CN110843949B - 转向装置及具有其的抹平机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向装置及具有其的抹平机器人，转向装置包括：传动轴、升降法兰组件、旋转法兰组件和位于传动轴一端的转盘。传动轴的表面设有螺旋绕设在传动轴上的第一螺旋式沟槽和平行于传动轴轴线的第一直线式沟槽，升降法兰组件和旋转法兰组件外套在传动轴上，升降法兰组件可相对于传动轴升降运动，升降法兰组件包括与第一螺旋式沟槽配合的第一滚珠。旋转法兰组件可转动地设在传动轴上，旋转法兰组件包括与第一直线式沟槽配合的第二滚珠。转盘具有落地位置和升起位置，升降法兰组件运动时传动轴带动转盘在落地位置和升起位置之间切换，转盘在落地位置时，旋转法兰组件可运动以使机体相对转盘转动。转向装置结构紧凑、可带动机体原地转向。

Description

转向装置及具有其的抹平机器人

技术领域

本发明属于建筑机器人技术领域，具体是一种转向装置及具有其的抹平机器人。

背景技术

现有的混凝土高精度地面的抹平机器人设有人工操作的单抹盘或是座驾式双抹盘结构，这些抹平机器人转弯半径大、精度低、不便控制。人工操作的单抹盘抹平机，地面抹平效果差，转向牵引较难控制，劳动强度大。座驾式双抹盘结构复杂、整机重、转弯半径大，施工现场覆盖率低，施工作业时容易出现死角，而且对施工的场地作业条件要求高。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种转向装置，所述转向装置可进行多角度转向、原地转向，解决了已有抹平机器人因设置转向装置整体尺寸大，转向半径大，转向不灵活的问题。

本发明还旨在提出一种包含有上述转向装置的抹平机器人。

根据本发明实施例的一种转向装置，所述转向装置用于实现机体转向，所述转向装置包括：传动轴，所述传动轴的表面设有第一螺旋式沟槽和第一直线式沟槽，所述第一螺旋式沟槽螺旋绕设在所述传动轴上，所述第一直线式沟槽平行于所述传动轴的轴线；升降法兰组件，所述升降法兰组件外套在所述传动轴上，且所述升降法兰组件可相对于所述传动轴升降运动，所述升降法兰组件包括与所述第一螺旋式沟槽配合的第一滚珠；旋转法兰组件，所述旋转法兰组件外套在所述传动轴上，所述旋转法兰组件可转动地设在所述传动轴上，所述旋转法兰组件包括与所述第一直线式沟槽配合的第二滚珠；转盘，所述转盘设在所述传动轴的一端，所述转盘具有落地位置和升起位置，所述升降法兰组件运动时所述传动轴带动所述转盘在所述落地位置和所述升起位置之间切换；所述转盘在落地位置时，所述旋转法兰组件可运动以使所述机体相对所述转盘转动。

根据本发明实施例的转向装置，转盘连接在传动轴的一端，当转盘位于落地位置时，转盘作为旋转支撑中心，传动轴作为旋转轴，旋转法兰组件相对于传动轴转动并带动机体相对于转盘转动，以完成机体的原地转向和多角度转向。升降法兰组件运动时，升降法兰组件与传动轴之间发生上下相对运动，传动轴可带动转盘在落地位置和升起位置之间切换，转盘脱离落地位置后，机体将停止转向。由于本发明的升降法兰组件、旋转法兰组件、转盘均设在传动轴上，结构紧凑，转动稳定，有利于转向装置的轻型化设计。

根据本发明一个实施例的转向装置，所述传动轴包括配合槽杆段，所述配合槽杆段与所述升降法兰组件和所述旋转法兰组件相配合，所述配合槽杆段上的所述第一直线式沟槽和所述第一螺旋式沟槽相交叉设置。

