一种高灵活性移动并联仿生小车
阅读说明：本技术 一种高灵活性移动并联仿生小车 (High-flexibility movable parallel bionic trolley ) 是由 张海强 王俊杰 孔维鑫 李相帅 刘桂福 石侃 张明辉 姚燕安 于 2021-10-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高灵活性移动并联仿生小车,其主要包括前后车体、行走系统、勘测系统和并联机构,所述车体包括车壳和底盘,通过螺钉连接,所述行走系统包括四个全向轮和四个电机,电机通过螺钉与底盘连接固定,全向轮通过联轴器与电机输出轴相连；所述勘测系统包括视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS定位器,安装在车壳上；所述并联机构由动平台、定平台和连接动、定平台的五条支链组成,动定平台分别与前后两车壳相连,连接前后两个车体。本发明引入并联机构,具有结构简单紧凑、灵活性高、刚度大、承载能力大、可规避奇异位形等优点,使小车更好地在非结构环境下行驶。(The invention relates to a high-flexibility movable parallel bionic trolley which mainly comprises a front trolley body, a rear trolley body, a walking system, a surveying system and a parallel mechanism, wherein the trolley body comprises a trolley shell and a chassis which are connected through screws; the surveying system comprises a visual sensor, an ultrasonic sensor, an infrared sensor and a GPS (global positioning system) positioner and is arranged on the vehicle shell; the parallel mechanism consists of a movable platform, a fixed platform and five branched chains for connecting the movable platform and the fixed platform, wherein the movable platform and the fixed platform are respectively connected with the front shell and the rear shell and are connected with the front vehicle body and the rear vehicle body. The parallel mechanism is introduced, so that the trolley has the advantages of simple and compact structure, high flexibility, high rigidity, high bearing capacity, capability of avoiding singular configuration and the like, and the trolley can better run in a non-structural environment.)
技术领域
本发明属于一种新型仿生小车，尤其涉及一种高灵活性移动并联仿生小车。
背景技术
现代社会科学技术快速发展，具有高灵活性移动功能的无人车技术日趋成熟，通过在车体上搭载勘测系统或装置便可实现相应功能。人类在野外进行勘测时，普通高灵活性移动小车虽然可以实现在复杂地面上自主巡航、自动避障，但由于灵活性不高，驱动轮常被悬置，车体难以前行。鉴于并联机构具有结构简单紧凑、灵活性高、刚度大、承载能力大、可规避奇异位形等优点，将高灵活性移动小车与并联机构结合以实现类爬行动物的运动，可使小车更好地在非结构环境下行驶。
发明内容
本发明是为了实现类爬行动物运动的一种高灵活性移动并联仿生小车。
本发明所采用的技术方案有：一种高灵活性移动并联仿生小车，包括前后车体、行走系统、勘测系统和并联机构，所述车体包括车壳和底盘，通过螺钉连接，所述行走系统包括四个全向轮和四个电机，电机通过螺钉与底盘连接固定，全向轮通过联轴器与电机输出轴相连；所述勘测系统包括视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS定位器，安装在车壳上；所述并联机构由动平台、定平台和连接动、定平台的五条支链组成，动平台、定平台分别与前后两车壳相连，连接前后两个车体。
进一步的，所述并联机构包括动平台、定平台和五条支链，所述五条支链一端连接动平台，一端连接定平台，其中第一、第二、第三、第四支链均匀分布在动、定平台的圆形边界上，第一第二支链对称分布，第三支链的转动副R的轴线与第一支链转动副R的轴线垂直，第四支链的转动副R的轴线与第三支链的转动副R的轴线平行，第五支链设置在圆形中心处；
