克纳姆四轮差速形式实现转向；这些小车一旦生产制作完成后，通常其车轮样式及转向形式等已经固定，因而单一的小车玩法单一，而为了体验这些小车的不同玩法和控制形式，又需要每一种小车都进行购置，成本高昂。
3.为解决上述问题，相关技术中，在结构上，存在将车轮组件和转向结构部件等部件构成一整体模块，例如将阿克曼转向结构及其对应车轮等部件构成一整体模块，将麦克纳姆轮及其相应部件构成的另一整体模块，这些整体模块均以可拆卸地形式安装于车体，当需要改变车轮形式时，则通过将其中一整体模块替换成另一整体模块；这种方式虽然在一定程度上解决了上述问题，但是切换的过程需要替换的部件数量多，成本还是相对较高；并且，在切换后需重新布置驱动部件的供电及控制电路，还需要重新修改小车内部控制模块预设的车轮驱动程序，使得车轮驱动程序、供电及控制电路等都能与对应的车轮样式和转向类型匹配，因而切换过程非常复杂。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种多模态可切换小车，其能够在单一车体的基础上，实现小车模态的切换，而且切换操作便捷。
5.根据本技术实施例的多模态可切换小车，包括车体、转向架、轮组件、转向驱动模块、转向锁止结构和锁止感应结构；车体内设控制模块，所述控制模块内部预设有至少两种车轮驱动程序；转向架设置有两个且转动连接于所述车体两侧；轮组件包括有第一轮组件和第二轮组件，所述第一轮组件设置有两个且连接于所述转向架上，所述第二轮组件设置有两个且连接于所述车体两侧；所述第一轮组件和第二轮组件均包括有轮毂电机和轮式构件，所述轮毂电机连接于所述转向架或车体，所述轮式构件可拆卸地连接于所述轮毂电机，所述轮式构件设置有至少两种，且可选择通过将不同的所述轮式构件连接于所述轮毂电机以实现车轮形式的切换，所述轮毂电机与所述控制模块电连接；转向驱动模块设置于所述车体，且用于驱动所述转向架转动；转向锁止结构可在初始位置及锁止位置之间活动，当所述转向锁止结构处于所述锁止位置时能够锁止所述转向架；锁止感应结构用于获取所述转向锁止结构的位置信息，所述锁止感应结构与所述控制模块电连接，所述控制模块能够依据所述锁止感应结构所获取的位置信息切换所述车轮驱动程序。
6.根据本技术实施例的多模态可切换小车，至少具有如下有益效果：
7.由于小车设置有转动连接在车体上的转向架和用于驱动转向架转动的转向驱动模块，当转向架处于非锁定状态时，通过将能够适应阿克曼转向形式的轮式构件连接到轮毂电机上，即可使得小车在结构上切换形成阿克曼转向类型的小车；当转向架处于非锁定状态时，通过将能够适应四轮差速转向形式的轮式构件连接到轮毂电机上，即可使得小车在结构上切换成四轮差速类型的小车；
8.并且，由于小车上还设置有锁止感应结构，以获取转向锁止结构的位置，而且小车的控制模块内预设有不同的车轮驱动程序，并且控制模块可以根据获取到的转向锁止结构的位置来切换车轮驱动程序，而转向锁止结构的位置则决定转向架是处于锁定还是非锁定状态，也即小车的车轮驱动程序可以跟随转向类型的转变切换，从而使得整个小车其只要调整转向锁止结构的位置和更换轮式构件即可完成小车整体模态的改变，其不仅需要更换的部件更少，也无需重新布设控制及供电的线路，同时车轮驱动程序可跟随切换而无需再人为修改，因此切换过程更加简单，同时小车的成本也更低。
9.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，所述轮式构件至少包括有轮胎式构件和麦克纳姆轮式构件。
10.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，所述轮胎式构件包括有轮毂盖和橡胶轮套，所述橡胶轮套内侧形成有环形的形变腔，所述形变腔的开口两侧边沿形成有第一限位环和第二限位环，所述轮毂电机朝向所述车体的一侧设置有第三限位环，所述轮毂盖能够可拆卸地连接于所述轮毂电机远离所述车体的一侧，当所述轮胎式构件连接于所述轮毂电机时，所述第一限位环和所述第二限位环位于所述轮毂盖与所述第三限位环之间，所述第三限位环与所述第一限位环抵接用于限制所述橡胶轮套向靠近所述车体一侧移动，所述轮毂盖与所述第二限位环抵接用于限制所述橡胶轮套向远离所述车体一侧移动。