根据本发明进一步的实施例，所述传动轴还包括光杆段，所述光杆段连接在所述配合槽杆段的至少一端，所述转盘与所述光杆段连接。

根据本发明一个实施例的转向装置，所述升降法兰组件还包括：第一外法兰、第一内法兰和第一支撑轴承，所述第一内法兰的内侧设有第二螺旋式沟槽，所述第一滚珠配合在所述第二螺旋式沟槽和所述第一螺旋式沟槽之间，所述第一内法兰和所述第一外法兰之间设有所述第一支撑轴承；所述旋转法兰组件还包括：第二外法兰、第二内法兰和第二支撑轴承，所述第二内法兰的内侧设有第二直线式沟槽，所述第二滚珠配合在所述第二直线式沟槽和所述第一直线式沟槽之间，所述第二内法兰和所述第二外法兰之间设有所述第二支撑轴承。

可选的，转向装置还包括适于设在所述机体上的连接座，所述连接座的两端分别与所述第一外法兰和所述第二外法兰连接，所述第一内法兰的两端分别设有第一密封圈密封，所述第二内法兰的两端分别设有第二密封圈密封。

根据本发明一个实施例的转向装置，还包括：第一驱动传动机构，所述第一驱动传动机构包括第一驱动电机，所述第一驱动电机用于驱动所述第一内法兰转动；第二驱动传动机构，所述第二驱动传动机构包括第二驱动电机，所述第二驱动电机用于驱动所述第二内法兰转动。

可选的，所述第一驱动传动机构还包括第一带轮组件，所述第一带轮组件包括第一传动带、第一主动轮和第一从动轮，所述第一传动带与所述第一主动轮和所述第一从动轮配合传动，所述第一主动轮连接所述第一驱动电机，所述第一从动轮连接所述第一内法兰；所述第二驱动传动机构还包括第二带轮组件，所述第二带轮组件包括第二传动带、第二主动轮和第二从动轮，所述第二传动带与所述第二主动轮和所述第二从动轮配合传动，所述第二主动轮连接所述第二驱动电机，所述第二从动轮连接所述第二内法兰；所述第一驱动电机和所述第二驱动电机均为伺服电机。

根据本发明一个实施例的转向装置，还包括：固定板，所述传动轴贯穿所述固定板设置，所述第一驱动传动机构和所述第二驱动传动机构围绕所述传动轴间隔设置在所述固定板上，所述第一驱动传动机构和所述第二驱动传动机构的输出端沿所述传动轴的轴向间隔设置；所述旋转法兰组件与所述升降法兰组件沿所述传动轴的轴向间隔设置。

根据本发明一个实施例的转向装置，还包括防护罩，所述防护罩罩设在所述传动轴、所述升降法兰组件和所述旋转法兰组件的外侧。

根据本发明实施例的一种抹平机器人，包括：机体；转向装置，所述转向装置为前述的转向装置。

根据本发明实施例的转向装置，抹平机器人在进行抹平作业时，机体可在转盘处于落地位置时进行360度任意转向，以切换需要抹平的区域，抹平作业覆盖率高。在转盘脱离落地位置时，抹平机器人可按照调整好的方向进行平稳的抹平作业。抹平机器人整机尺寸小，重量轻，便于切换方向，抹平区域覆盖率高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的转向装置的立体结构示意图。

