本發(fā)明涉及機械結構領域，具體的說是一種平衡伸縮機構及包含其的平衡車。

背景技術：

在貨物運輸如化學品搬運、火星車、特種運輸設備中需要運輸平臺不能有震動，或者要求運輸平臺保持水平。平臺表面不發(fā)生震動，對于運輸危險品，科學探測有著深遠的影響。對于特種運輸場合，因為其質量大，重心高稍發(fā)生傾斜就會有危險。

目前存在的所謂的“主動避震”為調整懸掛剛度系數來提高通過性，尚不能做到主動避震，調節(jié)車身水平功能和避震功能融合不完善。

中國專利申請cn105235468a《主動懸架式火星車移動機構》公開了一種主動懸架式火星車移動機構，通過其第一張角調節(jié)器和第二張角調節(jié)器實現兩側懸架的折疊和展開，改變了移動機構的高度和長度；通過第一張角調節(jié)器和第二張角調節(jié)器可以改變中輪和后輪間距，實現火星車輪步復合行進；通過張角調節(jié)器和主副搖臂離合器相互配合，實現了前中后輪獨立抬升。但是，由于其主搖臂和副搖臂均為固定尺寸，雖然通過控制搖臂間的夾角，可以實現控制，但是，搖臂的調整僅限于長度方向，由于長度方向的限制，搖臂調整的程度受到一定的限制。

技術實現要素：

根據上述不足之處，本發(fā)明的目的在于：提供一種平衡伸縮機構及包含其的平衡車。該平衡車可以實現主動避震而且能夠調節(jié)水平度，提高運輸效率，同時保證運輸安全性，解決了運輸中出現的振動以及傾斜問題。

為實現上述目的，本發(fā)明的技術方案在于：一種平衡伸縮機構，它包括側向設置的固定架，固定架側面的豎直方向上依次分別設有第一固定耳、第二固定耳和第三固定耳，第一固定耳和第三固定耳分別通過軸承座與第一叉臂和第二叉臂的一端相連，第一叉臂和第二叉臂的另一端分別通過軸承座與車輪臂相連，車輪臂靠近地面的一端設有車輪；第一叉臂通過軸承座與縱向傳動臂的一端相連，縱向傳動臂的另一端與轉向塊的轉折端相連，轉向塊的一端與第二固定耳相連，轉向塊的另一端與橫向傳動臂的一端相連，橫向傳動臂的另一端與驅動單元相連。

優(yōu)選的是：驅動單元包括電機和絲杠，絲杠上設有滑塊，滑塊與橫向傳動臂相連。

優(yōu)選的是：轉向塊與第二固定耳、縱向傳動臂和橫向傳動臂之間以及橫向傳動臂與滑塊之間為鉸接。

優(yōu)選的是：第一叉臂和第二叉臂包括第一叉支、第二叉支和第三叉支；第一叉支、第二叉支和第三叉支之間形成“y”型。

優(yōu)選的是：第一叉支和第二叉支與固定架相連，第三叉支與車輪臂相連。

優(yōu)選的是：轉向塊包括第一轉向臂和第二轉向臂，第一轉向臂和第二轉向臂之間形成“l(fā)”型；其中，第一轉向臂的端部與第二固定耳相連，第二轉向臂的端部與橫向傳動臂的一端相連。

本發(fā)明還提供一種平衡車，包含有如前所述的平衡伸縮機構。

優(yōu)選的是：平衡車車身的前方通過支架設有激光掃描測距傳感器，平衡車車體的水平方向上設有重力加速度陀螺儀傳感器，絲杠上設有絲杠編碼器，車輪設有減速電機，平衡車還設有用于控制其進行主動避震的控制系統。

優(yōu)選的是：控制系統包括：

路面信息采集系統：用于采集路面是否起伏的信息；

車身平衡信息采集系統：用于采集車身本身是否水平的信息；

電機驅動系統：用于驅動車輪調整上下高度以及驅動車輪運動；

監(jiān)測反饋系統：用于校正車身前進的速度；

處理器系統：將采集的路面是否起伏及車身是否水平的信息進行計算，得到每個車輪應該抬起的時間、距離以及傾斜的角度，控制電機驅動系統執(zhí)行動作，完成避震。

優(yōu)選的是：支架為倒梯形，車身一端的測距傳感器為兩個，分別設置在所述支架的兩端，兩個測距傳感器之間的距離與左右側輪子之間的間距相同。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、通過轉向塊將橫向傳動臂和縱向傳動臂相連，將車輪豎直的上下運動變成水平的橫向運動，將縱向的力變?yōu)闄M向，可以將直線驅動電機變?yōu)闄M向放置，大大節(jié)省空間，使得整個平衡車結構緊湊；