11.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，还包括有履带，所述履带内侧形成与所述橡胶轮套外侧轮廓匹配的连接槽，通过所述连接槽，所述履带能够套设于位于所述车体同一侧的两个所述橡胶轮套上。
12.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，所述麦克纳姆轮式构件包括有轮毂架、辊子轴和辊子体；所述轮毂架中部设置有电机容纳腔，并能够通过所述电机容纳腔可拆卸连接于所述轮毂电机外侧；所述辊子轴设置有多个，且与所述轮毂架的轴向成一定角度地连接于所述轮毂架的外周侧，所述辊子体可转动地连接于所述辊子轴。
13.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，所述转向锁止结构包括有插销，所述车体和所述转向架一者设置所述插销，另一者设置用于与所述插销配合的销孔，当所述插销位于所述锁止位置时，插入在所述销孔内。
14.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，所述锁止感应结构设置于所述转向架或车体，且插设于所述销孔背离所述插销一侧。
15.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，两个所述转向架之间通过同步连杆相互连接以实现同步转动。
16.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，两个所述转向架均设置有所述转向锁止结构或其中一所述转向架上设置有所述转向锁止结构。
17.根据本技术一些实施例的多模态可切换小车，所述转向驱动模块包括有转向舵机、驱动臂和转向连杆；所述驱动臂的一端连接所述转向舵机，另一端连接所述转向连杆的
一端；所述转向连杆的另一端连接所述转向架。
18.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1为本技术实施例中多模态可切换小车采用轮胎式构件下的整体结构示意图；
21.图2为图1所示多模态可切换小车去除车体的顶部壳体等部件后的示意图；
22.图3为本技术实施例中轮组件采用轮胎式构件下的分解结构示意图；
23.图4为本技术实施例中轮毂电机远离车体一侧的结构示意图；
24.图5为本技术实施例中履带的结构示意图；
25.图6为图5所示履带的横向剖面示意图；
26.图7为本技术实施例中履带连接于多模态可切换小车的结构示意图；
27.图8为本技术实施例中麦克纳姆轮式构件的结构示意图；
28.图9为本技术实施例中多模态可切换小车采用麦克纳姆轮式构件下的整体结构示意图；
29.图10为本技术实施例中转向驱动模块与转向架的连接结构示意图；
30.图11为本技术实施例中转向锁止结构采用插销用来锁止转向架的结构示意图。
31.附图标号：
32.车体100、固定架110、第五连接孔111、穿线孔112、插销120；
33.转向架200、销孔210、第四连接孔220、同步连杆230；
34.轮组件300、轮毂电机310、定子部311、第六连接孔312、转子部313、第一连接孔314、第三限位环315，轮毂盖320、第二连接孔321、橡胶轮套330、形变腔331、第一限位环332、第二限位环333、履带340、连接槽341、轮毂架350、电机容纳腔351、第三连接孔352、环台353、辊子体360；
35.转向驱动模块400、转向舵机410、驱动臂420、转向连杆430；
36.锁止感应结构500。
具体实施方式
37.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
38.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、前、后等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
39.在本技术的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所
指示的技术特征的先后关系。
40.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
