一种车身姿态自调整小车及其姿态调整方法

1.本发明涉及一种移动小车及其姿态调整方法，特别是涉及一种车身姿态自调整小车及其姿态调整方法。


背景技术：

2.一般用于平移动作的小车的四轮位置相对固定，通常运行在平坦的地面能保持平稳，而为了提高其稳定性会增加避震装置来过滤振动，但是当车辆遇到较大的障碍路面时，比如一侧出现小坡或者坑洼，车辆将会发生侧倾，此时车体较难以保持水平平稳，在一些要求水平操作的场合则可能无法进行顺序工作。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种车身姿态自调整小车，目的是实现对小车倾斜的检测并调整保持车辆姿态水平。本发明的另一目的提供了一种车身姿态自调整小车的姿态调整方法。
4.本发明技术方案如下：一种车身姿态自调整小车，包括车身、车架、主动调整悬挂系统和控制系统，所述车身及控制系统固定于所述车架上，所述车架上设有用于检测左右倾斜的水平传感器，所述车架包括底座、两个长轴锥齿轮、扭矩传感器和短轴锥齿轮，所述长轴锥齿轮及所述短轴锥齿轮与所述底座转动连接，两个所述长轴锥齿轮同轴设置并位于所述底座的两侧，所述短轴锥齿轮与两个所述长轴锥齿轮均啮合，所述扭矩传感器设置于所述短轴锥齿轮与所述底座之间用于检测所述短轴锥齿轮的转轴的扭矩，所述主动调整悬挂系统设有两个分别与所述长轴锥齿轮的转轴连接，所述主动调整悬挂系统包括构架、升降伸缩机构和动力轮组，所述构架与所述长轴锥齿轮的转轴固定连接，所述动力轮组设有两个并分别通过连杆连接于所述构架的前后两端，所述连杆的顶端与所述构架铰接，所述升降伸缩机构的一端与所述构架铰接，所述升降伸缩机构的另一端与所述动力轮组铰接，所述升降伸缩机构驱动所述动力轮组抬升或下降，所述升降伸缩机构上设有第一压力传感器，所述第一压力传感器用于检测所述动力轮组的负载，所述控制系统与所述第一压力传感器、所述扭矩传感器、所述水平传感器电连接并用于控制所述升降伸缩机构动作。
5.进一步地，所述动力轮组包括支架、摆臂、动力车轮以及摆动伸缩机构，所述动力车轮包括电机、电机架及车轮，所述电机安装于所述电机架并驱动所述车轮，所述摆动伸缩机构的两端分别与所述支架和电机架铰接，所述摆臂与所述支架和电机架分别铰接，所述摆动伸缩机构上设有第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测所述动力车轮的负载，所述控制系统与所述第二压力传感器电连接并用于控制所述摆动伸缩机构动作。
6.进一步地，所述摆臂的下端设有圆弧槽，所述电机架的侧壁设有与所述圆弧槽配合的定位销。
7.进一步地，所述摆臂成对设置于所述电机架的前后侧壁。
8.进一步地，所述长轴锥齿轮的转轴的端部为方形轴，所述构架上设置与所述方形
轴配合的方形孔，所述长轴锥齿轮的转轴与所述构架通过所述方形轴和所述方形孔连接。
9.一种车身姿态自调整小车的姿态调整方法，基于上述车身姿态自调整小车进行，所述控制系统根据所述扭矩传感器测得的数值正负、所述水平传感器测得的倾斜状态以及各个所述第一压力传感器的数值变化判断某个动力轮组处于上坡或下坡状态，所述控制系统根据动力轮组处于上坡或下坡状态控制相应的所述升降伸缩机构进行升降以补偿动力轮组在上坡或下坡时的落差。
10.进一步地，所述升降伸缩机构动作后所述控制系统根据所述处于上坡或下坡状态的动力轮组所对应的第二压力传感器的数值变化控制所述摆动伸缩机构动作使车轮的踏面的角度与坡度重合，所述第二压力传感器的数值增大时控制所述摆动伸缩机构收缩，所述第二压力传感器的数值减小时控制所述摆动伸缩机构伸长。
11.本发明所提供的技术方案的优点在于：
12.本发明中，通过水平传感器、扭矩传感器及第一压力传感器的检测判断车辆的车轮所处状态，由升降伸缩机构进行高度补偿自动调整平台的姿态，从而确保在行进过程中始终保持车辆处于水平状态，为需要在车辆上定姿作业的功能设备提供一个稳定的水平平台，便于车辆上的功能设备进行精准操作，并且可进一步通过摆臂伸缩机构使车辆踏面倾斜以自适应不同坡度路面。本发明无需人工干预，小车体积小，结构简单，自动化程度高，适用于有限空间的水平操作作业。
附图说明
13.图1是实施例的车身姿态自调整小车的立体结构示意图。
14.图2是车身姿态自调整小车的内部结构示意图。
15.图3是车架结构示意图。
16.图4是主动调整悬挂系统结构示意图。
17.图5是动力轮组结构示意图。
18.图6是车身姿态自调整小车的右前轮遇到上坡时结构示意图。
19.图7是摆动伸缩机构控制车轮动作过程受力示意图。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本说明之后，本领域技术人员对本说明的各种等同形式的修改均落于本技术所附权利要求所限定的范围内。
21.请结合图1至图5所示，本实施例的车身姿态自调整小车包括车身1、蓄电池2、液压系统3、控制系统4、车架5以及主动调整悬挂系统6。其中车身1、蓄电池2、液压系统3和控制系统4均安装与车架5之上，车架5上安装有水平传感器(图上未示出)，其与控制系统4连接用于测量车辆的左右倾斜状态。车架5由底座501、长轴锥齿轮502、轴承、扭矩传感器503、短轴锥齿轮504组成，长轴锥齿轮502设有两个，其通过轴承与底座501转动连接，两个长轴锥齿轮502为同轴布置，并且长轴锥齿轮502的轴呈小车的左右横向设置。短轴锥齿轮504也通过轴承与底座501转动连接，位于两个长轴锥齿轮502之间且与两个长轴锥齿轮502均啮合，扭矩传感器503设置在短轴锥齿轮504的轴上与控制系统4电连接，扭矩传感器503一端与底
