一種精確位移測量裝置及包含該測量裝置的小車的製作方法
2023-12-09 17:11:21 1
本發明涉及位移測量技術領域，尤其涉及一種精確位移測量裝置及包含該測量裝置的小車。
背景技術：
目前，測算汽車的位移時，採用的方法為通過驅動輪子的直徑和旋轉周數來測算前進後退位移，但是，該方法對於零轉彎半徑的載重四輪驅動小車來說並不適合，當零半徑轉彎時，載重四輪驅動小車無轉向輪子，而且零轉彎半徑的載重四輪驅動小車的輪子非純滾動運動，直接計算誤差很大。此外，當地面不平整時，驅動輪子滑動導致位移計算誤差增大，從而使位移測量的精確度很低，參考價值十分有限。
技術實現要素：
為了解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種精確位移測量裝置及包含該測量裝置的小車，該裝置有效解決載重四輪驅動小車的位移計算問題，且能達到很好的精度；該小車的位移測量結果精確度高。
根據本發明的一個方面，提供了一種精確位移測量裝置，包括機架、調節柱和行走輪，調節柱被機架支撐，調節柱的下方安裝有行走輪，所述行走輪可上下移動，所述行走輪的上方設有預壓緊的彈性元件，彈性元件使得行走輪在行走時可壓緊在地面上。
進一步的，行走輪為偏心萬向輪。偏心萬向輪的輪子存在偏心距，產生摩擦力矩，從而使行駛中萬向輪的方向保持跟前進方向一致，提高測量的精確度。
進一步的，偏心萬向輪和調節柱之間設置有滑環，滑環包括靜止部分和旋轉部分，靜止部分與調節柱相連接，旋轉部分與偏心萬向輪的安裝架相連接。滑環也稱作旋轉電氣接口、電氣旋轉關節，滑環可以在無限制連續旋轉時在固定結構和旋轉結構之間傳輸電源和數據信號，偏心萬向輪上的位移信號採集裝置的電纜線通過滑環與其他的設備相連接，使位移信號採集裝置與偏心萬向輪同時相對機架轉動，並且不會發生電纜的纏繞，解決繞線問題。
關於彈性元件的布置方式，一種可選擇的技術方案為：調節柱帶動行走輪上下移動，行走輪的上方設有彈性元件限位裝置，彈性元件一端頂壓在機架上，彈性元件另一端在所述彈性元件限位裝置上，使得所述行走輪在行走時可壓緊在地面上。彈簧的兩端分別被機架和彈簧限位裝置限定，當行走輪接觸地面時，彈簧處於壓縮狀態，在彈簧彈力的作用下，行走輪在行走時會被壓緊在地面上，使行走輪與地面保持適當的摩擦力，在地面不平整的情況下也能準確測量位移，同時能有效解決非純滾動位移導致計算誤差的問題。
優選的，所述彈性元件為套置在所述調節柱外側的彈簧、圍繞所述調節柱均勻分布的彈簧、圍繞所述調節柱均勻分布的弓形板或者圍繞所述調節柱均勻分布的彈性片。
關於彈簧限位裝置的一種可選擇的技術方案為：彈簧限位裝置為安裝在調節柱底端的安裝板，安裝板與調節柱相垂直，安裝板的直徑大於調節柱的直徑。
關於彈簧限位裝置的另一種可選擇的技術方案為：彈簧限位裝置為突出在調節柱側壁上的環形凸緣。
關於彈性元件的布置方式，另一種可選擇的技術方案為：彈性元件一端頂壓在調節柱的底端面上，彈性元件另一端頂壓在行走輪的安裝架上，使得行走輪在行走時可壓緊在地面上，彈性元件位於所述滑環的內部。彈性元件位於調節柱與行走輪的安裝架之間，也可起到將行走輪壓緊在地面上的作用。因為彈性元件的連接屬於柔性連接，將彈性元件限定在滑環內，同時行走輪的安裝架也位於滑環內，這樣滑環在水平方向對行走輪的安裝架形成限位，避免行走輪在水平方向晃動，使得彈性元件只能在縱向上變形。
進一步的，調節柱的頂端穿過機架，調節柱與機架的配合處安裝有直線導軌軸承。直線導軌軸承可以引導調節柱在豎直的直線方向上移動，增加測量的精確性，同時，直線導軌軸承比起直線導軌，成本低，承受載荷能力強。
進一步的，行走輪的輪軸上安裝有編碼器，編碼器為1000線高精度編碼器。1000線高精度編碼器，是指行走輪的輪軸轉一圈，編碼器輸出1000個脈衝，一般汽車的車速表只有8線、16線的精度，該裝置採用1000線高精度的編碼器，精度提高1000/16＝62.5倍，有效減少計算位移的誤差。