2、將前后及水平距離的信息進行采集計算，提前做出判斷，并控制車輪進行調整，真正實現主動避震；同時將避震功能與保持水平功能進行整合，大大提高平臺平衡性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明平衡伸縮機構實施例1的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明平衡伸縮機構實施例2的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明平衡車的結構示意圖一；

圖4是本發(fā)明平衡車的結構示意圖二；

圖5是本發(fā)明第一叉臂的結構示意圖一；

圖6是本發(fā)明第一叉臂的結構示意圖二；

圖7是本發(fā)明第二叉臂的結構示意圖一；

圖8是本發(fā)明第二叉臂的結構示意圖二；

圖9是本發(fā)明轉向塊的結構示意圖；

圖10是本發(fā)明轉向塊的結構示意圖；

圖11是本發(fā)明的使用流程圖。

圖中，1-電機；2-軸承座；3-滑塊；4-橫向傳動臂；5-轉向塊；6-第二叉臂；7-絲杠；8-車輪；9-車輪臂；10-縱向傳動臂；11-第一叉臂；12-固定架；13-第一固定耳；14-第二固定耳；15-第三固定耳；16-支架；17-激光掃描測距傳感器；18-加強筋；19-第一叉支；20-第二叉支；21-第三叉支；22-第一轉向臂；23-第二轉向臂；24-轉折端。

具體實施方式

如圖1可知，本發(fā)明涉及一種平衡伸縮機構，它包括側向設置的固定架12，固定架12側面的豎直方向上依次分別設有第一固定耳13、第二固定耳14和第三固定耳15，第一固定耳13和第三固定耳15分別通過軸承座2與第一叉臂11和第二叉臂6的一端相連，第一叉臂11和第二叉臂6的另一端分別通過軸承座2與車輪臂9相連，車輪臂9靠近地面的一端設有車輪；第一叉臂11通過軸承座2與縱向傳動臂10的一端相連，縱向傳動臂10的另一端與轉向塊5的轉折端24相連，轉向塊5的一端與第二固定耳14相連，轉向塊5的另一端與橫向傳動臂4的一端相連，橫向傳動臂4的另一端與驅動單元相連。

其中，驅動單元包括電機1和絲杠7，絲杠7上設有滑塊3，滑塊3與橫向傳動臂4相連。具體的說，電機1為減速電機1，通過電機1與絲杠7相連，絲杠7通過軸承座2和螺母進行固定，當電機1驅動，帶動絲杠7轉動，也就帶動滑塊3運動。

為了便于車輪上下位置的調整方便轉向塊5與第二固定耳14、縱向傳動臂10和橫向傳動臂4之間以及橫向傳動臂4與滑塊3之間為鉸接。鉸接處設有軸套，軸套中設有潤滑油，可以起到自潤滑的作用，可以降低鉸接過程中的摩擦力，確保轉向塊5、橫向傳動臂4和縱向傳動臂10之間轉動的順暢，保證平衡車避震過程的順利完成。

如圖5-8所示的第一叉臂11和第二叉臂6包括第一叉支19、第二叉支20和第三叉支21；第一叉支19、第二叉支20和第三叉支21之間形成“y”型。其中，第一叉支19和第二叉支20與固定架12相連，第三叉支21與車輪臂9相連。這樣的設置，使得固定架12與車輪臂9之間通過三個連接點進行連接，根據三角形的結構特性，其穩(wěn)定性是最高的，這樣設置也就提高了平衡車的穩(wěn)定性。

為了使得整個結構更加緊湊性，縱向傳動臂10的一端與第一叉臂11和第二叉臂6的第一叉支19、第二叉支20和第三叉支21之間的交點位置進行連接，其縱向傳動臂10穿過第二叉臂6的第一叉支19和第二叉支20之間的空隙與轉向塊5相連接。

由于第一叉臂11和第二叉臂6與第一固定耳13和第二固定耳14的連接點有第一叉支19和第二叉支20兩個連接點，相應的第一固定耳13和第二固定耳14分別需要對應的兩個。