图2为本发明一个实施例的转向装置的纵向剖视图。

图3为本发明一个实施例的转向装置的部分结构示意图。

图4为本发明转向装置做升降运动的原理示意图。

图5为本发明转向装置做旋转运动的原理示意图。

图6为本发明转向装置做螺旋升降运动的原理示意图。

图7为本发明一个实施例的传动轴、升降法兰组件、旋转法兰组件的内部结构示意图。

图8为本发明一个实施例的转盘的底部示意图。

图9为本发明一个实施例的传动轴的结构示意图。

图10为本发明一个实施例的抹平机器人的立体结构示意图。

图11为本发明一个实施例的抹平机器人在抹平工作状态的示意图。

图12为本发明一个实施例的抹平机器人准备转向的示意图。

图13为本发明一个实施例的抹平机器人相对于图12转动90度的示意图。

图14为本发明一个实施例的抹平机器人重新回到抹平工作状态的示意图。

附图标记：

抹平机器人1000、

转向装置100、

传动轴1、

配合槽杆段11、第一螺旋式沟槽11a、第一直线式沟槽11b、

光杆段12、密封座13、机械限位结构14、

升降法兰组件2、

第一内法兰21、第二螺旋式沟槽21a、

第一支撑轴承22、第一外法兰23、第一滚珠24、

旋转法兰组件3、

第二内法兰31、第二直线式沟槽31b、

第二支撑轴承32、第二外法兰33、第二滚珠34、

转盘4、凸起花纹41、

连接座5、

第一驱动传动机构6、

第一驱动电机61、

第一带轮组件62、第一传动带621、第一主动轮622、第一从动轮623、

第一减速机63、

第二驱动传动机构7、

第二驱动电机71、

第二带轮组件72、第二传动带721、第二主动轮722、第二从动轮723、

第二减速机73、

固定板8、防护罩9、连接架10、第一连接架10a、第二连接架10b、第三连接架10c、

机体200、抹平机构300、行走机构400、动力组件500。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的转向装置100。

根据本发明实施例的一种转向装置100，如图1所示，转向装置100用于实现机体200转向(机体200的结构参见图10所示)。

如图2所示，转向装置100包括：传动轴1、升降法兰组件2、旋转法兰组件3和转盘4。

其中，如图9中所示，传动轴1的表面设有第一螺旋式沟槽11a和第一直线式沟槽11b，第一螺旋式沟槽11a螺旋绕设在传动轴1上，第一直线式沟槽11b平行于传动轴1的轴线。

如图2所示，升降法兰组件2外套在传动轴1上，且升降法兰组件2可相对于传动轴1升降运动，如图7所示，升降法兰组件2包括与第一螺旋式沟槽11a配合的第一滚珠24。

如图2所示，旋转法兰组件3外套在传动轴1上，旋转法兰组件3可转动地设在传动轴1上，如图7所示，旋转法兰组件3包括与第一直线式沟槽11b配合的第二滚珠34(第一直线式沟槽11b的结构参见图9)。

如图2和图3所示，转盘4设在传动轴1的一端，参见图11和图12，转盘4具有落地位置和升起位置，升降法兰组件2运动时传动轴1带动转盘4在落地位置和升起位置之间切换。参见图13所示，转盘4在落地位置时，旋转法兰组件3可运动以使机体200相对转盘4转动。这里需要说明的是，落地位置指转盘4与路面接触或与待处理面接触且机体200相对于转盘4被抬升的位置(抹平机器人1000除转盘4外其他部件均不与地面或待处理面接触)；升起位置时转盘4与路面或者待处理面形成间隔。

由上述结构可知，本发明实施例的转向装置100，转盘4连接在传动轴1的一端，当转盘4位于落地位置时(参见图12)，转盘4作为旋转支撑中心，传动轴1作为旋转轴，旋转法兰组件3相对于传动轴1转动并带动机体200相对于转盘4转动，以完成机体200的原地转向和多角度转向。机体200可形成任意角度、任意地点的灵活转向，可快速切换工作状态。

升降法兰组件2运动时，升降法兰组件2与传动轴1之间发生上下相对运动，传动轴1可带动转盘4在落地位置和升起位置之间切换，转盘4脱离落地位置后，机体200将停止转向。这里，当转盘4处于升起位置时，传动轴2相对于升降法兰组件2向下运动，直到转盘4接触地面后，传动轴2继续向下运动，机体200相对于转盘4向上抬升进入到落地位置。当转盘4处于落地位置时，传动轴2相对于升降法兰组件2向上运动，直到机体200的其他部件(如后文描述的行走机构400)接触地面或待处理面，传动轴2继续向上运动，使转盘4脱离落地位置并继续向升起位置移动。此时机体200的转向已完成，可继续进行后续的施工作业。