進一步的，編碼器上電性連接有處理器，處理器用於編碼器數據的存儲和實時記錄。處理器還可用於編碼器數據的分析，設置處理器，便於編碼器數據的存儲、分析和實時記錄，實際應用時更加方便。
根據本發明的另一個方面，提供了一種小車，該小車的底盤上安裝有上述精確位移測量裝置。
本發明的有益效果是：
1、本發明示例的精確位移測量裝置，裝載有彈性元件，預壓緊的彈性元件使行走輪一直保持緊貼地面，使行走輪與地面保持適當的摩擦力，在地面不平整的情況下也能準確測量位移。
2、本發明示例的精確位移測量裝置，採用了偏心萬向輪，輪子存在偏心距，產生摩擦力矩，從而使行駛中萬向輪的方向保持跟前進方向一致，提高測量的精確度，同時萬向輪可360度旋轉，避免了輪子與地面的滑動摩擦，能有效解決非純滾動位移導致計算誤差的計算問題。
3、本發明示例的精確位移測量裝置，通過滑環結構，可以在無限制連續旋轉時在固定結構和旋轉結構之間傳輸電源和數據信號，使位移信號採集裝置與偏心萬向輪同時相對機架轉動，並且不會發生電纜的纏繞，解決繞線問題。
4、本發明示例的精確位移測量裝置，採用編碼器作為位移信號採集裝置，編碼器不僅可以採集直線位移，還可以採集角位移，當萬向輪產生相對滾動時，編碼器記錄旋轉角度，通過滑環把數據傳送到上一級處理器，通過已知的小車移動方向與編碼器反饋回來的數據，融合計算小車的相對位移與角度，實時記錄位移數據，參考價值高。
5、本發明示例的精確位移測量裝置，採用1000線高精度編碼器，偏心萬向輪的輪軸轉一圈，編碼器便會輸出1000個脈衝，一般汽車的車速表只有8線、16線的精度，該裝置採用1000線高精度的編碼器，精度提高1000/16＝62.5倍，有效減少計算位移的誤差。
6、本發明示例的小車，位移測量精度高，位移測量數據準確度高。
附圖說明
圖1為本發明實施例一的結構示意圖；
圖2為本發明實施例二的結構示意圖；
圖3為本發明實施例三的結構示意圖。
圖中：1機架，2直線導軌軸承，3調節柱，4彈性元件，5滑環，6偏心萬向輪，7編碼器，8電纜，9安裝板。
具體實施方式
為了更好的了解本發明的技術方案，下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例一：
如圖1所示，一種精確位移測量裝置，包括機架1、調節柱3和偏心萬向輪6，調節柱3的頂端穿過機架1並可沿機架1上下移動，調節柱3的底端設有安裝板9，調節柱3與安裝板9相垂直；安裝板9的下方安裝有偏心萬向輪6，偏心萬向輪6的輪軸上安裝有編碼器7；偏心萬向輪6的上方設有預壓緊的彈性元件4。
本實施例中，彈性元件4為套置在調節柱3外側的彈簧，彈簧一端頂壓在機架1上，彈簧另一端頂壓在安裝板9上，從而將偏心萬向輪6壓緊在地面上。
安裝板9的底面上設有滑環5，偏心萬向輪6的安裝架和安裝板9之間通過滑環5相連接。滑環5包括靜止部分和旋轉部分，靜止部分與安裝板9相連接，旋轉部分與偏心萬向輪6的安裝架相連接。滑環5可以在無限制連續旋轉時在固定結構和旋轉結構之間傳輸電源和數據信號，偏心萬向輪6上的編碼器7的電纜線通過滑環5與其他的設備相連接，使編碼器7與偏心萬向輪6同時相對機架1轉動，並且不會發生電纜的纏繞，解決繞線問題。
編碼器7和滑環5之間通過電纜8實現電性連接，滑環5通過電纜8連接到處理器上。本實施例中，處理器採用計算機，設置處理器，便於編碼器數據的存儲、分析和實時記錄，實際應用時更加方便。
調節柱3與機架1的配合處安裝有直線導軌軸承2。直線導軌軸承2可以引導調節柱3在豎直的直線方向上移動，增加測量的精確性，同時，直線導軌軸承2比起直線導軌，成本低，承受載荷能力強。
本實施例中，編碼器7為1000線高精度編碼器。1000線高精度編碼器，是指偏心萬向輪的輪軸轉一圈，編碼器輸出1000個脈衝，一般汽車的車速表只有8線、16線的精度，該裝置採用1000線高精度的編碼器，精度提高1000/16＝62.5倍，有效減少計算位移的誤差。