第二固定耳14只需要與縱向傳動臂10的一端相連，因此，第二固定耳14只需要一個即可，且第二固定耳14位于兩個第一固定耳13和兩個第三固定耳15的中間附近位置即可，也就是在第一叉臂11和第二叉臂6對應的中心線上即可。

進一步的，為了確保車輪臂9在車輪的上下位置調整過程中確保其豎直性，也就是為了避免車輪臂9在車輪上下位置調整時偏離或靠近車身固定架12，從而導致車身的不穩(wěn)，第一叉臂11和第二叉臂6的形狀有所不同，如圖5-8所示，第一叉臂11因其與縱向傳動臂10相連，也就是第一叉臂11是主要受力臂，而第二叉臂6是從動臂，所以，第一叉臂11的第一叉支19和第二叉支20長于第二叉臂6的第一叉支19和第二叉支20，相應的，第三固定耳15的長度要長于第一固定耳13的長度，這樣相互配合更為協調。

進一步的，如圖9-10所示，轉向塊5包括第一轉向臂22和第二轉向臂23，第一轉向臂22和第二轉向臂23之間形成“l(fā)”型。其中，第一轉向臂22的端部與第二固定耳14相連，第二轉向臂23的端部與橫向傳動臂4的一端相連。為了更好的傳動橫向傳動臂4與縱向傳動臂10之間的力，第一轉向臂22的長度可以稍長于第二轉向臂23。

本發(fā)明還提供一種平衡車，包含有如前所述的平衡伸縮機構。

具體的說，平衡車車身的前方通過支架16設有激光掃描測距傳感器17，平衡車車體的水平方向上設有重力加速度陀螺儀傳感器，絲杠7上設有絲杠7編碼器，車輪設有減速電機1，平衡車還設有用于控制其進行主動避震的控制系統。

進一步的，控制系統包括：

路面信息采集系統：用于采集路面是否起伏的信息；激光掃描測距傳感器位于車身前端，用于讀取到車身前方路面與測距傳感器之間的距離。

車身平衡信息采集系統：用于采集車身本身是否水平的信息；重力加速度陀螺儀傳感器對平衡信息實時采集，并將采集回來的重力加速度計和陀螺儀的值進行濾波擬合，其中濾波方法采用卡爾曼濾波，確保數據實時性及準確性。

電機驅動系統：用于驅動車輪調整上下高度以及驅動車輪運動；其中，驅動單元的絲杠電機采用繼電器進行正反方向上的步進電機控制。車輪的電機為減速電機。

監(jiān)測反饋系統：用于校正車身前進的速度；絲杠編碼器對電機位移進行閉環(huán)反饋，檢測滑塊運動是否精確，使用編碼器對車身前進速度進行校正，保證避震的準確性。

處理器系統：將采集的前方路面是否起伏及是否水平的信息進行計算，得到每個車輪應該抬起的時間、距離以及傾斜的角度，控制電機驅動系統執(zhí)行動作，完成避震。讀取激光雷達返回數據并進行計算，得到每個車輪抬起的時間以及距離，控制電機驅動系統執(zhí)行動作，完成避震。讀取陀螺儀系統數據進行閉環(huán)反饋，放置累積誤差，并實時調節(jié)傾角。使用監(jiān)測反饋系統數據對平臺工作情況實時校準。

進一步的，支架16為倒梯形，車身一端的激光掃描測距傳感器17為兩個，分別設置在支架16的兩端。倒梯形的設置也是為了提高激光掃描測距傳感器17的穩(wěn)定性，這是因為激光掃描測距傳感器17測得的數據的準確性非常重要，其數據直接影響到處理系統進行計算處理并給予車輪的執(zhí)行指令的準確性，從而直接影響車輪避震的準確性。為了進一步提高激光掃描測距傳感器17的穩(wěn)定性，在支架16內部可以設置加強筋18。兩個激光掃描測距傳感器17之間的距離與左右側輪子之間的間距相同。

車身的前后兩端均設置一套激光掃描測距傳感器，且均與處理器系統相連，使得本平衡車既可以前進也可以后退，適應程度更廣泛。

車輪至少為4個，分別左右兩側對應兩個，也可以為6個、8個等。每個輪子獨立控制，執(zhí)行上升或下降的調整。每個車輪配有減速電機1，用于驅動車輪。

如圖11所示，開機后，平衡車首先進行初始化過程，具體的說是電機1帶動絲杠7反向轉動，待滑塊3觸碰到行程開關后電機1帶動絲杠7正向轉動，通過累計絲杠7編碼器的脈沖數判斷絲杠7行進距離，直至絲杠7電機1行進到絲杠7中間位置后停止轉動，初始化過程完畢。

