CN105151116B - 纯滚动原地转向的四轮行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于：主要由车体、前轮转向机构、仿形机构、后轮驱动机构组成；所述前轮转向机构的原型是具有双曲柄的四连杆机构，左前轮和右前轮均可绕曲柄轴轴心自由转动。两后轮采用独立驱动的电子差速原理驱动，使前后轮的转向关系能够符合艾克曼运动模型的要求，实现纯滚动转向。本发能实现纯滚动，从而降低轮胎磨损，具有仿形性和松软地面通过性，并在某一时刻使车体能绕后轮连线中点原地转向。

Description

纯滚动原地转向的四轮行走装置

技术领域

本发明涉及农业机器人领域，尤其是一种纯滚动原地转向的四轮行走装置。

背景技术

近年来，随着经济社会的发展，果园规模化经营的要求越来越迫切，果树的种植面积不断扩大，由于果实采摘作业所用劳动力多，许多制造简单与价格便宜的辅助采摘机械得以推广和运用，其中采摘机械的应用最为广泛，这些机械的使用不仅提高了采摘效率，而且降低了果实的损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益，对提高果园采摘作业的机械化程度有重要的意义。我国果树种植多集中在丘陵山地，果园路面平整度差，道路狭窄，作为辅助采摘机具，采摘装置的行走系统的平稳性以及行驶过程中的通过性好坏如何，将直接影响其作业效率和作业安全，而机器人比较常见的两种转向装置有连杆转向式和差速转向式，运行可靠，构成简单，质量轻巧的连杆转向机构，在机器人行走系统应用十分普遍，而连杆机构在实际应用中，通常会存在摩擦和横向滑动等现象，严重影响轮胎使用寿命和机器人行走控制精度以及运行平稳性。国外关于纯滚动式转向机构的研究已趋于多样化和智能化，国内专门针对转向机构的研究还不多，现有机器人行走装置在转向时多存在摩擦和横向滑动的现象，严重影响机器人运行平稳性和使用寿命，因此设计一种高效率、高运行平稳性的行走装置尤为关键。

发明内容

本发明为了解决现有技术中轮胎的滑动摩擦和磨损，以及软质地面通过局限性的问题，提供一种纯滚动原地转向的四轮行走装置，实现了纯滚动，降低了轮胎磨损，提高了行走装置使用寿命及运行平稳性。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于：主要由车体、前轮转向机构、仿形机构、后轮驱动机构组成；

所述的后轮驱动机构由两个联轴器、两个驱动电机减速器、两个轴承座、两个后轮、两个后轮驱动电机组成，两个驱动电机分别与一个减速器连接，减速器输出轴与联轴器连接，联轴器与后轮连接，后轮通过轴承座和后轮轴支撑件与车体连接；

所述的仿形机构包括仿形板、仿形轴、轴承座、支撑铝型材，支撑铝型材是由两个竖直和两个水平的型材搭建成的支撑架；仿形板通过支撑铝型材与仿形轴连接，仿形轴两端分别通过轴承座固定在车体框架上；

所述的前轮转向机构包括左前轮、右前轮、转向电机、转向电机减速器、两个锥齿轮、电动推杆、转轴、主动曲柄轴、从动曲柄轴，转向电机、转向电机减速器安装在仿形板3上，主动曲柄轴和从动曲柄轴一端与电动推杆铰接件铰接、一端与转轴固定连接，电动推杆铰接件均与电动推杆铰接；转轴穿过仿形板，左前轮、右前轮分别与转轴固定连接，两个锥齿轮相啮合为传动比为1:1的锥齿轮组、且分别固定在左前轮的转轴和转向电机减速器上，转向电机减速器与转向电机连接；

转轴包括螺纹连接的“L”形部分、“T”形部分，所述“L”形部分、“T”形部分螺纹连接的部分设置有通孔，所述通孔中设有销钉。

较佳地，所述转轴与仿形板之间设置有轴承组合体，所述轴承组合体包括由一个角接触球轴承和一个推力球轴承轴向固定连接组成，所述轴承组合体外圈外表面具有法兰盘，所述法兰盘固定在所述仿形板上。

较佳地，还包括转轴支撑件，转轴支撑件一端通过螺栓固定连接在仿形板上，另一端端部设有角接触球轴承，所述转轴的“T”形部分装配在所述角接触球轴承内。

较佳地，所述转轴的“T”形部分外部设置有套筒，所述套筒位于连接件与转轴支撑件之间。对轴承组合体和转轴支撑件的轴向固定。

较佳地，所述车体由铝型材通过角件连接。

本发明所述的纯滚动原地转向的四轮行走装置，所述前轮转向机构，右前轮侧曲柄和左前轮侧曲柄通过电动推杆铰接，电动推杆两端分别连接曲柄轴，转向电机的输出扭矩经减速器、锥齿轮组传递给转轴，驱动左前轮转动相应角度，并绕主动曲柄轴轴心转动，主动曲柄绕曲柄轴轴心的旋转会带动电动推杆的横拉杆长度变化，在电动推杆的带动下，使从动曲柄轴发生转角变化，从而带动右前轮转动，使前后轮的转向关系能够符合艾克曼运动模型的要求，实现纯滚动转向。所述后轮驱动机构分别用两个驱动电机和减速器与两个车轮连接，驱动电机经过减速器输出动力，减速器输出轴通过联轴器5与后轮轴相接从而传递动力给车轮，两后轮采用独立驱动的电子差速原理驱动实现车体转向，可以实现在某一时刻车体绕后轮连线中点原地转向。

