CN108313116A - 一种方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，包括方向盘，转向电机，卫星天线，导航仪以及转向控制器，方向盘通过转向电机直接连接拖拉机转向轴，而导航仪连接卫星天线，转向控制器连接导航仪，并控制连接转向电机，导航仪通过卫星天线接收GPS信号或者北斗信号后，融合惯性信息计算出拖拉机的航向信息，并将该信息输出至转向控制器，由其计算出转向控制信号以驱动转向电机转动实现拖拉机的自动转向控制。本发明提供的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置具有通用性好，可控性与可靠性高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及拖拉机的转向控制技术，具体涉及方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置。
背景技术
在起垄、播种、植保等不同的田间作业过程中，为了保证理想的作业效果，往往对拖拉机行进轨迹的精准性提出较高的要求。在人工驾驶模式下如果想要保证笔直的行进轨迹，驾驶员需要不停的调整方向盘，从而导致驾驶人员的劳动强度与工作的疲惫感较大。拖拉机自动转向驾驶技术可以在一定程度上释放拖拉机驾驶员的双手，并减轻其劳动强度。
目前，拖拉机自动驾驶导航系统以及自动转向控制技术已逐步在市场上流行，并受到广大农户的欢迎。然而，现有的自动转向系统多采用液压阀作为执行机构，从而导致该系统的安装过程较为复杂，通用性相对受限。市场上也出现了部分方向盘式自动转向机构，但多采用摩擦轮或者齿轮的方式驱动方向盘转动，进而导致控制回路中非线性较大，控制效果容易受到影响。
发明内容
针对现有拖拉机自动转向技术在实际应用过程中所存在的问题，需要一种新的拖拉机自动转向技术。
为此，本发明所要解决的问题是提供一种方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其通过电机直接带动方向盘实现转向控制，以克服现有技术所存在的缺陷。
为了解决上述问题，本发明提供的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，包括：一个方向盘、一个转向电机、一个卫星天线、一台导航仪以及一台转向控制器，所述方向盘通过转向电机直接连接拖拉机转向轴，所述导航仪连接卫星天线，所述转向控制器连接导航仪，并控制连接转向电机。
进一步的，所述的转向电机包括：一个转向电机动子、一个转向电机定子、一个转向电机外壳、一个转向电机顶盖、一个转向电机底盖；其中，转向电机动子包括：一个动子铁芯、一个动子中轴、两个轴承；转向电机定子包括：一个定子铁芯、六个定子线圈绕组；所述转向电机动子与方向盘固定连接；所述的转向电机动子中轴与拖拉机转向轴固定连接。
进一步的，所述的转向电机动子中轴与拖拉机转向轴之间通过转轴连接件固定连接。
进一步的，所述转轴连接件通过其上部的正方形的槽型结构限制其与动子中轴之间的相对转动，并通过紧定螺钉进行固定限位；所述转轴连接件通过其下部的六角螺母状结构与拖拉机转向轴之间通过螺纹连接进行限位与固定。
进一步的，所述自动转向装置中还包括两个挡板，所述转向电机底盖的两端开有两个槽，两个挡板的一端将分别插入该槽型结构中并固定，以限定转向电机定子及外壳相对于拖拉机原方向盘下端操控台的转动自由度。
进一步的，通过改变两个挡板插入转向电机底盖两侧槽中的深度可以调整两个挡板间的距离，以适应不同拖拉机原方向盘下端操控台的尺寸大小。
进一步的，所述的拖拉机自动转向装置具有自动转向控制模式与手动转向控制模式，受外部开关触发，转向控制器可在自动转向控制模式与手动转向控制模式间切换。
进一步的，在手动转向模式下，转向电机定子线圈绕组中电流为零，通过人工操控方向盘来带动拖拉机转向轴的转动以及拖拉机前轮转角的改变。
进一步的，在自动转向模式下，导航仪通过卫星天线接收定位信号后，融合惯性信息计算出拖拉机的航向信息，并将该信息输出至转向控制器，由转向控制器计算出转向控制信号以驱动转向电机动子转动，进而带动拖拉机转向轴的转动以及拖拉机前轮转角的改变。
基于本方案所形成的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提供的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，可以应用于不同型号的拖拉机上，只需要将拖拉机原有的方向盘替换为本发明所述的集成有自动转向装置的方向盘即可，具有通用性强，安装方便，操作简单的优势。
2.本发明提供的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其中方向盘与转向电机的动子部分直接连接，由电机直接驱动方向盘的转动；因此不需要通过齿轮或摩擦轮等传动机构进行运动传递，具有结构紧凑，系统非线性小，电控集成度高，可控性与可靠性好等优势。
3.本发明提供的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其转向电机采用步进电机的形式，电机的动子转角可以通过电机的输入指令脉冲进行开环控制，相对于直流力矩电机、交流伺服电机省去了光电编码器，具有成本低，控制简单的优势。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明所述的一种方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置结构原理图；
图2为本发明中连接自动转向机构与拖拉机转向轴的连接件外形图；
图3为本发明所述的一种电机直驱式拖拉机自动转向系统结构示意图；
图中：1-方向盘，2-方向盘安装螺钉，3-转向电机定子线圈绕组，4-转向电机动子中轴，5-转向电机动子铁芯，6-转向电机定子铁芯，7-转向电机外壳，8-转向电机底盖，9-挡板，10-转轴连接件，11-拖拉机转向轴，12-拖拉机方向盘下端操控台，13-转向电机顶盖，14-轴承，15-紧定螺钉，16-挡板固定螺钉，17-卫星天线，18-导航仪，19-转向控制器。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示与应用实例，进一步阐述本发明。
