技术领域
[0001] 本实用新型属于移动机械技术领域，具体涉及一种四轮独立驱动转向的全回转移动底盘。
背景技术
[0002] 轮式行走机构行驶阻
力小、噪声小、转向性能好，具有高机动性，因此广泛应用于各种高机动性移动平台中，包括各种类型的
汽车、军事特种车辆(如轮式战车、导弹运载车等)。轮式行走机构的好坏将直接影响到移动平台的通过性和机动性。为了提高轮式移动平台的灵活机动特性，一般尽可能降低移动平台
转弯半径。
[0003] 目前，轮系移动平台通过减小转弯半径来提高灵活机动特性的方案主要通过球轮、麦克纳母轮、万向轮或是基于它们的
变形产品，而通过原来轮系
基础上的方案较少。
[0004] (1)球轮结构技术方案
[0005] 例如
申请号为201110421107.X的
专利“基于球轮全向驱动的运动平台”，涉及一种能够自主运动的智能运动平台，特别涉及一种通过控制三个球轮的运动从而实现平台整体的全向运动的机构，属于
电机驱动、
传感器测距、无线通讯和自动控制技术领域；具体包括三套同样的球轮驱动机械结构和三个电机
驱动器、环境
感知系统和平台控制系统；平台主控
制模块处理得出控制指令，发给电机驱动器
控制模块，球轮在
驱动电机的控制下滚动，实现平台的运动。该
发明基于球体滚动的全向性原理，可实现人工操控与自主运行两种工作模式，以及单平台运行和多平台运行方式，具有体积小，平衡性好，运动行为表现力突出，快速机动和全向运动性的特点。相似的还有申请号为201280035387.3的专利“全向运动平台”等。
[0006] 球形轮一般采用
磁性或其它方式，对球轮进行完全控制，从而实现轮子在XY方向上全向运动。但是球形轮控制起来较难，实际使用中很少采用，目前较多的存在于概念产品中，例如奥迪的球形轮胎机构等。
[0007] (2)麦克纳母轮结构技术方案
[0008] 申请号为201611060832.8的专利公布了“一种全向移动平台”，包括车体
框架、摆动组件、摆动车桥以及减震器，所述摆动组件固定在车体框架底部，所述摆动车桥通过所述摆动组件可相对所述车体框架底部上下摆动的安装在所述车体框架上；所述摆动车桥包括与所述摆动组件连接的中间部分和位于中间部分两侧的摆臂，所述中间部分与所述摆动组件连接，所述摆臂远离所述中间部分的端部安装有
车轮；所示减震器一端与所述车体框架连接，另一端与所述摆臂连接。该移动平台，在地面不平的情况下，也能够使得全向移动平台平稳作业，同时使用寿命较长。相似的，还有申请号为201620216799.2的专利公布了“一种全向移动平台的独立悬挂机构”等。
[0009] 麦克纳母轮因其设计和控制都较简单，在全向移动产品中使用较为广泛。但是因为它与地面的
接触点不连续，而且只有一个可控运动
自由度，导致运行中会引起打滑和噪音，造成运动效率低。由于
正交轮在运动过程中两个轮子是交替接触地面的，这就导致在运动过程中每个轮子所承受的压力变化大，从而影响与地面接触的
摩擦力，影响轮子转动速度，不能保证车体运动速度的平稳性；此外麦克纳姆轮的滚子之间存在间隙，容易产生振动或打滑，导致
能量损失严重，造成车体不稳定，无法保证
位置精确度，而且这种轮子对加工设计有很高要求，从而导致使用成本高。
[0010] (3)万向轮结构技术方案
[0011] 该类方案中，一般采用将驱动电机直接安装在
驱动轮轮毂上以简化结构。
[0012] 例如申请号为201310019276.X的专利公布了“一种全向转向可升降的农用遥控移动
机器人平台”，涉及全向转向可升降的农用遥控
移动机器人平台。该平台由全向转向机构、液压升降系统、车架台、车载
电子设备、行走机构组成。全向转向装置由
伺服电机驱动，通过小
齿轮、大齿轮，将动力传给转向套，然后传递给车轮
支架和轮毂电机式车轮，实现全向转向。其优点是：驱动电机和液压升降独立运动，可实现360度原地回转的同时调整
车身的高度，以适应不同高度的
农作物和地形环境；转向时转向阻力矩小，转向轻松灵活；采用轮毂电