由于本发明的升降法兰组件2、旋转法兰组件3、转盘4均设在传动轴1上，整体结构紧凑，转动稳定，有利于转向装置100的轻型化设计。

可以理解的是，相比于现有的抹平机器人的转向结构，本发明的转向装置100结构简化、转向灵活、可实现原地转向和全方位转向、转向控制效果好、可适应在多种施工作业面上转向。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，传动轴1包括配合槽杆段11，再结合图3所示，配合槽杆段11与升降法兰组件2和旋转法兰组件3相配合。这里需要保证配合槽杆段11始终与升降法兰组件2和旋转法兰组件3配合运动，不因上下运动或旋转运动，而使升降法兰组件2或旋转法兰组件3脱离配合槽杆段11。同时，这里的配合槽杆段11与后文描述的光杆段12区分开，配合槽杆段11上形成有第一螺旋式沟槽11a和第一直线式沟槽11b，而光杆段12上则不设置第一螺旋式沟槽11a和第一直线式沟槽11b。

有利的，如图9所示，配合槽杆段11上的第一直线式沟槽11b和第一螺旋式沟槽11a相交叉设置。两种槽交叉设计，可有效缩短配合槽杆段11的总长度，同时可持续保证配合槽杆段11与升降法兰组件2和旋转法兰组件3配合运动，第一螺旋式沟槽11a和第一直线式沟槽11b沿传动轴1的轴向总设计长度应不小于传动轴1的上下传动距离。当配合槽杆段11的长度在保证配合的情况下较短时，有利于传动轴1的上下旋转同心性，减少传动轴1的端部偏心距离，同时传动轴1的刚度也有较好的保证。

在具体的示例中，第一直线式沟槽11b和第一螺旋式沟槽11a在整个配合槽杆段11上相交叉设置。采用此设计结构，升降法兰组件2、旋转法兰组件3可以根据需要设置在配合槽杆段11的上部或下部，且有利于将配合槽杆段11的设计长度缩到最短。

当然在本发明的其他实施例中，配合槽杆段11上的第一直线式沟槽11b和第一螺旋式沟槽11a也可以相隔设置，两种槽之间不交叉。在这种结构中，第一直线式沟槽11b和第一螺旋式沟槽11a更易于加工，加工时互不影响，加工精度高。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，传动轴1还包括光杆段12，光杆段12连接在配合槽杆段11的至少一端，转盘4与光杆段12连接。这里的光杆段12方便加工和快速装配(例如方便光杆段12穿过后文所述的固定板8)，也有利于传动轴1在上下运动时减少配合处的摩擦力，方便进行润滑。

可选的，如图9所示，配合槽杆段11的两端分别设有光杆段12，参照图3所示，上部的光杆段12连接有机械限位结构14，机械限位结构14有效防止传动轴1的上部从升降法兰组件2等部件上脱出，同时也可有效防止后文的第一滚珠24滑出配合槽杆段11和第一内法兰21而脱落。继续参照图3，下部的光杆段12上套设有密封座13，以对传动轴1的下部外露部分进行防护。在一些具体的示例中，光杆段12与配合槽杆段11之间设有密封座13。

在本发明的一些实施例中，如图7所示，升降法兰组件2还包括：第一外法兰23、第一内法兰21和第一支撑轴承22，第一内法兰21和第一外法兰23之间设有第一支撑轴承22。通过设置第一支撑轴承22，可提高升降法兰组件2的运动刚性，并进一步提升整个转向装置100的运动刚性。同时，第一内法兰21可相对于第一外法兰23做旋转运动。

如图7所示，旋转法兰组件3还包括：第二外法兰33、第二内法兰31和第二支撑轴承32，第二内法兰31和第二外法兰33之间设有第二支撑轴承32。通过设置第二支撑轴承32，可提高旋转法兰组件3的运动刚性，并进一步提升整个转向装置100的运动刚性。同时，第二内法兰31可相对于第二外法兰33做旋转运动。

