CN109080700A - 一种四驱独立转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种四驱独立转向机构，包括底盘及行走轮，所述行走轮包括前行走轮及后行走轮，所述底盘通过双叉臂结构与轴承座连接，所述轴承座中穿过有传动轴，所述传动轴与行走轮固定连接，每个所述的传动轴均与驱动机构连接，每个所述的行走轮均与转向机构连接，所述驱动机构及转向机构的数量与行走轮数量相同，每个所述的行走轮对应连接一个驱动机构及一个转向机构，实现行走轮的独立驱动和独立转向，本发明的行走轮采用独立驱动和独立转向，能够实现较小半径的转弯及原地转动，通过性及灵活性强，满足轮式机器人的要求。

Description

一种四驱独立转向机构

技术领域

本发明涉及轮式机器人技术领域，具体涉及一种四驱独立转向机构。

背景技术

市面上的轮式机器人需要在室外的环境中进行工作，需要具有较强的通过性和灵活性，要求具有复杂路面的越障能力，可以实现小范围的转弯半径，可以原地旋转。

现有的车辆行驶系统中采用的双叉臂结构，横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好，路感清晰。

现有车辆与双叉臂结构配合使用的为统一的转向机构及差速器的驱动方式，转弯半径较大，而且无法实现原地转向，不适用于轮式机器人。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种四驱独立转向机构，以四轮车辆上常用的双叉臂结构悬架形式为依托，能够实现较小范围的转弯半径，并且可以实现原地转向，适用于市面上的轮式机器人。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种四驱独立转向机构，包括底盘及行走轮，所述行走轮包括前行走轮及后行走轮，所述底盘通过双叉臂结构与轴承座连接，所述轴承座中穿过有传动轴，所述传动轴与行走轮固定连接，每个所述的传动轴均与驱动机构连接，每个所述的行走轮均与转向机构连接，所述驱动机构及转向机构的数量与行走轮数量相同，每个所述的行走轮对应连接一个驱动机构及一个转向机构，实现行走轮的独立驱动和独立转向。

进一步的，所述驱动机构固定于底盘上，包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过可伸缩等速万向节连接有传动轴一端。

进一步的，所述前行走轮及后行走轮各有两个，与两个所述的前行走轮连接的驱动电机前后层叠交错放置，驱动电机的输出轴轴线与两个前行走轮圆心的连线呈夹角设置，与两个所述的后行走轮连接的驱动电机前后层叠交错设置，驱动电机的输出轴轴线与两个后行走轮圆心的连线呈夹角设置。

进一步的，与两个所述的前行走轮连接的驱动电机输出轴轴线位于同一水平面内，与两个所述的后行走轮连接的驱动电机的输出轴轴线位于同一水平面内。

进一步的，所述驱动电机的输出轴轴线与两个前行走轮圆心的连线或两个后行走轮圆心的连接夹角范围为10°到25°。

进一步的，与两个前行走轮连接的两个驱动电机的电机壳外侧设有围板，与两个后行走轮连接的两个驱动电机的电机壳外侧设有围板，围板固定于底盘上。

进一步的，所述转向机构固定于底盘上，包括转向电机，所述转向电机的输出轴与齿轮固定连接，所述齿轮与齿条相啮合，齿轮带动齿条沿两个前行走轮或两个后行走轮圆心连线的方向运动，所述齿条一端与连杆一端万向连接，另一端穿过导向块，利用导向块对其运动进行导向，所述连杆的另一端与轴承座万向连接。

进一步的，所述底盘上固定有支撑框，所述支撑框上设有用于安装双叉臂结构的支撑板。

进一步的，所述双叉臂结构包括上叉臂、下叉臂及减震臂，所述上叉臂一端与支撑板铰接，另一端与上连接臂一端万向连接，上连接臂的另一端与轴承座固定连接，所述下叉臂一端与支撑板铰接，下叉臂的另一端与下连接臂一端万向连接，下连接臂另一端与轴承座固定连接，所述减震臂一端与支撑板铰接，另一端与下叉臂铰接。

进一步的，所述减震臂包括减震杆，所述减震杆为伸缩杆，所述减震杆的两端分别与支撑板及下叉臂铰接，所述减震杆上套有减震弹簧，所述减震弹簧两端与固定于减震杆上的减震挡板相接触。

本发明的有益效果：

1.本发明的四驱独立转向机构，每个行走轮独立的连接有驱动机构及转向机构，可以实现独立的驱动和转向，可实现较小半径范围的转弯和原地的转动，具有较强的通过性和灵活性，具有较强的复杂地面越障能力，满足了轮式机器人的使用要求。