41.参照图1至图11，根据本技术实施例的多模态可切换小车，包括车体100、转向架200、轮组件300、转向驱动模块400、转向锁止结构和锁止感应结构500；车体100内设控制模块，所述控制模块内部预设有至少两种车轮驱动程序；转向架200设置有两个且转动连接于所述车体100两侧；轮组件300包括有第一轮组件和第二轮组件，所述第一轮组件设置有两个且连接于所述转向架200上，所述第二轮组件设置有两个且连接于所述车体100两侧；所述第一轮组件和第二轮组件均包括有轮毂电机310和轮式构件，所述轮毂电机310连接于所述转向架200或车体100，所述轮式构件可拆卸地连接于所述轮毂电机310，所述轮式构件设置有至少两种，且可选择通过将不同的所述轮式构件连接于所述轮毂电机310以实现车轮形式的切换，所述轮毂电机310与所述控制模块电连接；转向驱动模块400设置于所述车体100，且用于驱动所述转向架200转动；转向锁止结构可在初始位置及锁止位置之间活动，当所述转向锁止结构处于所述锁止位置时能够锁止所述转向架200；锁止感应结构500用于获取所述转向锁止结构的位置信息，所述锁止感应结构500与所述控制模块电连接，所述控制模块能够依据所述锁止感应结构500所获取的位置信息切换所述车轮驱动程序。
42.可以理解的是，由于小车设置有转动连接在车体100上的转向架200和用于驱动转向架200转动的转向驱动模块400，当转向架200处于非锁定状态时，通过将能够适应阿克曼转向形式的轮式构件连接到轮毂电机310上，即可使得小车在结构上切换形成阿克曼转向类型的小车；当转向架200处于非锁定状态时，通过将能够适应四轮差速转向形式的轮式构件连接到轮毂电机310上，即可使得小车在结构上切换成四轮差速类型的小车。
43.并且，由于小车上还设置有锁止感应结构500，以获取转向锁止结构的位置，而且小车的控制模块内预设有不同的车轮驱动程序来匹配不同车轮样式及转向类型小车的驱动，并且控制模块可以根据获取到的转向锁止结构的位置来切换车轮驱动程序，而转向锁止结构的位置则决定转向架200是处于锁定还是非锁定状态，也即小车的车轮驱动程序可以跟随转向类型的转变切换，从而使得整个小车其只要调整转向锁止结构的位置和更换轮式构件即可完成小车整体模态的改变，其不仅需要更换的部件更少，也无需重新布设控制及供电的线路，同时车轮驱动程序可跟随切换而无需再人为修改，因此切换过程更加简单，同时小车的成本也更低。
44.参照图1至图9，可以理解的是，在本实施例中，所述轮式构件包括有轮胎式构件和麦克纳姆轮式构件；当然在其他一些实例中还可以包括有其他一些类型的轮式构件。为了便于描述，本实施例的以下部分主要以轮胎式构件和麦克纳姆轮式构件这两种轮式构件如何在转子部313上安装为例进行说明，以及如何在轮胎式构件基础上实现履带340轮式驱动；应当要理解的是，以下描述仅仅是示例性的，而不应当理解成其对本技术的限制。
45.参照图3和图4，可以理解的是，轮毂电机310包括有定子部311和转子部313；可以理解的是，所述定子部311位于所述转子部313中心且连接所述车体100，例如连接于车体100的转向架200，或者连接于车体100上用于连接电机的固定架110，或者直接连接于车体100的本体上。
46.参照图3和图4，可以理解的是，所述轮胎式构件包括有轮毂盖320和橡胶轮套330；其中，轮毂盖320能够可拆卸地连接于轮毂电机310背离车体100的一侧；具体地，轮毂盖320连接于转子部313背离车体100的一侧，其中为了便于连接轮式构件，所述转子部313背离所述车体100的一侧设置有第一连接孔314，所述轮毂盖320设置有第二连接孔321，所述第二连接孔321与所述第一连接孔314对应设置，以使得所述轮毂盖320能够通过穿设于所述第一连接孔314和第二连接孔321的螺钉可拆卸地连接于所述转子部313，方便轮毂盖320的拆卸和安装。