本发明的有益效果是，四轮转向过程中可以满足艾克曼运动模型，能实现纯滚动从而降低轮胎磨损，具有仿形性和松软地面通过性，并在某一时刻使车体能绕后轮连线中点原地转向。

附图说明

图1为本发明所述纯滚动原地转向的四轮行走装置的上斜视图。

图2为本发明所述纯滚动原地转向的四轮行走装置的下斜视图。

图3是本发明所述纯滚动原地转向的四轮行走装置的俯视图。

图4是本发明所述纯滚动原地转向的四轮行走装置的仰视图。

图5是所述的转向机构结构图。

图6是所述转轴的剖视图。

图中：

1-转轴，2-轴承组合体，3-仿形板，4-左前轮，5-联轴器，6-驱动电机减速器支撑板，7-驱动电机减速器，8-轴承座，9-后轮，10-驱动电机减速器支撑板，11-驱动电机，12-后轮轴支撑件，13-转轴支撑件，14-轴承座，15-电动推杆，16-仿形轴，17-支撑铝型材，18-转向电机，19-锥齿轮组，20-转向电机减速器，21-主动曲柄轴，22-电动推杆铰接件，23-从动曲柄轴，24-转轴套筒，101-深沟球轴承，102-角接触球轴承，103-推力球轴承，104-“T”形部分，105-销钉，106-“L”形部分、107-螺母，

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明所述的纯滚动原地转向的四轮行走装置的前轮转向机构的原型是具有双曲柄的四连杆机构，左前轮和右前轮均可绕曲柄轴轴心自由转动。行走装置主要由车体、前轮转向机构、仿形机构、后轮驱动机构组成。车体框架由铝型材通过角件连接，拆装方便，并且承重性好。

如图1、2所示，后轮驱动机构由两个联轴器5、两个驱动电机减速器7、两个轴承座8、两个后轮9、两个后轮驱动电机11组成，两个驱动电机分别与一个减速器7连接，减速器输出轴与联轴器5连接，联轴器与后轮连接，后轮通过用轴承座8和后轮轴支撑件12与车体连接。用轴承座8和后轮轴支撑件12与车体框架连接，增加后轮轴抗弯和抗压性。

分别用两个驱动电机与减速器与两个车轮连接，驱动电机11经过减速器输出动力，减速器输出轴通过联轴器5与后轮轴相接从而传递动力给车轮。两后轮采用独立驱动的电子差速原理驱动实现车体转向，并可以实现在某一时刻车体绕后轮连线中点原地转向。

如图2、3所示，仿形机构包括仿形板3、仿形轴16、轴承座14、支撑铝型材17，支撑铝型材17是由两个竖直和两个水平的型材搭建成的支撑架；仿形板通过支撑铝型材17与仿形轴10连接，仿形轴两端分别通过轴承座14固定在车体框架上。通过轴承座转动使仿形板可绕轴承座轴心左右摇摆实现车体仿形性，目的是当地面不平坦时左右轮均能接触地面，提高车体稳定性。

如图5所示，所述的前轮转向机构包括左前轮4、右前轮、转向电机18、转向电机减速器20、两个锥齿轮19、电动推杆15、转轴、主动曲柄轴21、从动曲柄轴23，转向电机、转向电机减速器安装在仿形板3上，主动曲柄轴21和从动曲柄轴23一端与电动推杆铰接件22铰接、另一端与转轴固定连接，电动推杆铰接件22均与电动推杆15铰接；两个转轴穿过仿形板3分别与左前轮4、右前轮固定连接；两个锥齿轮分别固定在左前轮的转轴1和转向电机减速器20输出轴上、并且相啮合为传动比为1:1的锥齿轮组，转向电机减速器20与转向电机18连接。如图6所示，转轴包括螺纹连接的“L”形部分106、“T”形部分104，所述“L”形部分106、“T”形部分104螺纹连接的部分设置有通孔，所述通孔中设有销钉105，实现轴向固定。所述前轮转向机构的原型是具有双曲柄的四连杆机构，左前轮和右前轮分别可绕主动曲柄轴21、从动曲柄轴23轴心自由转动。转向电机的输出扭矩经减速器、锥齿轮组传递给转轴，驱动左前轮转动相应角度，并绕主动曲柄轴轴心转动，主动曲柄绕曲柄轴轴心的旋转会带动电动推杆的横拉杆长度变化，在电动推杆的带动下，使从动曲柄轴发生转角变化，从而带动右前轮转动，使前后轮的转向关系能够符合艾克曼运动模型的要求，实现纯滚动转向。