参照图4-图6所示，第一内法兰21的内侧设有第二螺旋式沟槽21a，第一滚珠24配合在第二螺旋式沟槽21a和第一螺旋式沟槽11a之间。位于两个螺旋式沟槽21a中的第一滚珠24增加了第一内法兰21和传动轴1之间的传动力和支撑力，减少了摩擦力，使传动轴1相对于第一内法兰21更容易运动，且延长了第一内法兰21和传动轴1的使用寿命。

有利的，这里的第二螺旋式沟槽21a可以与第一螺旋式沟槽11a的形状匹配，对应设置，方便对第一内法兰21的内表面进行加工，也方便将第一滚珠24装入到第一螺旋式沟槽11a和第二螺旋式沟槽21a之间。当然，第二螺旋式沟槽21a不限于上述的形成形式，在本发明的其他示例中，第二螺旋式沟槽21a也可以仅形成为凸起在第一内法兰21上的槽体，槽体中装入可滚动的第一滚珠24。

参照图4-图6所示，与第一内法兰21类似，第二内法兰31的内侧设有第二直线式沟槽31b，第二滚珠34配合在第二直线式沟槽31b和第一直线式沟槽11b之间。位于两个直线式沟槽中的第二滚珠34增加了第二内法兰31和传动轴1之间的传动力和支撑力，使第二内法兰31相对于传动轴1更容易运动，同一也延长了第二内法兰31和传动轴1的使用寿命。

有利的，第二直线式沟槽31b可以与第一直线式沟槽11b的形状相匹配，对应设置，方便对第二内法兰31的内表面进行加工，也方便将第二滚珠34装入到第二直线式沟槽31b和第一直线式沟槽11b之间。当然，在本发明的其他示例中，第二直线式沟槽31b也可以形成为凸起在第二内法兰31上的槽体，槽体中装入可滚动的第二滚珠34。

可选的，第一滚珠24和第二滚珠34为钢球，钢球填充在第二直线式沟槽31b和第二螺旋式沟槽21a中。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，转向装置100还包括适于设在机体200上的连接座5，连接座5的两端分别与第一外法兰23和第二外法兰33连接。连接座5将第一外法兰23和第二外法兰33连接，使第一外法兰23和第二外法兰33之间形成相对稳定的连接关系，同时连接座5的设置也使升降法兰组件2和旋转法兰组件3的总体相对位置保持不变，并使机体200与第一外法兰23、第二外法兰33的运动状态相同(或者为相对于地面和待处理面同时静止，或者为同时升降，或者为同时做旋转运动)。

可选的，连接座5和两个外法兰通过螺栓、铆钉与基体200连接固定或焊接固定等形式形成连接。

本发明第一内法兰21的两端分别设有第一密封圈密封，第二内法兰31的两端分别设有第二密封圈密封(第一密封圈和第二密封圈的结构图未示出)。第一密封圈可将第一内法兰21的两端封闭，防止外部的异物进入第一螺旋式沟槽11a和第二螺旋式沟槽21a中而使沟槽结构被破坏，或防止异物进入沟槽导致运动卡滞，避免传动精度下降，同时也可保证前述的第一滚珠24始终留置在第一内法兰21中而不脱出，确保升降法兰组件2和传动轴1之间正常运转、顺畅运行。与第一密封圈的功能类似，第二密封圈可将第二内法兰31的两端封闭，防止外部的异物进入第一直线式沟槽11b和第二直线式沟槽31b中而使沟槽结构被破坏，或防止异物进入沟槽导致运动卡滞，避免传动精度下降，同时也可保证前述的第二滚珠34始终留置在第二内法兰31中而不脱出，确保旋转法兰组件3和传动轴1之间正常运转、顺畅运行。