47.可以理解的是，橡胶轮套330能够套接于轮毂电机310的外周，也即套接于转子部313的外侧；橡胶轮套330内侧形成有环形的形变腔331，借助形变腔331能够使橡胶轮套330向靠近轮毂电机310的一侧变形，以提高其减震效果；并且，橡胶轮套330上在所述形变腔331的开口两侧边沿的位置形成有第一限位环332和第二限位环333，其用于限定橡胶轮套330的轴向位置，并使得橡胶轮套330能够始终保持在轮毂电机310上，而不易在小车行驶过程中，从小车上脱落。具体地，所述转子部313靠近所述车体100的一端设置有第三限位环315，当所述轮胎式构件连接于所述轮毂电机310时，所述第一限位环332和所述第二限位环333位于所述轮毂盖320与所述第三限位环315之间，所述第三限位环315与所述第一限位环332抵接用于限制所述橡胶轮套330向靠近所述车体100一侧移动，所述轮毂盖320与所述第二限位环333抵接用于限制所述橡胶轮套330向远离所述车体100一侧移动。
48.参照图5和图6，为了能够具有更多的车轮样式，在本技术实施例中，还包括有履带340，所述履带340内侧形成与所述橡胶轮套330外侧轮廓匹配的连接槽341，通过所述连接槽341，所述履带340能够套设于位于所述车体100同一侧的两个所述橡胶轮套330上；当采用轮胎式构件及履带340共同连接于轮毂电机310时，在小车行驶过程中，履带340借助与橡胶轮套330之间的摩擦力实现往复回转，进而使得小车还可以实现履带340形式车轮的驱动行驶。
49.参照图7至图9，可以理解的是，所述麦克纳姆轮式构件包括有轮毂架350、辊子轴和辊子体360；所述辊子轴设置有多个，且与所述轮毂架350的轴向成一定角度地连接于所述轮毂架350的外周侧，所述辊子体360可转动地连接于所述辊子轴；为了能够将轮毂架350连接于车体100，所述轮毂架350中部设置有电机容纳腔351，所述轮毂架350能够通过所述电机容纳腔351可拆卸连接于所述轮毂电机310外侧，也即所述转子部313外侧。
50.并且，具体地，所述电机容纳腔351的腔底设置有第三连接孔352，所述第三连接孔352与转子部313上的所述第一连接孔314对应设置，所述轮毂架350能够通过穿设于所述第一连接孔314和第三连接孔352的螺钉与所述转子部313可拆卸连接，以便轮毂架350的拆卸和安装，同时借助螺钉也便于将转子部313的动力传递至轮毂架350，从而避免在小车运行过程中，转子部313与轮毂架350之间出现相对滑动。可以理解的是，具体地，所述电机容纳腔351的内壁靠近口部的位置设置环台353，所述环台353用于与所述第三限位环315配合抵接，借助第三限位环315及环台353之间的配合，可以封闭电机容纳腔351，并避免雨水、沙尘等进入到电机容纳腔351内影响到轮毂电机310。
51.参照图10，可以理解的是，具体地，所述转向驱动模块400包括有转向舵机410、驱动臂420和转向连杆430；所述驱动臂420的一端连接所述转向舵机410，另一端连接所述转向连杆430的一端；所述转向连杆430的另一端连接所述转向架200。通过上述结构，需要转
向时，小车的控制模块可控制转向舵机410工作，进而驱动驱动臂420摆动，进而带动转向连杆430运动，转向连杆430再拉动转向架200发生转动，从而实现小车的转向。
52.参照图11，可以理解的，在本实施例中，具体地，所述转向锁止结构包括有可伸缩设置于所述车体100的插销120，所述转向架200上设置有用于与所述插销120配合的销孔210，当所述插销120位于所述锁止位置时，插入在所述销孔210内；由于转向架200其是通过转动连接的形式连接于车体100的，因此当设置于车体100的插销120插入销孔210后，将限制转向架200的转动，进而使得转向架200相对车体100固定。可以理解的是，在其他一些实施例中，也可选择将插销120设置于转向架200，而将用于与所述插销120配合的销孔210设置于车体100，其同样可实现对转向架200的锁定。
53.参照图10，可以理解的是，在本实施例中，为了实现两个转向架200的同步转动，两个转向架200之间通过同步连杆230相互连接，其中，转向驱动模块400的转向连杆430连接其中一所述转向架200；可以理解的是，由于两个转向架200通过同步连杆230连接，两者同步，因此可以仅对单侧的其中一转向架200对应设置转向锁止结构，即可锁定两个转向架200；参照图1和图2，可以理解的是，考虑到制造误差等原因，两个转向架200之间的相对于车体100轴向的角度将难以保证完全一致，因此在其中一些实施例中也可对每一所述转向架200均对应设置转向锁止结构，以分别对两个转向架200进行固定，进一步确保转向架200在固定时的角度位置精度。
