CN105946625B - 一种双电机拖动低速行走机构的机械式协同控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于单电机速度闭环控制技术的双电机拖动低速行走机构机械式协同控制系统。适用于采用差速转向的低速行走机构(如场地短途运载和装载工具、代步工具等)，能实现行进速度和转向的单手协同控制。它由差动装置、左右传感器和对应的左右控制器(速度闭环模式)组成。通过“推拉”和“旋转”差动装置输入轴能完成了左、右电机的输出转速协同控制，即通过单手动作同时控制行走机构的行进速度和方向。本发明结构简单、技术成熟，能显著降低设计和生产成本、缩短产品开发周期、提高工作可靠性，具有较高的实际应用和推广价值。

Description

一种双电机拖动低速行走机构的机械式协同控制系统
技术领域
本发明涉及一种双电机拖动低速行走机构的机械式协同控制系统，具体涉及一种基于单电机速度闭环控制技术的机械式双电机输出协同控制技术领域。
背景技术
双边电机独立驱动低速行走机构行走的单手控制，是操纵人员通过对单一手柄的掌控实现的。常规技术一般是万向手柄绕中心球铰支点摆动，改变一个或两个位置传感器信号，并由电脑对这些信号进行一系列处理，实施双电机输出协调控制(譬如电动轮椅控制)，实现行进、转向或行进中转向控制。上述技术主要存在以下问题：一是传感器数量多(一般为4个)、控制器需单独开发且结构复杂，硬件和软件设计成本高、控制器标定困难、设计周期长、工作可靠性较低。
发明内容
针对以上问题，本发明公开了一种基于单电机速度闭环控制技术的双电机拖动低速行走机构机械式协同控制系统。适用于采用差速转向的低速行走机构(如场地短途运载和装载工具、代步工具等)，能实现车辆行进速度、转向或二者复合动作的单手控制。它由差动装置、左、右传感器和对应的左、右控制器(采用速度闭环控制模式)组成。通过“推拉”差动装置的输入轴2(与控制手柄固定连接)，差动装置整体绕左、右输出轴8(同轴)轴线旋转，使左、右传感器信号同步改变(左、右传感器输出信号差为零)，同步等量控制左、右电机转速，实现行走机构行进速度的控制；通过“旋转”动差动装置的输入轴2，使输入轴2绕自身轴线旋转，与输入轴2固定联接的主动伞齿轮4，驱动与左、右输出轴8对应固定联接的左、右从动伞齿轮7相对反向旋转，改变左、右传感器输出信号差，差动控制左、右电机转速，实现行走机构转向控制；上述“推拉”和“旋转”两动作同时进行(单手操纵控制手柄动作)，同时完成左、右电机的输出转速的协同控制，即通过单手动作同时控制行走机构的行进速度和方向。本发明由于采用非常成熟的单电机控制技术和极其简单的机械差速技术，能显著降低设计和生产成本、缩短产品开发周期、提高工作可靠性。本发明技术方案能用于直流电机、交流电机和磁阻电机等双边独立驱动低速行走机构。将上述方案中所述电机换成液压马达，传感器和控制器对应换成液压控制阀、或保留传感器仅将控制器对应换成控制电路和电磁阀，可将本发明技术方案应用到单手控制双边独立液压马达驱动行走机构上。
一、结构
所述系统由差动装置、左传感器和左控制器、右传感器和右控制器组成。差动装置由差动装置壳1(为了便于装配，可对称分成两半)、输入轴2、平衡伞齿轮3(也可省略掉)、主动伞齿轮4、左从动伞齿轮5、左输出轴6、右从动伞齿轮7、右输出轴8组成；差动装置壳1上下和左、右有4个孔，上下孔同轴线，左、右孔同轴线，两轴线垂直相交；各伞齿轮有中心孔；左、右传感器同规格，由外壳9和转子10组成，转子10安装在外壳9内，可相对转动；控制器为速度闭环模式。
二、联接
1、主动伞齿轮4和平衡伞齿轮3小端相对、中心轴孔中安装输入轴2，组成输入组件。其中主动伞齿轮4在合适位置与输入轴2固定联接，平衡伞齿轮3空套在输入轴2上。
2、左从动伞齿轮5通过其中心轴孔与左输出轴6固定联接组成，右从动伞齿轮7通过其中心轴孔与右输出轴8固定联接，分别组成左、右输出组件(左从动伞齿轮5和左输出轴6、右从动伞齿轮7和右输出轴8可分别做成一体)。
3、左、右输出组件安装在差动装置壳1内腔中，左、右输出轴6、8分别安装在差动装置壳1的左、右通孔内，端部伸出差动装置壳1一定尺寸。
4、输入组件安装在差动装置壳1内腔中，输入轴2安装在差动装置壳1的上下孔内(上部安装控制手柄)。
5、差动装置壳1内腔中平衡伞齿轮3和主动伞齿轮4分别同时与左、右从动伞齿轮5、7正确啮合。
6、左、右传感器的转子10分别与左、右输出轴6、8端部固定联接，左、右传感器外壳9与机架固定联接，并将左、右传感器和差动装置支撑起来。
7、左、右传感器分别与对应连接左、右控制器(左、右控制器与左、右电机和电源线路的按常规单电机控制方法连接)。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图
附图2为本发明的左、右电机同步等量输出控制示意图
附图3为本发明的左、右电机差动输出控制示意图
附图中除已经注明机构名称的外，图中符号对应的名称如下：
1-差动装置壳、2-输入轴、3-平衡伞齿轮、4-主动伞齿轮、5-左从动伞齿轮、6-左输出轴、7-右从动伞齿轮、8-右输出轴、9-外壳、10-转子
具体实施方式
1、如图2所示，当输入轴2被“推拉”时，输入轴2传力给主动伞齿轮4和平衡伞齿轮3通同时拨动左、右从动伞齿轮5、7，带动左、右输出轴6、8及左、右传感器转子10绕左、右输出轴6、8的轴线前倾或后倾，由于传感器外壳9与机架固定联接，两传感器转子10相对对应外壳9同步转过相应角度，同步等量改变了传感器输出信号，即实施了对左、右电机的同步等量同向速度控制(此时，差动装置整体随输入轴2绕左、右输出轴6、8的轴线转动)，实现车辆行进速度控制；
2、如图3所示，当输入轴2被“旋转”绕自身轴线转动时，差动装置工作，主动伞齿轮4同时拨动左、右从动伞齿轮5、7，并分别带动左、右输出轴6、8及左、右传感器转子10相对反向旋转过相同的角度(机架作为参照物)，左、右传感器信号产生相应差值，即实施了对左、右电机速度差的控制，实现车辆转向和方向修正；
3、基于上述，将上述两动作合成，即输入轴2同时被施加“推拉”和“旋转”动作，即同时实施了对左、右电机转速和转速差的控制，即可实现车辆变速行进过程中的转向或转向状态下的变速。
特殊情况说明：从实物模型验证实验情况看，车辆变速和转向工作十分稳定、可靠，但是当传感器转子10处于极限位置(起始和终了位置)或附近时，对输入轴2施加上述1、2和3的动作，可能导致机构损坏，故而系统零件须具备一定的强度。
从上面可以看出，本发明采用机械差速技术协同控制常规单电机拖动，实现车辆行进和转向的控制，跟常规双电机拖动低速行走机构单手控制技术(比如电动轮椅)相比：虽然系统操作复杂程度相近，但是单降低了电子控制复杂程度、传感器和控制器量产，技术成熟、通用性好、价格低廉，能大大降低设计和生产成本、提高工作可靠性，同时还能显著缩短产品设计开发周期。通过结构优化设计，能变型为适合场站和仓库使用的小型电动运输车、叉车、装载机、移动抓举机和码垛机等轻便低速运载工具，以及有机种植大棚中使用的小型电动农业装备、老年代步车、电动轮椅等，适用产品领域宽、市场大，并且该技术方案很容易应用到轮边液压马达驱动的车辆上，具有较高的实际应用和推广价值。