机车轮，电机和车轮一体，简化了平台结构。
[0013] 相似的还有申请号为201510206463.8专利公布的“一种全向移动平台”，申请号为201510299730.0公布的“一种具有全向运动的运输车”，申请号为201610300370.6公布的“全向移动平台及其
舵轮和驱动轮”，还有申请号为201711141193.2公布的“一种机电一体式新型全向结构轮装置”等。
[0014] 万向轮式的机构一般结构冗余复杂，可集成度差，目前万向轮方案中，一般采用将驱动电机直接安装在驱动轮轮毂上以简化结构，但同样会增加万向轮重量，不利于轮系减重提速、增加越障性能，同时也会带来能耗增加等弊端，不利于提高机器人运动灵活性、高机动性和高
精度性。
发明内容
[0015] 本实用新型的目的在于提供一种四轮独立驱动转向的全回转移动底盘，解决目前全向轮驱动机构体积大、集成度低、无法实现轮系原地回转、零转弯半径的难题。
[0016] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：四轮独立驱动转向的全回转移动底盘，由骨架、动力驱动组件、转向驱动组件、轮系组件组成，骨架包括主体、横梁、转向横梁，主体的前后两端均连接有横梁，转向横梁通过转向连轴连接于横梁的两端；动力驱动组件、转向驱动组件均安装于骨架上，轮系组件包括车轮和轮轴，车轮通过轮轴固定于转向横梁的外端。
[0017] 具体的，所述动力驱动组件由动力电机、动力齿轮箱、动力
输出轴、动力转换伞齿、动力连轴、动力
万向节组成，动力电机安装在主体上，动力电机通过动力齿轮箱连接动力输出轴，动力输出轴通过动力转换伞齿与动力连轴连接，动力连轴上连接有动力万向节。
[0018] 具体的，所述转向驱动组件由转向电机、转向齿轮箱、转向输出轴、转向转换组件、转向齿轮组件组成，转向电机通过支架固定在主体上，转向电机通过转向齿轮箱与转向输出轴连接，转向输出轴通过转向转换组件与转向齿轮组件连接。
[0019] 具体的，所述横梁包括前横梁和后横梁，主体前端连接固定前横梁，主体后端连接固定后横梁，前横梁、后横梁和主体组成“工”字形；转向横梁包括左前转向横梁、右前转向横梁、左后转向横梁、右后转向横梁、转向连轴，左前转向横梁、右前转向横梁分别通过转向连轴连接固定于前横梁的两端，左后转向横梁、右后转向横梁分别通过转向连轴连接固定于后横梁的两端。
[0020] 具体的，所述左前转向横梁、右前转向横梁、左后转向横梁、右后转向横梁均包括转向横梁上盖板、转向横梁下盖板、转向横梁
支撑块，转向横梁上盖板和转向横梁下盖板分别固定在转向横梁支撑块的上端面和下端面。转向横梁上盖板、转向横梁下盖板的前端设置有透孔，用以连接转向连轴。
[0021] 具体的，所述动力电机、动力输出轴、动力转换伞齿、动力连轴、动力万向节分别设置有四套，对
前轮驱动的两个动力电机安装在主体的前端，对
后轮驱动的两个动力电机安装在主体的后端，四套动力电机分别连接至动力齿轮箱的四个
输入轴，动力齿轮箱的四个输出轴分别连接四套动力输出轴，每套动力输出轴通过动力转换伞齿与对应的动力连轴连接，每套动力连轴通过动力万向节与轮系组件中的轮轴连接。
[0022] 具体的，所述动力输出轴包括前动力输出轴、后动力输出轴，前动力输出轴包括左前动力输出轴、右前动力数轴，后动力输出轴包括左后动力输出轴、右后动力数轴；
[0023] 左前动力输出轴、左后动力输出轴为实心
转轴，右前动力数轴、右后动力数轴内部中空，左前动力输出轴、左后动力输出轴均通过
轴承分别穿过右前动力数轴、右后动力数轴的内部，左前动力输出轴、右前动力数轴、左后动力输出轴和右后动力数轴的前端分别连接动力齿轮箱的四个输出轴，左前动力输出轴、右前动力数轴、左后动力输出轴和右后动力数轴的后端分别连接一套动力转换伞齿；
[0024] 每套动力转换伞齿均为锥形齿轮结构，均包括相互