可选的，第一密封圈和第二密封圈形成为橡胶密封圈。采用橡胶密封圈便于装配，橡胶密封圈方便套设在传动轴1上，还方便与旋转法兰组件3和升降法兰组件2配合。

在本发明的一些实施例中，如图2、图3和图4所示，转向装置100还包括：第一驱动传动机构6，第一驱动传动机构6包括第一驱动电机61，第一驱动电机61用于驱动第一内法兰21转动。这里的第一驱动电机61使第一内法兰21转动，由于第一内法兰21和传动轴1之间设有第一螺旋式沟槽11a和第一滚珠24，因此传动轴1相对于升降法兰组件2旋转并形成上下升降运动，进而带动传动轴1端部的转盘4完成上下升降并进入落地位置。

在一些具体的示例中，第一螺旋式沟槽11a和第二螺旋式沟槽21a之间填充有第一滚珠24，当第一驱动电机61带动第一内法兰21转动时，第一外法兰23保持静止不动，传递到第一滚珠24上的驱动力分解为沿着传动轴1的轴向力和周向力，轴向力使传动轴1相对于升降法兰组件2做直线升降运动，在转向盘4未接触地面时，周向力使传动轴1相对于第一内法兰21有一定的旋转，但机体200保持静止且不转向。

如图2、图3和图5所示，转向装置100还包括第二驱动传动机构7，第二驱动传动机构7包括第二驱动电机71，第二驱动电机71用于驱动第二内法兰31转动。这里的第二驱动电机71使第二内法兰31转动，由于第二内法兰31与传动轴1之间设有第一直线式沟槽11b和第二滚珠34，而转盘4已处于落地位置，因此转盘4的底部受到地面或待处理面的静摩擦力而静止，与转盘4相连的传动轴1也保持静止不旋转，最终第二驱动电机71将带动旋转法兰组件3上的第二外法兰33进行旋转，并使机体旋转完成原地转向或所需角度的换向。

在一些示例中，还包括绝对值编码器，绝对值编码器配合控制系统对转向装置100的转向角度进行控制。

在一些具体的示例中，第一直线式沟槽11b和第二直线式沟槽31b之间填充有第二滚珠34，当第二驱动电机71带动第二内法兰31转动时，第二滚珠34在轴向方向受力为0，第二滚珠34仅传递垂直于第一直线式沟槽11b的切向力，因此可驱动传动轴1做旋转运动，而当转盘4处于落地位置时，由于受到转盘4的静摩擦力，因此传动轴1不转动而使得第二外法兰33相对于传动轴1转动，最终与第二外法兰33相连接的机体200完成转向。

可选的，如图8所示，转盘4的底部设有凸起花纹41，以增加转盘4与地面接触后的静摩擦力，防止转盘4不稳而转向装置100的转向无法实现。

在本发明的其他示例中，也可以不设置上述第一驱动传动机构6和第二驱动传动机构7，而采用手动摇杆分别与第一内法兰21和第二内法兰31连接，通过人工摇动相应的手动摇杆，而使传动轴1实现升降或旋转，这种结构适用于机体200重量不大的情况下使用。

可选的，如图2和图3所示，第一驱动传动机构6还包括第一带轮组件62，如图2所示，第一带轮组件62包括第一传动带621、第一主动轮622和第一从动轮623，第一传动带621与第一主动轮622和第一从动轮623配合传动，第一主动轮622连接第一驱动电机61，第一从动轮623连接第一内法兰21。采用第一带轮组件62可使第一驱动电机61和传动轴1之间的相对位置和布局更加合理，以将第一驱动电机61的驱动力传递到第一内法兰21上。

与第一驱动传动机构6类似，如图2和图3所示，第二驱动传动机构7还包括第二带轮组件72，第二带轮组件72包括第二传动带721、第二主动轮722和第二从动轮723，第二传动带721与第二主动轮722和第二从动轮723配合传动，第二主动轮722连接第二驱动电机71，第二从动轮723连接第二内法兰31。采用第二带轮组件72可使第二驱动电机71和传动轴1之间的相对位置和布局更加合理，以将第二驱动电机72的驱动力传递到第二内法兰31上。