54.可以理解的是，根据插销120驱动形式的不同，在其中一些实施例中，插销120可以选择采用手动插入或拔出销孔210，当然在另外一些实施例中，插销120也可以选择采用锁止驱动器，来实现自动插入所述销孔210或从所述销孔210内移出。可以理解的是，具体地，锁止驱动器可以选择采用直线电机或者电磁推杆等直线驱动器。
55.可以理解的是，所述锁止感应结构500设置于所述转向架200，且插设于所述销孔210背离所述插销120一侧。锁止感应结构500可以选择采用红外感应装置或者接触开关等电子部件，当插销120插设于销孔210时，也即转向锁止结构处于锁止位置时，将能够被锁止感应结构500感应，并将感应信号传递至控制模块。可以理解的是，在其中一些实施例中，若销孔210设置于车体100，而插销120设置于转向架200，则锁止感应装置可设置于车体100上，且插设于所述销孔210背离所述插销120一侧，其同样可实现对插销120位置的感应。
56.参照图2，可以理解的是，为了便于将第二轮组件安装于车体100，所述车体100上设置有固定架110，所述固定架110设置有两个且固定连接于所述车体100两侧，每一所述固定架110上均设置有一所述第二轮组件。
57.可以理解的是，其中转向架200可以设置于固定架110前侧，从而第一轮组件构成小车的前轮，而第二轮组件构成小车的后轮，也即在转向架200未锁定的状态下，小车为前轮转向的阿克曼转向形式；当然可以理解的是，在其他一些实施例中，转向架200也可以设置于固定架110的后侧，从而第一轮组件构成小车的后轮，而第二轮组件构成小车的前轮，也即在转向架200未锁定的状态下，也即构成后轮转向的阿克曼转向形式。
58.可以理解的是，为了便于连接轮毂电机310，转向架200上设置有第四连接孔220，固定架110上设置有第五连接孔111，轮毂电机310的定子部311上设置有与第四连接孔220或第五连接孔111对应的第六连接孔312，从而便于通过螺钉将轮毂电机310连接到转向架200和固定架110上；并且，具体地，转向架200及固定架110上还设置有穿线孔112，用于穿设
轮毂电机310的供电或控制线路。
59.可以理解的是，为适配小车的车轮形式及转向类型，车轮驱动程序会有所差异；例如，在采用上述轮胎式构件连接于轮毂电机310，并使转向锁止结构处于初始位置下，也就是小车为普通车轮形式且采用阿克曼转向类型的情况下，其需要一车轮驱动程序与之匹配，为便于描述以下将这一车轮驱动程序称之为驱动模式1.0；而在采用轮胎式构件连接于轮毂电机310，并使转向锁止结构处于锁止位置下，也就是车轮为普通车轮形式且采用普通四轮差速转向类型的情况下，其又需要另一车轮驱动程序与之匹配，为便于描述以下将这另一车轮驱动程序称之为驱动模式2.1；而，在采用上述麦克纳姆轮式构件连接于轮毂电机310，并使转向锁止结构处于锁止位置下，也就是车轮为麦克纳姆轮的车轮形式且采用麦克纳姆四轮差速转向类型的情况下，则又需要第三种车轮驱动程序与之适配，为便于描述以下将这第三种车轮驱动程序称之为驱动模式2.2。
60.可以理解的是，在控制模块内部同时预设有上述三种车轮驱动程序的情况下，控制模块依据所述锁止感应结构500所获取的位置信息切换所述车轮驱动程序，可以包括有以下情形：当感应到转向锁止结构从锁止位置改变成初始位置时，则控制模块可以将驱动模式2.1或驱动模式2.2，直接切换成驱动模式1.0；当感应到转向锁止结构从初始位置改变成锁止位置时，则控制模块可以将驱动模式1.0，切换至驱动模式的人工选择状态，由人工选择进入驱动模式2.1或驱动模式2.2。
61.可以理解的是，在控制模块内部仅预设有上述驱动模式1.0及驱动模式2.2的情况下，控制模块依据所述锁止感应结构500所获取的位置信息切换所述车轮驱动程序，可以包括有以下情形：当感应到转向锁止结构从锁止位置改变成初始位置时，则控制模块可以将驱动模式2.2，直接切换成驱动模式1.0；当感应到转向锁止结构从初始位置改变成锁止位置时，则控制模块可以将驱动模式1.0，直接切换至驱动模式2.2。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
63.尽管已经示出和描述了本技术的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。