啮合的驱动伞齿和被动伞齿，左侧轮的驱动伞齿和被动伞齿的直径小于右侧轮的驱动伞齿和被动伞齿的直径。
[0025] 具体的，所述转向电机、转向齿轮箱、转向输出轴、转向转换组件、转向齿轮组件分别设置有四套，四套转向电机均通过支架固定在主体上，每套转向电机分别与对应的转向齿轮箱的输入轴连接，转向齿轮箱的输出轴通过转向输出轴与对应的转向转换组件连接，每套转向转换组件通过转向齿轮组件与转向横梁连接。
[0026] 具体的，每套转向转换组件均包括转换驱动齿轮、链条、转换从动齿轮和转换驱动转轴，转换驱动齿轮固定在转向输出轴上，链条套接在转换驱动齿轮和转换从动齿轮之间，转换从动齿轮通过转换驱动转轴安装固定在横梁两端。
[0027] 具体的，每套转向齿轮组件均包括转向驱动
直齿轮和转向从动扇形齿轮，转向驱动直齿轮安装在转换驱动转轴上，并且转向驱动直齿轮与转向从动扇形齿轮啮合，转向从动扇形齿轮的圆心安装在转向横梁中的转向连轴上，并且与转向横梁上盖板连接固定，通过转向驱动直齿轮的转动，带动转向从动扇形齿轮转动，最终带动转向横梁以及与转向横梁所连的轮系组件转动。
[0028] 本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的四轮独立驱动转向的全回转移动底盘集成度高，利用转向驱动组件可实现轮式移动平台的原地转向功能，大大提高移动平台转弯灵活度，提高移动平台控制精度和动力响应速度，提升了系统的自动化和智能化程度。
附图说明
[0029] 图1是本实用新型全回转移动底盘的立体结构示意图。
[0030] 图2是本实用新型全回转移动底盘的主视结构示意图。
[0031] 图3是本实用新型全回转移动底盘的左视结构示意图。
[0032] 图4是本实用新型全回转移动底盘的右视结构示意图。
[0033] 图5是本实用新型全回转移动底盘的后视结构示意图。
[0034] 图6是本实用新型全回转移动底盘的俯视结构示意图。
[0035] 图7是本实用新型全回转移动底盘的仰视结构示意图。
[0036] 图8是本实用新型移动底盘中的动力驱动组件的局部放大结构示意图。
[0037] 图9是本实用新型移动底盘中的转向驱动组件的局部放大结构示意图。
具体实施方式
[0038] 现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
[0039] 如图1-3所示，一种四轮独立驱动转向的全回转移动底盘，包括骨架1、动力驱动组件2、转向驱动组件3、轮系组件4。
[0040] 如图9所示，骨架1包括主体11、横梁12、转向横梁13。主体11为系统骨架，长方体状，可根据系统车轮或
载荷需求进行体积和厚度设计，主体11前端连接固定前横梁121，后端连接固定后横梁122。
[0041] 横梁12包括前横梁121、后横梁122，如图8、图9所示，前横梁121与后横梁122均为长方体形，前横梁121、后横梁122和主体11形成“工”字形，构成系统载重和支撑骨架。
[0042] 转向横梁13包括左前转向横梁131、右前转向横梁132、左后转向横梁133、右后转向横梁134、转向连轴135，如图6、图7所示。
[0043] 左前转向横梁131、右前转向横梁132、左后转向横梁133、右后转向横梁134构造相同，安装位置不同。均包括：转向横梁上盖板131a、转向横梁下盖板131b、转向横梁支撑块131c。转向横梁上盖板131a和转向横梁下盖板131b均为方形薄板结构，分别固定在转向横梁支撑块131c上端面和下端面。转向横梁上盖板131a、转向横梁下盖板131b、转向横梁支撑块131c相互连接，形成转向支撑的载体。转向横梁上盖板131a、转向横梁下盖板131b的前端设置有透孔，用以连接转向连轴135。
[0044] 转向连轴135为转轴结构，共4根，结构相同，分别通过轴承固定在前横梁121、后横梁122的两侧，并与左前转向横梁131、右前转向横梁132、左后转向横梁133、右后转向横梁134连接。效果为：左前转向横梁131、右前转向横梁132、左后转向横梁133、右后转向横梁