所述第一第二支链为RPU型支链，包括一个转动副R、一个移动副P和一个虎克铰U，其中支链RPU一端通过支链R副连接到定平台，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，另一端通过支链U副连接到动平台，虎克铰U的第一转动副平行于动平台，第二转动副轴线与第一转动副轴线正交，且第二转动副轴线与连杆移动副P的移动方向垂直，虎克铰U的第二转动副轴线与转动副R的轴线平行，转动副R的轴线平行于动平台；
所述第三支链为SPR型支链，包括一个复合球铰S、一个移动副P和一个转动副R，其中支链SPR一端通过复合球铰S与定平台铰接，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，另一端通过支链R副连接到动平台；
所述第四支链为UPR型支链，主要包括一个虎克铰U、一个移动副P、一个转动副R，其中支链UPR一端通过支链U副连接到定平台，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，另一端通过支链R副连接到动平台；虎克铰U的第一转动副平行于定平台，第二转动副轴线与第一转动副轴线正交，且第二转动副轴线与连杆移动副P的移动方向垂直，转动副R的轴线平行于动平台；
所述第五支链为RPR型支链，主要包括两个转动副R、一个移动副P，其中支链RPR一端通过支链R副连接到定平台，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，另一端通过支链R副连接到动平台；
所述虎克铰由空间两相互垂直的转动副组成，所述复合球铰由空间三个两两相交的转动副组成。
进一步的，所述并联机构为三自由度冗余驱动并联机构，其包括两个转动自由度，一个移动自由度，其中间支链为约束支链，即便中间支链损坏小车仍能正常运动。
进一步的，所述前后两个车体通过并联机构相连接，并联机构的动平台由一圆盘组成，圆盘上方凸出一轴，前车体的车壳后端留有一孔，圆盘上的轴与前车体的预留孔通过轴承相配合，再由端盖和螺钉连接紧固；并联机构的定平台由一圆盘组成，圆盘上方凸出一轴，后车体的车壳前端留有一孔，圆盘上的轴与后车体的预留孔通过轴承相配合，再由端盖和螺钉连接紧固。
进一步的，所述四个全向轮完全相同，前车底板的下方有两个电机支架，分别固定安装两个电机，每个电机的输出轴通过联轴器与一个全向轮相连；后车底板的下方有两个电机支架，分别固定安装两个电机，每个电机的输出轴通过联轴器与一个全向轮相连。
进一步的，所述勘测系统包括一个视觉传感器、两个超声波传感器、两个红外线传感器、一个GPS定位器，视觉传感器安装在前车体的车顶上，两个超声波传感器分别安装在前车体车壳的两侧，两个红外线传感器分别安装在前车体的前端和后车体的后端，GPS定位器安装在视觉传感器上方。
本发明的有益效果主要表现在：前后两个车体利用并联机构和轴连接，使得前后两车体具有多个自由度，并且并联机构为冗余机构，不易出现奇异性位置，工作空间更大，大大提高了小车的灵活性，减少小车野外勘测被障碍阻挡或卡住的情况，适应在复杂的地形中行驶；行走机构采用全向轮，能够实现小车的多方位转向；通过视觉传感器、红外线传感器、GPS定位器、超声波传感器多个传感器相融合进行检测，可以判断障碍物的大小与位置，提高小车灵活性。
附图说明
图1是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车整体结构示意图；
图2是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车并联机构的结构示意图；
图3是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车并联机构第一、第二支链结构简图；
图4是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车并联机构第三支链结构简图；
图5是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车并联机构第四支链结构简图；
图6是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车并联机构第五支链结构简图；
图7是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车车体与并联机构连接的结构示意图；
图8是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车底部的结构简图；
图9是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车行走系统的结构简图；
图10是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车前车体的结构示意图；
图11是本发明的一种高灵活性移动并联仿生小车后车体的结构示意图；
其中：
图1中：A.前车体；B.行走系统；C.后车体；D.并联机构；E.传感器；
图2中：D-1.动平台；D-2.第一、第二支链；D-3.第三支链；D-4.第四支链；D-5.第五支链；D-6.定平台；
图3中：D-2-1.底座；D-2-2.虎克铰；D-2-3.连杆；D-2-4.转动副；D-2-5.底座；
图4中：D-3-1.底座；D-3-2.转动副；D-3-3.连杆；D-3-4.摇杆；D-3-5.球铰；
图5中：D-4-1.底座；D-4-2.转动副；D-4-3.连杆；D-4-4.虎克铰；D-4-5..底座；
图6中：D-5-1.底座；D-5-2.转动副；D-5-3.连杆；D-5-4.转动副；D-5-5.底座；
图7中：1.动平台端盖；2.轴承；3.轴承；4.顶平台端盖；
图8中：A-1.前车壳；A-2.前车底盘；C-1.后车壳；C-2.后车底盘；