Claims (2)

1.一种双电机拖动低速行走机构的机械式协同控制系统，其特征在于：由差动装置、左传感器和左控制器、右传感器和右控制器组成；差动装置由差动装置壳(1)、输入轴(2)、平衡伞齿轮(3)、主动伞齿轮(4)、左从动伞齿轮(5)、左输出轴(6)、右从动伞齿轮(7)、右输出轴(8)组成；主动伞齿轮(4)和平衡伞齿轮(3)小端相对、中心轴孔中安装输入轴(2)，组成输入组件，其中主动伞齿轮(4)在合适位置与输入轴(2)固定联接，平衡伞齿轮(3)空套在输入轴(2)上；左从动伞齿轮(5)通过其中心轴孔与左输出轴(6)固定联接，右从动伞齿轮(7)通过其中心轴孔与右输出轴(8)固定联接，分别组成左、右输出组件，左、右输出组件安装在差动装置壳(1)内腔中，左、右输出轴(6、8)分别安装在差动装置壳(1)的左、右通孔内，端部伸出差动装置壳(1)一定尺寸；输入组件安装在差动装置壳(1)内腔中，输入轴(2)安装在差动装置壳(1)的上下孔内，上部安装控制手柄；左、右传感器的转子(10)分别与左、右输出轴(6、8)端部固定联接，左、右传感器外壳(9)与机架固定联接，并将左、右传感器和差动装置支撑起来。
2.如权利要求1所述的机械式协同控制系统，其特征在于：左、右控制器采用速度闭环控制模式。
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