座501固定连接，另一端与短轴锥齿轮504的轴固定连接。当两侧的长轴锥齿轮502任意一个转动时，则带动短轴锥齿轮504转动，通过扭矩传感器503即可测得扭矩，依此可以实时检测两个长轴锥齿轮502的转动趋势。
22.主动调整悬挂系统6设有两个，对称布置在底座501的两侧。主动调整悬挂系统6包括构架601、升降伸缩机构602和动力轮组603。构架601的前后部分别安装一个动力轮组603，在构架601的中部与一个长轴锥齿轮502的轴连接并与随轴转动，在本实施例中，在构架601的中部开设方形孔601a，而长轴锥齿轮502的轴的端部加工为方形轴，其插入方形孔601a中进行配合。构架601的中部通过两根连杆604与动力轮组603连接，连杆604的上端与构架601铰接，连杆604的下端与动力轮组603固接。升降伸缩机构602采用升降油缸，升降油缸的两端则分别与构架601的端部和动力轮组603铰接，其中升降油缸上设置第一压力传感器605以检测动力轮组603的受力，其设置第一压力传感器605的一端与构架601的销孔铰接，由此当升降油缸动作时，在连杆604的限制下，动力轮组603可以进行上下运动以调整动力轮组603的离地高度，第一压力传感器605与控制系统4电连接。
23.动力轮组603包括支架6031、摆臂6032、动力车轮6033以及摆动伸缩机构6034。支架6031用于承载动力车轮6033以及实现与连杆604及升降油缸连接，也就是说连杆604及升降油缸的都是与支架6031进行铰接。动力车轮6033包括电机6033a、电机架6033b及车轮6033c，电机6033a固定在电机架6033b上驱动车轮6033c转动。摆臂6032的上端与支架6031铰接，摆臂6032的中部与电机架6033b铰接，为了控制动力车轮6033的摆动浮动，在摆臂6032的下端设置为扇形板，扇形板上开设弧形槽6032a，在电机架6033b的侧壁设置与弧形槽6032a配合的定位销6033d，定位销6033d在弧形槽6032a内移动处于弧形槽6032a的两端时动力车轮6033达到最大的摆动角度。摆动伸缩机构6034采用摆动油缸，其连接位置设置在摆臂6032与车轮6033c之间。摆动油缸的两端分别与支架6031及电机架6033b铰接，摆动油缸上设置第二压力传感器6035以检测动力轮组603的受力，其设置第二压力传感器6035的一端与电机架6033b铰接。通过摆动油缸的动作，可以调整动力车轮6033与水平面的倾角，使车轮踏面贴合地面，第二压力传感器6035与控制系统4电连接。
24.请结合图6所示，本发明的车身姿态自调整小车，当前部一侧遇到坡面上翘时，带动整个车身具有上翘的趋势，此时水平传感器及扭矩传感器503的测量值发生变化，车辆由于重心的偏移导致四轮配重发生变化，相应的第一压力传感器605和第二压力传感器6035的测量值也发生变化，相关数据反馈给控制系统4的处理器，通过计算将处理结果发送给升降油缸和摆动油缸，从而进行伸缩动作，使车辆恢复水平姿态。下面以车辆左前轮遇坡为例进行说明，其控制过程步骤如下：
25.(1)主动调整悬挂系统6产生绕方形孔601a的扭矩，经过长轴锥齿轮502和短轴锥齿轮504的传动，将扭矩传递到扭矩传感器503中。由于左前轮或右前轮遇到上坡时引起的短轴锥齿轮504转动方向相反，因此可以通过扭矩传感器503的数值正负进行区分判定，假设左前轮遇到上坡时扭矩传感器503的数值为正，则当扭矩传感器503的数值为正时可以判断为左前轮或右后轮相对变高，即左前轮遇上坡变高、左后轮遇下坡变低、右后轮遇上坡变高以及右前轮遇下坡变低，再结合水平传感器及第一压力传感器数值的数值变化即可判断车辆处于如下表所示的哪种情况
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(2)通过水平传感器侧得右倾，同时左后轮的第一压力传感器数值为减小而其他车轮的第一压力传感器数值增大，则可以判定左前轮遇坡。
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(3)控制系统能够的处理器通过计算，输出处理结果：控制车辆左前轮升降油缸收缩，使动力轮组603抬升。
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(4)在动力轮组603抬升后，由于地面与车轮踏面的接触位置发生变化，导致第二压传感器6035数值发生变化，根据变大或变小，调节摆动油缸的伸缩，使踏面与坡贴合。以图7所示，当车轮遇到外侧高内侧低的坡面时，由于力臂的增大，t2时刻第二压力传感器6035数值会大于t1时刻，也大于其他轮子的第二压力传感器6035数值。控制系统则控制摆动油缸的收缩，将车轮踏面的角度与坡度重合，将受力点内移，减少力臂，即在t3时刻，第二压力传感器数值6035又会变小至与其他轮子的第二压力传感器6035数值相当，摆动油缸则停止动作。如车轮遇到内侧高外侧低的坡面时，则第二压力传感器6035数值将减小，此时控制系统控制摆动油缸的伸长，直至第二压力传感器数值6035增大至与其他轮子的第二压力传感器6035数值相当，摆动油缸停止动作使车轮踏面与坡度重合。