在一些具体的示例中，如图2所示，第一驱动传动机构6和第二驱动传动机构7的输出端沿传动轴1的轴向间隔设置，旋转法兰组件3与升降法兰组件2沿传动轴1的轴向间隔设置。因此，为了使第一驱动传动机构6、第二驱动传动机构7、旋转法兰组件3、升降法兰组件2、传动轴1之间的相对布局更加合理，且布置后稳定不易晃动，第一驱动电机61的电机座与第二驱动电机71的电机座反向布置，第一驱动电机61、第二驱动电机71之间相平行，使转向装置100整体结构紧凑。

在一些示例中，第一驱动电机61和第二驱动电机71均为伺服电机，增加动力源的控制精度，使输出到传动轴1的作用力更加可控。

可选的，第一驱动电机61和第一主动轮622之间设有第一减速机63，第一驱动电机61的输出端连接第一减速机63的输入端，第一减速机63的输出端连接第一主动轮622。

对应的，第二驱动电机71和第二主动轮722之间设有第二减速机73，第二驱动电机71的输出端连接第二减速机73的输入端，第二减速机73的输出端连接第二主动轮722。

可选的，第一减速机63和第二减速机73采用行星减速机。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，当转盘4接触地面且机体200未抬离地面，第一驱动电机61和第二驱动电机71同时同向旋转时(如同为逆时针旋转，或同为顺时针旋转)，当第一驱动电机61和第二驱动电机71的转速合适时，分布在在第一螺旋式沟槽11a上的第一滚珠24和分布在第一直线式沟槽11b上的第二滚珠34同时驱动传动轴1做旋转运动和升降运动，进而形成螺旋升降运动，使机体200在抬离地面的同时还能完成转向，缩短了转向所需的工作时间，提高了施工效率。

在本发明的一些实施例中，如图2、图3所示，转向装置100还包括：固定板8。其中，传动轴1贯穿固定板8设置，传动轴1的表面与固定板8之间间隔一定距离，第一驱动传动机构6和第二驱动传动机构7围绕传动轴1间隔设置在固定板8上，固定板8的设置，为各个主要部件如传动轴1、第一驱动传动机构6、第二驱动传动机构7提供了安装位置，且使各个部件的相对位置较为固定，有利于各部件工作状态保持稳定，也可有效地防止下部的尘土等杂物污染固定板8上部的各部件，还可使转向装置100整体布置更为紧凑，此外，也为转向装置安装在机体200上提供了便利，还方便安装后文的防护罩9。

在本发明的一些实施例中，如图1、图2所示，转向装置100还包括防护罩9，防护罩9罩设在传动轴1、升降法兰组件2和旋转法兰组件3的外侧。防护罩9有效地隔绝了外部的粉尘等杂质干扰内部部件工作，还可将各部件之间的缝隙进行遮挡，保证传动轴1、第一驱动传动机构6、第二驱动传动机构7等部件的传动精度。

可选的，防护罩9包括多个分体防护罩，多个分体防护罩之间通过卡接或扣接可拆卸连接，在具体的示例中，多个分体防护罩包括罩设在固定板8上的主防护罩，罩设在第一驱动电机61上的电机防护罩，以及罩设在传动轴端部的丝杆防护罩，丝杆防护罩和电机防护罩连接在主防护罩上。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，转向装置100还包括：连接架10，连接架10设置在固定板8上且连接架10用于支撑固定板8上的多个部件。可选的，如图3所示，连接架10包括第一连接架10a、第二连接架10b、第三连接架10c，第一连接架10a用于支撑第二驱动电机71和/或第二减速机73，使第二驱动传动机构7稳定地固定在固定板8上；第二连接架10b用于支撑前述的连接座5(连接座5的结构参见图2)，使连接座5以及与连接座5相连的第一外法兰23和第二外法兰33均相对于固定板8稳定设置；第三连接架10c用于支撑第一驱动电机61和/或第二减速机63，使第一驱动传动机构6稳定地固定在固定板8上。

