一种基于阿克曼转向机构的步进式物流小车
阅读说明：本技术 一种基于阿克曼转向机构的步进式物流小车 (Marching type commodity circulation dolly based on ackerman steering mechanism ) 是由 冯毅雄 殷兴耀 邱皓 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于阿克曼转向机构的步进式物流小车。将支架固定在底板底面,支架后端的后桥两端分别装有轮毂电机；支架前端与阿克曼转向机构中的前桥相固定,前桥两端分别装有轮毂电机；步进电机支架和立式轴承座固定在底板顶面的一侧,步进电机的转轴与联轴器的一端连接,小锥齿轮轴与联轴器的另一端连接,大锥齿轮嵌套在阿克曼转向机构中位于小锥齿轮一侧的驱动轴上,并与小锥齿轮啮合。步进电机将转矩传递到一对锥齿轮上,再传递到U型槽上,通过转向轴使U型槽绕着转向轴进行旋转,实现阿克曼转向。本发明使用简单,减少了转向过程中的轮胎磨损和动力消耗,且具有很强的可升级性与通用性,适用于多种物流运输场所,减少物流成本。(The invention discloses a stepping type logistics trolley based on an Ackerman steering mechanism. Fixing a bracket on the bottom surface of a bottom plate, wherein two ends of a rear axle at the rear end of the bracket are respectively provided with a hub motor; the front end of the bracket is fixed with a front axle in the Ackerman steering mechanism, and two ends of the front axle are respectively provided with a hub motor; the stepping motor support and the vertical bearing seat are fixed on one side of the top surface of the bottom plate, a rotating shaft of the stepping motor is connected with one end of the coupler, the small bevel gear shaft is connected with the other end of the coupler, and the large bevel gear is nested on a driving shaft which is positioned on one side of the small bevel gear in the Ackerman steering mechanism and is meshed with the small bevel gear. The stepping motor transmits the torque to the pair of bevel gears and then to the U-shaped groove, and the U-shaped groove rotates around the steering shaft through the steering shaft, so that Ackerman steering is realized. The steering device is simple to use, reduces tire wear and power consumption in the steering process, has strong upgradability and universality, is suitable for various logistics transportation places, and reduces logistics cost.)
技术领域
本发明涉及一种物流小车，尤其是涉及一种基于阿克曼转向机构的步进式物流小车。
背景技术
在现代物流过程中，物流的储存、搬运、装卸等工作大都要依靠搬运设备来完成。但目前物流公司中的搬运设备还不够完善，有时仍然需要人工搬运，这就影响了物流运输的效率，所以想要提高物流效率、降低物流成本，同时还要保证货物的质量，就必须对搬运设备进行改进，以适应物流运输需求。另外搬运设备作为将来物流运输中的核心部分，它在搬运过程中起到的作用显得尤其重要，它的价值蒸蒸日上，这就对搬运装备的研发工作带来了更高的挑战。