图9中：B-1.紧固螺钉；B-2.端盖；B-3.全向轮；B-4.联轴器；B-5.电机；
图10中：E-1.前车灯；E-2.超声波传感器；E-3.GPS；E-4.视觉传感器；E-5.红外线传感器；
图11中：E-6.红外线传感器；E-7.后车灯；
具体实施方式
下面结合附图以及具体的实施方式，对本发明做出进一步说明。
参考图1，一种高灵活性移动并联仿生小车，其特征在于：包括前后车体(A、C)、行走系统(B)、勘测系统(E)和并联机构(D)，所述车体包括车壳和底盘，通过螺钉连接，所述行走系统包括四个全向轮和四个电机，电机通过螺钉与底盘连接固定，全向轮通过联轴器与电机输出轴相连；所述勘测系统包括视觉传感器、超声波传感器、红外线传感器、GPS定位器，安装在车壳上；所述并联机构由动平台、定平台和连接动、定平台的五条支链组成，动平台、定平台分别与前后两车壳相连，连接前后两个车体。
参考图2，所述并联机构包括动平台(D-1)、定平台(D-6)和五条支链，所述五条支链一端连接动平台，一端连接定平台，其中第一(D-2)、第二(D-2)、第三(D-3)、第四(D-4)支链均匀分布在动、定平台的圆形边界上，第一、第二支链对称分布，第三支链的转动副R的轴线与第一支链转动副R的轴线垂直，第四支链的转动副R的轴线与第三支链的转动副R的轴线平行，第五支链(D-5)为约束支链设置在圆形中心处，若第五支链损坏小车仍能正常运动；
参考图3，所述第一、第二支链为RPU型支链，包括一个转动副R(D-2-4)、一个移动副P(D-2-3)和一个虎克铰U(D-2-2)，其中支链R副底座(D-2-5)通过螺钉与定平台连接紧固，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，支链U副底座(D-2-1)通过螺钉与动平台连接紧固，转动副R的轴线平行于定平台，虎克铰U的第一转动副平行于动平台，第二转动副轴线与第一转动副轴线正交，且第二转动副轴线与连杆移动副P的移动方向垂直，虎克铰U的第二转动副轴线与转动副R的轴线平行；
参考图4，所述第三支链为SPR型支链，包括一个球铰S(D-3-4)、一个移动副P(D-3-3)和一个转动副R(D-3-2)，其中支链球铰S底座(D-3-5)通过螺钉与定平台连接紧固，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，支链R副底座(D-3-1)通过螺钉与动平台连接紧固；
参考图5，所述第四支链为UPR型支链，主要包括一个虎克铰U(D-4-4)、一个移动副P(D-4-3)、一个转动副R(D-4-2)，其中支链U副底座(D-4-5)通过螺钉与定平台连接紧固，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，支链R副底座(D-4-1)通过螺钉与动平台连接紧固；虎克铰U的第一转动副平行于定平台，第二转动副轴线与第一转动副轴线正交，且第二转动副轴线与连杆移动副P的移动方向垂直，转动副R底座的轴线平行于动平台；
参考图6，所述第五支链为RPR型支链，主要包括两个转动副R(D-5-2\D-5-4)、一个移动副P(D-5-3)，其中支链R副底座(D-5-1)通过螺钉与定平台连接紧固，中间为第一连杆、第二连杆组成的移动副，支链R副底座(D-5-5)通过螺钉与动平台连接紧固；所述虎克铰由空间两相互垂直的转动副组成，所述球铰由空间三个两两相交的转动副组成。
参考图7、图8，一种高灵活性移动并联仿生小车，其特征在于：所述前后两个车体通过并联机构相连接，并联机构的动平台由一圆盘组成，圆盘上方凸出一轴，前车体的车壳后端留有一孔，圆盘上的轴与前车壳(A-1)的预留孔通过轴承(2)相配合，再由端盖(1)和螺钉连接紧固；并联机构的定平台由一圆盘组成，圆盘上方凸出一轴，后车壳前端留有一孔，圆盘上的轴与后车壳(C-1)的预留孔通过轴承(3)相配合，再由端盖(4)和螺钉连接紧固。
参考图8、图9，所述四个全向轮完全相同，前车底盘(A-2)的下方有两个电机支架，分别固定安装两个电机(B-5)，每个电机的输出轴通过联轴器(B-4)与一个全向轮(B-3)相连，通过螺钉和端盖紧固；后车底(C-2)盘的下方有两个电机支架，分别固定安装两个电机(B-5)，每个电机的输出轴通过联轴器(B-4)与一个全向轮(B-3)相连，通过螺钉和端盖紧固。
参考图10、图11，一种高灵活性移动并联仿生小车，其特征在于：所述勘测系统包括一个视觉传感器(E-4)、两个超声波传感器(E-2)、两个红外线传感器(E-5、E-6)、一个GPS定位器(E-3)，视觉传感器安装在前车体的车顶上，两个超声波传感器分别安装在前车体车壳的两侧，两个红外线传感器分别安装在前车体的前端和后车体的后端，GPS定位器安装在视觉传感器上方。
本发明的优点在于车体利用并联机构和轴连接，使得前后两车体具有多个自由度，并且并联机构为冗余机构，不易出现奇异性位置，工作空间更大，大大提高了小车的灵活性，减少小车野外勘测被障碍阻挡或卡住的情况，适应在复杂的地形中行驶；行走机构采用全向轮，实现小车的多方位转向；通过视觉传感器、红外线传感器、GPS定位器、超声波传感器多个传感器相融合进行检测，可以判断障碍物的大小与位置，使小车更好地在非结构环境下行驶。
以上所述的一种高灵活性移动并联仿生小车的实施方式不局限于以上实施例所描述的实施例形式，根据本发明公开的内容，所属技术领域的技术人员还可以在本发明专利的基础上采取其他的具体方式进行修改、等同替换、改进等，因此，实施例不能理解为本发明仅可以实施的具体实施方式。
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