平衡車在工作過程中，通過激光掃描測距傳感器17實時檢測前方路面起伏情況控制各個車輪抬起或落下的時間和距離。

例如，當激光掃描測距傳感器17檢測到前方有障礙物時，處理器系統通過計算，得到車輪抬起的時間和抬起的高度。當車輪到達障礙物時，驅動單元的電機1運動，通過聯軸器帶動絲杠7轉動，絲杠7旋轉帶動滑塊3向車體外側滑動，滑塊3推動橫向傳動臂4，橫向傳動臂4通過轉向塊5將力傳給縱向傳動臂10，縱向傳動臂10推動第一叉臂11向上，第一叉臂11帶動車輪臂9向上抬起，從而帶動車輪向上抬起，而第二叉臂6根據車輪臂9的向上抬起而運動，第二叉臂6的設置可以提高車輪臂9與第一叉臂11以及車體固定架12之間的穩(wěn)定性。當車輪跨過障礙物時，通過電機1控制絲杠7帶動滑塊3回到原來的位置，也就是說，滑塊3將橫向傳動臂4拉回，橫向傳動臂4通過轉向塊5將縱向傳動臂10向下拉，縱向傳動臂10向第一叉臂11施加力，使第一叉臂11下降，車輪臂9隨之下降，車輪也跟著下降，恢復到平面位置，完成平衡車過障礙物的過程。

又如，當激光掃描測距傳感器17檢測到前方有凹坑時，滑塊3向車體內側滑動，帶動橫向傳動臂4運動，后面的一系列運動如前所述，完成平衡車過凹坑的過程。

另一方面，通過重力加速度陀螺儀傳感器檢測車身傾斜情況控制絲杠7電機1行進，從而保證車身始終水平。

例如，當車身左右傾斜時，陀螺儀返回傾斜數值，通過對x、y兩個方向上的傾角進行分別補償，計算出每個車輪x、y方向上應運動的補償量，然后將補償量進行疊加之后擬合到每個車輪上，用過電機1驅動滑塊3運動帶動車輪，進行補償傾角。當共計有四個輪子時，將左方三個輪子視為一組，右方三個輪子視為一組，左方車輪組和右方車輪組抬起或放下抵消車身左右傾斜；當車身前后傾斜時，中間兩個輪子不動，前方兩個輪子視為一組，后方兩個輪子視為一組，前方車輪組和后方車輪組抬起或放下抵消車身前后傾斜。

開發(fā)配套pc端上位機軟件，在上位機中可以查看激光掃描測距傳感器17、重力加速度陀螺儀傳感器的采集數值，可以控制平衡車行進方向和速度，可以規(guī)劃平衡車行進路線。

根據驅動單元的位置，可以將本平衡伸縮機構分為兩種情況，下面分別進行論述。

實施例1

按照驅動裝置設置在車體上方的情況進行論述。

如圖1所示，平衡伸縮機構，它包括側向設置的固定架12，固定架12側面的豎直方向上從上到下依次分別設有第一固定耳13、第二固定耳14和第三固定耳15，第一固定耳13和第三固定耳15分別通過軸承座2與第一叉臂11和第二叉臂6的一端相連，從圖1可知，第一叉臂11位于第二叉臂6的上方，第一叉臂11和第二叉臂6的另一端分別通過軸承座2與車輪臂9相連，車輪臂9靠近地面的一端設有車輪。上方的第一叉臂11通過軸承座2與縱向傳動臂10的一端相連，縱向傳動臂10的另一端與轉向塊5的轉折端24相連，轉向塊5的一端與第二固定耳14相連，轉向塊5的另一端與橫向傳動臂4的一端相連，橫向傳動臂4的另一端與驅動單元相連。其余的結構如前所述。

實施例2

按照驅動裝置設置在車體下方的情況進行論述。

與實施例1不同的是，固定架12側面的豎直方向上從上到下依次分別設有第三固定耳15、第二固定耳14和第一固定耳13，也就是說，第一叉臂11位于第二叉臂6的下方，其余同實施例1。