物流小车在使用传统的转向系统时，转向时转向车轮转向轨迹不统一，转向轮没有绕同一个圆心转向，转向轮的侧滑加剧了轮胎的磨损，增加了能源损耗的同时也提高了物流成本。
对于传统的物流小车来说，离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的，而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂，很大程度上限制了物流小车的载重量，同时也存在需要定期维护和故障率的问题，提高了物流运输的成本。
在物流公司、实验室等需要进行物流作业的场合中，不同规格下货架的行距不尽相同，并且与墙等一些障碍物的距离不一致，场地的平整度也不尽相同，有些场合还需要物流小车在一定坡度上进行作业，对物流小车的转向精度提出了更高的要求。考虑到上述因素，现有的物流小车不适用于这些场合。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于阿克曼转向机构的步进式物流小车。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于阿克曼转向机构的步进式物流小车，包括底板、步进电机、步进电机支架、后桥、联轴器、立式轴承座、小锥齿轮、大锥齿轮、多根铝型材支架、阿克曼转向机构、四个轮毂电机和四个轮毂电机支架；
多根铝型材支架固定在底板底面，多根铝型材支架后端与底板后端的后桥相固定，后桥两端底面分别装有第一个和第二个轮毂电机支架，在第一个和第二个轮毂电机支架中分别装有第一个和第二个轮毂电机；多根铝型材支架前端与底板前端的阿克曼转向机构中的前桥相固定，阿克曼转向机构两端的U型槽底面分别装有第三个和第四个轮毂电机支架，在第三个和第四个轮毂电机支架中分别装有第三个和第四个轮毂电机；
步进电机支架和立式轴承座分别固定在底板顶面的一侧，步进电机安装在步进电机支架上，步进电机的转轴穿过步进电机支架后与联轴器的一端连接，小锥齿轮轴穿过立式轴承座后与联轴器的另一端连接，底板前端两侧分别设有通孔，两个驱动轴均为中孔的阶梯轴，两个驱动轴从下至上分别穿过底板两侧通孔后，大锥齿轮嵌套在阿克曼转向机构中位于小锥齿轮一侧的驱动轴上，并与小锥齿轮啮合；两个驱动轴底端分别固定在各自U型槽的顶面。
所述阿克曼转向机构，包括两个驱动轴、两个U型槽、前桥、两个转向轴、阿克曼横向拉杆、两个阿克曼梯形臂；前桥两端分别安置在第一个和第二个U型槽内，第一个和第二个转向轴分别穿过第一个和第二个U型槽顶面通孔、前桥两端的安装孔，固定于各自前桥安装孔中，第一个和第二个转向轴分别穿入第一个和第二个U型槽底面通孔和第一个和第二个U型槽铰接，第一个和第二个U型槽底面分别与第一个和第二个阿克曼梯形臂固定，第一个和第二个阿克曼梯形臂分别与阿克曼横向拉杆两端通过铰接旋转。
所述四个轮毂电机为四轮驱动，与后桥连接的第一个和第二个轮毂电机只负责驱动；与阿克曼转向机构连接的第三个和第四个轮毂电机负责转向和驱动。
所述四个轮毂电机是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内的电机。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明的转向机构采用阿克曼转向，物流小车沿弯道转弯时，所有车轮做纯滚动，减少了转向过程中的轮胎磨损和动力消耗。使用步进电机作为其转向机构的驱动电动机，能够精确地控制小车转向的幅度，使其能够在复杂的环境下精准地将货物运输到指定地点，使用者能方便地控制它的行动轨迹。驱动机构采用轮毂电机进行驱动，将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内，得以将物流车辆的机械部分大为简化。为底盘结构节省了大量的空间，使其能够运载更多的货物。该平台车能够在搭载相关实验设备的情况下进行科学实验，也可以作为应急救援设施，在地震、火灾等自然灾害发生后进入救援人员无法进入的区域进行救援搜救以及受灾情况探查工作，还可以成为一种通用开发平台，具有非常强的可升级性与通用性。同时本发明契合“工业4.0”理念，物流输送的智能化是工业发展的趋势。几乎可以满足工厂内部的所有物流需求，实现智能化物流传输，从而全面综合地提高经济效益和生产效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明U型槽连接在前桥上的结构示意图。
图3是本发明转向机构的结构示意图。
图4是本发明直线行驶工况示意图。
图5是本发明转向行驶工况示意图。
图中，1、底板，2、步进电机，3、步进电机支架，4、后桥，5、联轴器，6、立式轴承座，7、小锥齿轮，8、大锥齿轮，9、多根铝型材支架，10、阿克曼转向机构，11、四个轮毂电机，12、四个轮毂电机支架，1001、二个驱动轴，1002、二个U型槽，1003、前桥，1004、二个转向轴，1005、阿克曼横向拉杆，1006、二个阿克曼梯形臂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明；