2.本发明的四驱独立转向机构，采用两驱动电机前后交错重叠布置与可伸缩等速万向节配合使用的方式，通过驱动电机前后交错重叠布置能够有效的减少两个电机输出轴端面之间的距离，从而减少轮距尺寸，内部空间利用率提高，通过可伸缩等速万向节能够变角度传递驱动电机输出的转矩，即使驱动电机输出轴的轴线与驱动轮轴线不重合也不会影响转矩的传递。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明行走轮与双叉臂机构、驱动机构及转向机构配合示意图；

图3为本发明转弯状态示意图；

图4为本发明原地转动状态示意图；

其中，1.底盘，2.前行走轮，3.后行走轮，4.轴承座，5.支撑框，6.加强板，7.驱动电机，8.可伸缩等速万向节，9.围板，10.转向电机，11.齿轮，12.齿条，13.导向块，14.连杆，15.转向连接臂，16.上叉臂，17.下叉臂，18.上叉臂座，19.支撑板，20.上连接臂，21.下叉臂座，22.下连接臂，23.减震杆，24.第一减震板，25.第二减震板，26.减震弹簧。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的利用双叉臂结构的四轮行走系统通过性及灵活性较差，不适用于轮式机器人，针对上述问题，本申请提出了一种四驱独立转向机构。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-2所示，一种四驱独立转向机构，包括底盘1及行走轮，所述行走轮包括两个前行走轮2及两个后行走轮3，即底盘的左侧具有一个前行走轮和一个后行走轮，底盘的右侧具有一个前行走轮和一个后行走轮，所述底盘通过双叉臂结构与轴承座4连接，所述轴承座中穿过有传动轴，所述传动轴穿过轴承座内部的轴承与行走轮固定连接，每个所述的传动轴均与固定于底盘上的驱动机构连接，每个所述的行走轮均与转向机构连接，所述驱动机构及转向机构的数量与行走轮数量相同，每个所述的行走轮对应连接一个驱动机构及一个转向机构，实现行走轮的独立驱动和独立转向。

所述底盘上通过螺栓连接有支撑框5，所述支撑框有多个边框焊接构成，相邻边框之间固定有加强板6，用于增加其结构强度，所述支撑框的四个角处固定有L型的支撑板19，用于安装双叉臂结构。

所述驱动机构包括驱动电机7，所述驱动电机的输出轴通过可伸缩等速万向节8连接传动轴，所述传动轴与行走轮固定连接，将驱动电机的动力传递给行走轮，通过可伸缩等速万向节能够变角度传递驱动电机输出的转矩，即使驱动电机输出轴的轴线与驱动轮轴线不重合也不会影响转矩的传递。

与前行走轮连接的两个驱动电机采用前后层叠交错布置，即驱动电机的输出轴轴线与两个前行走轮圆心的连线呈一定的夹角，所述夹角的范围为10°到25°，且两个驱动电机的输出轴轴线位于同一水平面内，两个驱动电机的电机壳外侧包覆有U型的围板9，所述围板通过螺栓固定于底盘上，通过围板的设置，进一步加强了驱动电机在底盘上的固定强度，防止在复杂环境中底盘的振动对驱动电机产生的振动、位移等影响。与后行走轮连接的两个驱动电机采用相同的方式进行布置，驱动电机采用此种布置方式，能够有效的减少两个电机输出轴端面之间的距离，从而减少轮距尺寸30％-40％，提高了内部空间利用率。

所述转向机构包括转向电机10，所述转向电机采用步进电机，四个转向电机布置于前后侧驱动电机之间的底盘空间内，且转向电机对称分布，所述转向电机的输出轴与齿轮11固定连接，所述齿轮与齿条12相啮合，齿轮带动齿条沿两个前行走轮或两个后行走轮圆心连线的方向运动，所述齿条一端通过球型万向节与连杆14一端万向连接，齿条另一端穿过导向块13，利用导向块对其运动进行导向，为了提高齿轮的使用寿命，所述齿轮设置于导向块内部，防止外部灰尘、污物对齿轮的污染，所述连杆的另一端与转向连接臂15一端万向连接，转向连接臂的另一端固定于轴承座上。

所述双叉臂结构包括上叉臂16、下叉臂17及减震臂。

所述上叉臂一端与上叉臂座18铰接，所述上叉臂座通过螺栓固定于支撑板上，上叉臂另一端与上连接臂20一端通过球型万向节实现万向连接，上连接臂的另一端与轴承座通过螺栓固定连接，所述下叉臂一端与下叉臂座21铰接，下叉臂座通过螺栓固定于支撑板上，下叉臂的另一端与下连接臂22一端通过球型万向节实现万向连接，下连接臂另一端与轴承座通过螺栓固定连接，所述上叉臂及下叉臂均采用U型结构，上叉臂弧形的端部与上连接臂万向连接，另外两个端部与上叉臂座铰接，下叉臂弧形的端部与下连接臂万向连接，另外两个端部与下叉臂座铰接。