134均通过转向连轴135绕前横梁121、后横梁122的两端作圆周运动。
[0045] 如图3-9所示，动力驱动组件2包括动力电机21、动力齿轮箱22、动力输出轴23、动力转换伞齿24、动力连轴25、动力万向节26。
[0046] 动力电机21共四套，分别实现对四个车轮41的独立正反向驱动，其中对前轮驱动的两个动力电机21并排放置，安装在主体11前端，对后轮驱动的两个动力电机21并排放置，安装在主体11后端，对前轮驱动的两个动力电机21与对后轮驱动的两个动力电机21对向放置。动力齿轮箱22可实现动力转换，共四个输入、四个输出。其中四个输入转轴分别连接固定动力电机21，四个输出转轴则连接动力输出轴23。
[0047] 动力输出轴23共两套，包括前动力输出轴231、后动力输出轴232。
[0048] 前动力输出轴231为复合轴，包括左前动力输出轴231a、右前动力数轴231b。右前动力数轴231b内部中空，中空部分的内径大于左前动力输出轴231a，左前动力输出轴231a通过轴承穿过右前动力数轴231b内部。左前动力输出轴231a为实心转轴。左前动力输出轴231a和右前动力数轴231b的前端分别连接动力齿轮箱22的两个输出轴，左前动力输出轴
231a的后端连接左前轮动力伞齿组241，右前动力数轴231b则连接右前轮动力伞齿组242。
[0049] 后动力输出轴232同样为复合轴，包括：左后动力输出轴232a、右后动力数轴232b。结构与上述前动力输出轴231及附属结构类似，不同的是左后动力输出轴232a和右后动力数轴232b的前端分别连接动力齿轮箱22的另外两个输出轴，左后动力输出轴232a的后端连接左后轮动力伞齿组243，右后动力数轴232b则连接右后轮动力伞齿组244。
[0050] 动力转换伞齿24为伞形齿轮组，包括：左前轮动力伞齿组241、右前轮动力伞齿组242、左后轮动力伞齿组243、右后轮动力伞齿组244。
[0051] 左前轮动力伞齿组241、右前轮动力伞齿组242、左后轮动力伞齿组243、右后轮动力伞齿组244结构相似，均为锥形齿轮结构，区别为大小不同。具体的，左前轮动力伞齿组241和左后轮动力伞齿组243结构相似，包含：左侧轮驱动伞齿241a和左侧轮被动伞齿241b。
右前轮动力伞齿组242和右后轮动力伞齿组244结构相似，包含：右侧轮驱动伞齿242a和右侧轮被动伞齿242b。左侧轮驱动伞齿241a和左侧轮被动伞齿241b相互啮合实现动力传输，右侧轮驱动伞齿242a和右侧轮被动伞齿242b相互啮合实现动力传输。左侧轮驱动伞齿241a和左侧轮被动伞齿241b的直径比右侧轮驱动伞齿242a和右侧轮被动伞齿242b稍小，实现密集布局安装。
[0052] 动力连轴25包括四根转轴，分别为：左前轮驱动连轴251、右前轮驱动连轴252、左后轮驱动连轴253和右后轮驱动连轴254。左前轮驱动连轴251左侧连接左前轮动力万向节261，右侧连接左前轮动力伞齿组241；右前轮驱动连轴252左侧连接右前轮动力伞齿组242，右侧连接右前轮动力万向节262；左后轮驱动连轴253左侧连接左后轮动力万向节263，右侧连接左后轮动力伞齿组243；右后轮驱动连轴254左侧连接右后轮动力伞齿组244，右侧连接右后轮动力万向节264。动力连轴25起到动力连接作用。
[0053] 动力万向节26为万向节结构，共4套，分别为：左前轮动力万向节261、右前轮动力万向节262、左后轮动力万向节263、右后轮动力万向节264。动力万向节26设置在动力连轴25和轮系组件4中的轮轴42间，起到动力连接、传递和变向功能。
[0054] 如图4-9所示，转向驱动组件3包括：转向电机31、转向齿轮箱32、转向输出轴33、转向转换组件34、转向齿轮组件35。