如图1所示，其所示为本实例给出的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，包括：一个方向盘1、一个转向电机、两个挡板9、一个转轴连接件10、一个卫星天线17、一台导航仪18以及一台转向控制器19。
其中，转向电机采用步进电机的驱动原理与结构形式，主要包括：一个转向电机动子、一个转向电机定子、一个转向电机外壳7、一个转向电机顶盖13、一个转向电机底盖8，转向电机动子与转向电机定子相互配合，并整体安置在转向电机外壳7，转向电机顶盖13，以及转向电机底盖8相互配合而成的壳体中。
其中，转向电机动子包括：一个动子铁芯5、一个动子中轴4、两个轴承14；转向电机定子包括：一个定子铁芯6、六个定子线圈绕组3。
由此构成的电机的定子部分与动子部分通过上下侧的两个轴承14连接，当转向电机的线圈绕组3通电后，电机的动子可相对电机的定子产生相对运动。
装置中的方向盘1与转向电机动子中轴4通过一个内六角圆柱头螺钉2固定连接。而转向电机动子中轴4与拖拉机转向轴11通过转轴连接件10固定连接。
如图2所示，转轴连接件10的上部设还有正方形的槽型限制结构，下部设置有六角螺母状限制结构。如此结构的转轴连接件10通过其上部的正方形的槽型结构限制其与动子中轴4之间的相对转动，并通过紧定螺钉15进行固定限位；同时通过其下部的六角螺母状结构与拖拉机转向轴11之间通过螺纹连接进行限位与固定。
如图1、图3所示，本实例还在转向电机底盖8的两端开有两个槽，两个挡板9的一端将分别插入该槽型结构中并通过螺钉16固定，实现将转向电机的定子部分固定在拖拉机原方向盘下端的操控台12上，并用于限定转向电机定子及外壳相对于拖拉机原方向盘下端操控台12的转动自由度。
如此，在自动转向装置的安装过程中，可通过改变两个挡板9插入转向电机底盖8两侧槽中的深度可以调整两个挡板9间的距离，以适应不同拖拉机原方向盘下端操控台12的尺寸大小。
同时，本拖拉机自动转向装置中的卫星天线17与导航仪18数据连接，而导航仪18数据连接至转向控制器19，该转向控制器19则控制连接转向电机，由此使得本拖拉机自动转向装置具有自动转向控制模式与手动转向控制模式，受安装于转向控制器19上的外部开关触发，转向控制器19可在自动转向控制模式与手动转向控制模式间切换。
在手动转向模式下，转向电机定子线圈绕组3中电流为零，于是转向电机的动子与定子之间无力矩作用。此时，驾驶员通过人工操控方向盘1进而带动拖拉机转向轴的转动以及拖拉机前轮转角的改变，从而实现拖拉机的转向控制。
在自动转向模式下，导航仪18通过卫星天线17接收GPS信号或者北斗信号后，融合惯性信息计算出拖拉机的航向信息，并将该信息输出至转向控制器19，由其计算出转向控制信号以驱动转向电机动子转动，进而带动拖拉机转向轴的转动以及拖拉机前轮转角的改变，从而实现拖拉机的自动转向控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，包括：一个方向盘，其特征在于，还包括一个转向电机，一个卫星天线，一台导航仪以及一台转向控制器，所述方向盘通过转向电机直接连接拖拉机转向轴，所述导航仪连接卫星天线，所述转向控制器连接导航仪，并控制连接转向电机。
2.根据权利要求1所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述的转向电机包括：一个转向电机动子、一个转向电机定子、一个转向电机外壳、一个转向电机顶盖、一个转向电机底盖；其中，转向电机动子包括：一个动子铁芯、一个动子中轴、两个轴承；转向电机定子包括：一个定子铁芯、六个定子线圈绕组；所述转向电机动子与方向盘固定连接；所述的转向电机动子中轴与拖拉机转向轴固定连接。
3.根据权利要求2所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述的转向电机动子中轴与拖拉机转向轴之间通过转轴连接件固定连接。
4.根据权利要求3所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述转轴连接件通过其上部的正方形的槽型结构限制其与动子中轴之间的相对转动，并通过紧定螺钉进行固定限位；所述转轴连接件通过其下部的六角螺母状结构与拖拉机转向轴之间通过螺纹连接进行限位与固定。
5.根据权利要求2所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述自动转向装置中还包括两个挡板，所述转向电机底盖的两端开有两个槽，两个挡板的一端将分别插入该槽型结构中并固定，以限定转向电机定子及外壳相对于拖拉机原方向盘下端操控台的转动自由度。
6.根据权利要求5所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，通过改变两个挡板插入转向电机底盖两侧槽中的深度可以调整两个挡板间的距离，以适应不同拖拉机原方向盘下端操控台的尺寸大小。
7.根据权利要求1所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述的拖拉机自动转向装置具有自动转向控制模式与手动转向控制模式，受外部开关触发，转向控制器可在自动转向控制模式与手动转向控制模式间切换。
8.根据权利要求7所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于，在手动转向模式下，转向电机定子线圈绕组中电流为零，通过人工操控方向盘来带动拖拉机转向轴的转动以及拖拉机前轮转角的改变。
9.根据权利要求7所述的方向盘电机直驱式拖拉机自动转向装置，其特征在于在自动转向模式下，导航仪通过卫星天线接收定位信号后，融合惯性信息计算出拖拉机的航向信息，并将该信息输出至转向控制器，由转向控制器计算出转向控制信号以驱动转向电机动子转动，进而带动拖拉机转向轴的转动以及拖拉机前轮转角的改变。
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