较佳地，所述转轴与仿形板之间设置有轴承组合体2，所述轴承组合体2包括由一个角接触球轴承102和一个推力球轴承103轴向固定连接组成，所述轴承组合体2外圈外表面具有法兰盘，所述法兰盘固定在所述仿形板上。还设置转轴支撑件13，承受电动推杆的重力产生的压力，转轴支撑件13一端通过螺栓固定连接在仿形板3上，另一端端部设有角接触球轴承102，所述转轴的“T”形部分104装配在所述角接触球轴承102内。所述转轴的“T”形部分104外部设置有套筒24，所述套筒24位于轴承组合体2与转轴支撑件13之间，对轴承组合体2和转轴支撑件13实现轴向固定。同时主动曲柄轴21与“T”形部分104通过螺栓107固定，使主动曲柄轴在左前轮转动的过程中同时转过同样角度。

如图6所示，转轴包括螺纹连接的“L”形部分106、“T”形部分104，所述“L”形部分106、“T”形部分104螺纹连接的部分设置有通孔，所述通孔中设有销钉105，实现轴向固定。转轴的“T”形部分104外部设置有套筒24，套筒24位于轴承组合体2与转轴支撑件13之间，对轴承组合体2和转轴支撑件13实现轴向固定，所述轴承组合体2包括由一个角接触球轴承102和一个推力球轴承103轴向固定连接组成，所述轴承组合体2外圈外表面具有法兰盘，所述法兰盘固定在所述仿形板上，同时主动曲柄轴21与“T”形部分104通过螺栓107固定，使主动曲柄轴在左前轮转动的过程中同时转过同样角度。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于：主要由车体、前轮转向机构、仿形机构、后轮驱动机构组成；

后轮驱动机构由两个联轴器(5)、两个驱动电机减速器(7)、两个轴承座(8)、两个后轮(9)、两个后轮驱动电机(11)组成，两个驱动电机分别与一个减速器连接，所述减速器(7)输出轴与联轴器(5)连接，联轴器(5)与后轮连接，后轮通过轴承座(8)和后轮轴支撑件(12)与车体连接；

仿形机构包括仿形板(3)、仿形轴(16)、轴承座(14)、支撑铝型材(17)，支撑铝型材(17)是由两个竖直和两个水平的型材搭建成的支撑架；仿形板(3)通过支撑铝型材(17)与仿形轴(10)连接，仿形轴(16)两端分别通过轴承座(14)固定在车体框架上；

所述的前轮转向机构包括左前轮(4)、右前轮、转向电机(18)、转向电机减速器(20)、两个锥齿轮、电动推杆(15)、转轴、主动曲柄轴(21)、从动曲柄轴(23)，转向电机、转向电机减速器安装在仿形板(3)上，主动曲柄轴(21)和从动曲柄轴(23)一端与电动推杆铰接件(22)铰接、另一端与转轴(1)固定连接，电动推杆铰接件(22)均与电动推杆(15)铰接；两个转轴(1)穿过仿形板(3)分别与左前轮(4)、右前轮固定连接；两个锥齿轮(19)分别固定在左前轮的转轴(1)和转向电机减速器(20)输出轴上、并且相啮合为传动比为1:1的锥齿轮组，转向电机减速器(20)与转向电机(18)连接；

转轴包括螺纹连接的“L”形部分(106)、“T”形部分(104)，所述“L”形部分(106)、“T”形部分(104)螺纹连接的部分设置有通孔，所述通孔中设有销钉(105)。

2.根据权利要求1所述的纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于，所述转轴(1)与仿形板之间设置有轴承组合体(2)，所述轴承组合体(2)包括由一个角接触球轴承(102)和一个推力球轴承(103)轴向固定连接组成，所述轴承组合体(2)外圈外表面具有法兰盘，所述法兰盘固定在所述仿形板(3)上。

3.根据权利要求2所述的纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于，还包括转轴支撑件(13)，转轴支撑件(13)一端通过螺栓固定连接在仿形板(3)上，另一端端部设有角接触球轴承(102)，所述转轴的“T”形部分(104)装配在所述角接触球轴承(103)内。

4.根据权利要求2所述的纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于，所述转轴(1)的“T”形部分(104)外部设置有套筒(24)，所述套筒(24)位于轴承组合体(2)与转轴支撑件(13)之间。

5.根据权利要求1所述的纯滚动原地转向的四轮行走装置，其特征在于，所述车体由铝型材通过角件连接。