[0055] 转向电机31共四套，分别为左前轮转向电机311、右前轮转向电机312、左后轮转向电机313、右后轮转向电机314，分别通过支架固定在主体11靠前两端，并且分别和左前轮转向齿轮箱321、右前轮转向齿轮箱322、左后轮转向齿轮箱323、右后轮转向齿轮箱324中的输入轴连接。
[0056] 转向齿轮箱32共四套，分别为左前轮转向齿轮箱321、右前轮转向齿轮箱322、左后轮转向齿轮箱323、右后轮转向齿轮箱324。
[0057] 转向输出轴33共四套，分别连接左前轮转向齿轮箱321、右前轮转向齿轮箱322、左后轮转向齿轮箱323、右后轮转向齿轮箱324的输出轴，实现动力输出功能。
[0058] 转向转换组件34同样为四套，分别为：左前轮转向转换组件341、右前轮转向转换组件342、左后轮转向转换组件343、右后轮转向转换组件344。左前轮转向转换组件341、右前轮转向转换组件341、左后轮转向转换组件343、右后轮转向转换组件344的构造相同，仅安装位置不同，从而分别实现将转向输出轴33的动力传递至转向齿轮组件35上。左前轮转向转换组件341、右前轮转向转换组件341、左后轮转向转换组件343、右后轮转向转换组件344中，每个组件均又包含三个部分，分别为：转换驱动齿轮341a、链条341b、转换从动齿轮
341c和转换驱动转轴341d。转换驱动齿轮341a固定在转向输出轴33上，链条341b套接在转换驱动齿轮341a和转换从动齿轮341c间实现动力传递，转换从动齿轮341c通过转换驱动转轴341d安装固定在横梁12两端。
[0059] 转向齿轮组件35共四套，分别为左前轮转向齿轮组351、右前轮转向齿轮组352、左后轮转向齿轮组353、右后轮转向齿轮组354。左前轮转向齿轮组351、右前轮转向齿轮组352、左后轮转向齿轮组353、右后轮转向齿轮组354在结构和功能上一致，共四套，每套组件包含两个零部件，分别为转向驱动直齿轮351a和转向从动扇形齿轮351b。
[0060] 转向驱动直齿轮351a为直齿轮，安装在转换驱动转轴341d上，并且与转向从动扇形齿轮351b啮合。转向从动扇形齿轮351b为具有一定开口
角度的扇形齿轮，其圆心安装在转向横梁13中的转向连轴135上，并且与转向横梁上盖板131a连接固定。通过转向驱动直齿轮351a的转动，利用齿轮啮合作用，带动转向从动扇形齿轮351b转动，最终带动转向横梁13以及与转向横梁13所连的轮系组件4转动，从而实现对轮系组件4的角度控制功能。
[0061] 轮系组件4为车轮结构，包括车轮41和轮轴42。车轮41、轮轴42数量各4套，车轮41通过轮轴42分别固定在左前转向横梁131、右前转向横梁132、左后转向横梁133、右后转向横梁134的外缘侧面。
[0062] 上述四轮独立驱动转向的全回转移动底盘的动力驱动行进功能驱动原理如下：由动力电机21输出
扭矩，经动力齿轮箱22、动力输出轴23、动力转换伞齿24、动力连轴25、动力万向节26后到达轮轴42，从而车轮41行进。通过改变动力电机21中每个电机的正反转方向，可实现对每个车轮41的正反向驱动。
[0063] 上述四轮独立驱动转向的全回转移动底盘的全向转动控制功能驱动原理如下：由转向电机31输出扭矩，经过转向齿轮箱32、转向输出轴33、转向转换组件34、转向齿轮组件35后输出给转向横梁13，进而带动与转向横梁13连接的轮系组件4实现相对横梁12的角度偏转，实现各个轮子转向功能。通过改变四个转向电机31的转动方向，从而改变四个车轮41的前进偏转角度，实现转弯功能。当四个车轮行进方向的轴线组成菱形时，配合动力驱动行进功能，使四个车轮41同时沿顺
时针或逆时针行进时，车体会形成顺时针或逆时针的原地转向功能。
[0064] 本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
[0065] 本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