如图1、图2所示，本发明包括底板1、步进电机2、步进电机支架3、后桥4、联轴器5、立式轴承座6、小锥齿轮7、大锥齿轮8、多根铝型材支架9、阿克曼转向机构10、四个轮毂电机11和四个轮毂电机支架12。
多根铝型材支架9固定在底板1底面，多根铝型材支架9后端与底板1后端的后桥4相固定，后桥4两端底面分别装有第一个和第二个轮毂电机支架12，在第一个和第二个轮毂电机支架中分别装有第一个和第二个轮毂电机；多根铝型材支架9前端与底板1前端的阿克曼转向机构10中的前桥1003相固定，阿克曼转向机构10两端的U型槽1002底面分别装有第三个和第四个轮毂电机支架，在第三个和第四个轮毂电机支架中分别装有第三个和第四个轮毂电机。
步进电机支架3和立式轴承座6分别固定在底板1顶面的一侧，步进电机2安装在步进电机支架3上，步进电机2的转轴穿过步进电机支架3后与联轴器5的一端连接，小锥齿轮7轴穿过立式轴承座6后与联轴器5的另一端连接，底板1前端两侧分别设有通孔，两个驱动轴1001均为中孔的阶梯轴，两个驱动轴1001从下至上分别穿过底板1两侧通孔后，大锥齿轮8嵌套在阿克曼转向机构10中位于小锥齿轮7一侧的驱动轴1001上，并与小锥齿轮7啮合；两个驱动轴1001底端分别固定在各自U型槽1002的顶面。
如图2、图3所示，所述阿克曼转向机构10，包括两个驱动轴1001、两个U型槽1002、前桥1003、两个转向轴1004、阿克曼横向拉杆1005和两个阿克曼梯形臂1006；
前桥1003两端分别安置在第一个和第二个U型槽1002内，第一个和第二个转向轴1004分别穿过第一个和第二个U型槽1002顶面通孔、前桥两端的1003安装孔，固定于各自前桥1003安装孔中，第一个和第二个转向轴1004分别穿入第一个和第二个U型槽1002底面通孔和第一个和第二个U型槽1002铰接，第一个和第二个U型槽1002底面分别与第一个和第二个阿克曼梯形臂1006固定，第一个和第二个阿克曼梯形臂1006分别与阿克曼横向拉杆1005两端通过铰接旋转。
所述四个轮毂电机11为四轮驱动，与后桥连接的第一个和第二个轮毂电机11只负责驱动；与阿克曼转向机构10连接的第三个和第四个轮毂电机11负责转向和驱动。
所述四个轮毂电机11是将动力装置、传动装置和制动装置都整合一起到轮毂内的电机。
本发明的工作原理是：
本发明中轮毂电机11采用电传动，每个轮毂电机11采用单独的电机进行驱动，采用单独的控制器进行无线调速。本发明中步进电机2采用单独的电机进行电传动，工作人员根据物流场景中物流小车所需转弯大小，输入相对应的电脉冲信号，通过控制器无线控制步进电机2转动相对应的角度。
如图4所示，物流小车直线行驶时，工作人员不输入脉冲信号到步进电机2中，步进电机2不进行转动，此时第一个轮毂电机11和第二个轮毂电机11保持平行，控制器控制四个轮毂电机11保持相同的速度进行转动，物流小车保持直线行驶。
如图5所示，物流小车需要转向时，第三个和第四个轮毂电机保持平行，工作人员根据物流小车需要转弯幅度大小输入相应个数脉冲信号，步进电机2转动相对应角度。步进电机2用于产生转向力矩，传递转向力矩到联轴器5上，再通过联轴器5传递到小锥齿轮7上，通过小锥齿轮7传递转向力矩到大锥齿轮8上，直接带动第一个U型槽上的第一个轮毂电机11绕转向轴转动α°，配合阿克曼梯形，间接带动第二个U型槽上的第二个轮毂电机11绕转向轴转动β°，实现阿克曼转向，四个轮毂电机能够绕同一个转向圆心转动。步进电机2可以精确控制物流小车行动轨迹。
根据阿克曼转向角计算公式，轮毂电机11的偏转角需要满足：
其中，L为物流小车第一个和第二个轮毂电机11的接地点中心到第三个和第四个轮毂电机11的接地点中心的距离，M为第一个轮毂电机11接地点中心到第二个轮毂电机11接地点中心的距离，α为第一个轮毂电机11偏转角，β为第二个轮毂电机11偏转角。
四个轮毂电机11在进行阿克曼转向时具有相同的转向圆心O和相同的角速度。因此，可以通过转向半径计算公式计算得到各个轮毂电机11的转向半径：
其中，R1为第一个轮毂电机转向半径、R2为第二个轮毂电机转向半径、R3为第三个轮毂电机转向半径、R4为第四个轮毂电机转向半径。
为使物流小车转向时不打滑，需要四个轮毂电机11绕相同的转向圆心O以相同的角速度转动，得到四个轮毂电机11的转向半径后，进一步可以得到各个轮毂电机11的转速之比，通过控制器调节四个轮毂电机11的转速，使得物流小车转向时四个轮毂电机11以相同的角速度绕相同的转向圆心O转动，四个轮毂电机11纯滚动精确控制小车转向的幅度的同时减少了转向过程中的轮胎磨损和动力消耗。
由此可见，本发明使用简单，减少了转向过程中的轮胎磨损和动力消耗，且具有很强的可升级性与通用性，适用于多种物流运输场所，减少物流成本。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
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