本實施例中，彈性元件4的兩端分別被機架1和安裝板9限定，當偏心萬向輪6接觸地面時，彈性元件4處於壓縮狀態，在彈性元件4彈力的作用下，偏心萬向輪6會被壓緊在地面上，使萬向輪與地面保持適當的摩擦力，在地面不平整的情況下也能準確測量位移，同時能有效解決非純滾動位移導致計算誤差的問題。
本實施例中，安裝板9的形狀不做限定，安裝板9用於為彈性元件4的底端限位，其可以設置為邊緣突出在調節柱3的側壁外部的任何形狀。
本實施例的小車，該小車的底盤上安裝有本實施例的精確位移測量裝置。
實施例二：
本實施例與實施例一相同的特徵不再贅述，本實施例與實施例一不同的特徵在於：如圖2所示，本實施例的彈性元件4為圍繞調節柱3均勻分布的彈簧。本實施例中，彈簧的數量不做限制，但為了壓緊力的均勻，避免行走輪偏斜，彈簧至少應對稱的設置兩根，彈簧數量越多，壓緊力越均勻。
實施例一和實施例二中，彈簧的結構形式可為螺旋彈簧、空氣彈簧、液壓彈簧等多種形式。
實施例三：
本實施例與實施例一相同的特徵不再贅述，本實施例與實施例一不同的特徵在於：如圖3所示，本實施例的彈性元件4為圍繞調節柱3均勻分布的弓形板。顯然的，此處的弓形板應選用帶有彈性的弓形板，本實施例中，弓形板的數量不做限制，但為了壓緊力的均勻，避免行走輪偏斜，弓形板至少應對稱的設置兩根，弓形板數量越多，壓緊力越均勻。
實施例三中的弓形板還可用彈性片代替。
上述實施例中，安裝板9可以用突出在調節柱3側壁外部的環形凸緣代替，彈性元件4的底端頂壓在該環形凸緣上。
本實施例的滑環，其固定部分可以安裝在上述環形凸緣上，也可以直接安裝在調節柱3的底端面上。
為便於對本發明的理解，下面結合一個工作過程對本發明做進一步的描述：
使用時，將本發明的精確位移測量裝置安裝在載重四輪驅動小車的底盤下，測量裝置裝載彈性元件4，預壓緊的彈性元件4使偏心萬向輪6一直保持緊貼地面，使偏心萬向輪6與地面保持適當的摩擦力，在地面不平整的情況下也能準確測量位移，同時能有效解決非純滾動位移導致計算誤差的計算問題。
當小車移動時，偏心萬向輪6跟隨小車移動的方向移動，同時通過滑環5的結構，使編碼器7與偏心萬向輪6同時相對機架1轉動，並解決繞線問題。
當偏心萬向輪6產生相對滾動，高精度的編碼器7記錄旋轉角度，通過滑環5把數據傳送到上一級處理器，通過已知的小車移動方向與編碼器7反饋回來的數據，融合計算小車的相對位移與角度，實時記錄位移數據。
上述實施例中，均通過編碼器9進行位移信號的採集，但是，本發明的位移信號採集裝置不限於使用編碼器，還可以採用其他類型的角位移傳感器，或者同時安裝角位移傳感器和直線位移傳感器，角位移傳感器和直線位移傳感器所採集的數據同時上傳到處理器，進行位移的計算。
本發明的彈性元件不限於實施例所述的安裝方式，還可以設置為：彈性元件一端頂壓在所述調節柱3的底端面上，彈性元件另一端頂壓在偏心萬向輪6的安裝架上，使得偏心萬向輪6在行走時可壓緊在地面上，所述彈性元件位於所述滑環5的內部。滑環5會對偏心萬向輪6的安裝架位於其內部的部分形成限位，使其只能縱向移動，不能橫向移動。當彈性元件安裝在調節柱3和行走輪的安裝架之間時，彈性元件的變形量補償了行走輪在上下方向的位移量，因此，該情況下調節柱3的位置可以固定不變。
上述實施例中所述的直線導軌軸承2還可用直線導軌代替。
本發明所稱的電性連接，是指被連接的部件之間存在電流、數據或者信號的傳輸，通過電纜連接可以實現。
以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術原理的說明。本領域技術人員應當理解，本申請中所涉及的發明範圍，並不限於上述技術特徵的特定組合而成的技術方案，同時也應涵蓋在不脫離所述發明構思的情況下，由上述技術特徵或其等同特徵進行任意組合而形成的其它技術方案。例如上述特徵與本申請中公開的(但不限於)具有類似功能的技術特徵進行互相替換而形成的技術方案。