所述减震臂包括减震杆23，所述减震杆为伸缩杆，所述减震杆的一端通过第一减震板24铰接在固定于支撑板上的减震杆座上，另一端铰接在下叉臂上，所述减震杆上还设有第二减震板25，第一减震板及第二减震板的减震杆杆段上套有减震弹簧26，减震弹簧的两端与第一减震板及第二减震板接触，在复杂环境中行驶，底盘及行走轮产生振动时，第一减震板及第二减震板压缩减震弹簧，能够抵消一部分振动力，起到减震作用。

本发明的四驱独立转向机构使用时，如图3所示，底盘右侧的转向电机工作，转向电机驱动齿轮工作，齿轮带动齿条向底盘内侧方向移动至设定的最大距离，同时底盘左侧的转向电机工作，带动齿条相底盘外侧方向移动至设定的最大距离，此时底盘左、右两侧的行走轮均呈“八”字分布，实现了向右侧以最小半径进行转弯。以相同的方式可实现向左侧以最小半径进行转弯。

如图4所示，四个转向电机驱动齿条相底盘外侧方向移动至设定的最大距离，此时，底盘左侧和右侧的行走轮、两个前行走轮及两个后行走轮均呈“八”字型分布，此时，可实现原地转动。

本发明以双叉臂结构为依托，具有双叉臂结构行走系统的横向刚度大、抗侧倾性能优异、抓地性能好，路感清晰的优点，同时能够实现较小半径范围内的转弯及原地转向，克服了传统双叉臂结构行走系统的缺陷，具有较强的通过性及灵活性，具有较强的复杂地面越障能力，满足了轮式机器人的使用要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种四驱独立转向机构，其特征在于，包括底盘及行走轮，所述行走轮包括前行走轮及后行走轮，所述底盘通过双叉臂结构与轴承座连接，所述轴承座中穿过有传动轴，所述传动轴与行走轮固定连接，每个所述的传动轴均与驱动机构连接，每个所述的行走轮均与转向机构连接，所述驱动机构及转向机构的数量与行走轮数量相同，每个所述的行走轮对应连接一个驱动机构及一个转向机构，实现行走轮的独立驱动和独立转向。

2.如权利要求1所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述驱动机构固定于底盘上，包括驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过可伸缩等速万向节连接有传动轴一端。

3.如权利要求2所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述前行走轮及后行走轮各有两个，与两个所述的前行走轮连接的驱动电机前后层叠交错放置，驱动电机的输出轴轴线与两个前行走轮圆心的连线呈夹角设置，与两个所述的后行走轮连接的驱动电机前后层叠交错设置，驱动电机的输出轴轴线与两个后行走轮圆心的连线呈夹角设置。

4.如权利要求3所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，与两个所述的前行走轮连接的驱动电机输出轴轴线位于同一水平面内，与两个所述的后行走轮连接的驱动电机的输出轴轴线位于同一水平面内。

5.如权利要求3所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述驱动电机的输出轴轴线与两个前行走轮圆心的连线或两个后行走轮圆心的连接夹角范围为10°到25°。

6.如权利要求3所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，与两个前行走轮连接的两个驱动电机的电机壳外侧设有围板，与两个后行走轮连接的两个驱动电机的电机壳外侧设有围板，围板固定于底盘上。

7.如权利要求1所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述转向机构固定于底盘上，包括转向电机，所述转向电机的输出轴与齿轮固定连接，所述齿轮与齿条相啮合，齿轮带动齿条沿两个前行走轮或两个后行走轮圆心连线的方向运动，所述齿条一端连杆一端万向连接，另一端穿过导向块，所述连杆的另一端与轴承座万向连接。

8.如权利要求1所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述底盘上固定有支撑框，所述支撑框上设有用于安装双叉臂结构的支撑板。

9.如权利要求8所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述双叉臂结构包括上叉臂、下叉臂及减震臂，所述上叉臂一端与支撑板铰接，另一端与上连接臂一端万向连接，上连接臂的另一端与轴承座固定连接，所述下叉臂一端与支撑板铰接，下叉臂的另一端与下连接臂一端万向连接，下连接臂另一端与轴承座固定连接，所述减震臂一端与支撑板铰接，另一端与下叉臂铰接。

10.如权利要求9所述的一种四驱独立转向机构，其特征在于，所述减震臂包括减震杆，所述减震杆为伸缩杆，所述减震杆的两端分别与支撑板及下叉臂铰接，所述减震杆上套有减震弹簧，所述减震弹簧两端与固定于减震杆上的减震挡板相接触。