在本发明的描述中，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

下面参考说明书附图描述本发明实施例的抹平机器人1000。

根据本发明实施例的一种抹平机器人1000，如图10所示，包括：机体200和转向装置100。转向装置100为前述的转向装置100，转向装置100的结构在此不做赘述。

由上述结构可知，本发明实施例的转向装置100，抹平机器人1000在进行抹平作业时，机体200可在转盘4处于落地位置时进行360度任意转向，以切换需要抹平的区域，因此抹平作业覆盖率高，抹平作业死角少。在转盘4脱离落地位置时，抹平机器人1000可按照调整好的方向进行平稳的抹平作业。抹平机器人1000整机尺寸小，重量轻，便于切换方向。相比于现有的带有人工操作的单抹盘或是座驾式双抹盘结构的抹平机器人，本发明的抹平机器人1000无需强度高的人工操作，转向和抹平作业容易控制，可适应多种施工作业环境。

可选的，如图10所示，抹平机器人1000还包括抹平机构300，抹平机构300设置在机体200的前侧或后侧，以对待处理面进行抹平作业。

可选的，如图10所示，抹平机器人1000还包括行走机构400，行走机构400设置在机体200的底部，以带动机体200向前或者向后行驶。

有利的，行走机构400形成为长筒形，行走机构400分别设置在机体200的底部前端和后端，以使整个机体200在行驶时保持稳定，且在行驶过程中可对待处理面辅助抹平。当转盘4处于升起位置时，如图11中所示，机体200落地且行走机构400与待处理面接触。这里的待处理面可以为混凝土表面，也可以为水泥表面、沥青表面等施工作业面，这里不做具体限制。

当转盘4下降至落地位置时，如图12所示，机体200抬离待处理面。

如图13所示，当转盘4处于落地位置，转向装置100可控制机体200进行转向，以切换待处理区域。同时，在机体200转向完毕后，转向装置100的转盘4收回至升起位置，以使得行走机构400落地，如图14所示，机体200下降，抹平机构300与待处理面接触，抹平机器人1000继续进行抹平工作。

下面结合说明书附图描述本发明的具体实施例中转向装置100和抹平机器人1000的具体结构。

实施例

一种抹平机器人1000，如图10所示，包括：转向装置100、机体200、抹平机构300和行走机构400。

其中机体200上设有动力组件500、转向装置100、报警系统、地面刮扫机构、控制系统、搬运吊装机构、双滚筒差速纠偏机构、振捣提浆机构、行走机构400、水平标高调节机构与抹平机构300、电气件等其它附属部件。动力组件500与控制系统5安装在机体200内部，动力组件500主要为各伺服电机、激光系统、行走机构400提供动力，控制系统与激光系统由预定程序按照逻辑关系统一控制整机运动节拍，驱动机器人按照事先编好的规划程序自动导航运行。报警系统安装在机体200的上端，实时对整机运行情况进行监控报警。转向装置100安装整个抹平机器人1000的质心位置，控制抹平机器人1000的整机转向运动。行走机构400设置在机体200的底部，以驱动抹平机器人1000整机在待处理面上行驶。抹平机构300同时对待处里面进行抹平作业。

如图1、图2和图3所示，转向装置100，包括：传动轴1、升降法兰组件2、旋转法兰组件3、转盘4、连接座5、第一驱动传动机构6、第二驱动传动机构7、固定板8、防护罩9、和连接架10。

其中，如图9中所示，传动轴1包括配合槽杆段11和光杆段12，配合槽杆段11的表面设有第一螺旋式沟槽11a和第一直线式沟槽11b，第一螺旋式沟槽11a螺旋绕设在传动轴1上，第一直线式沟槽11b平行于传动轴1的轴线，第一螺旋式沟槽11a和第一直线式沟槽11b在整个配合槽杆段11上交叉设置。光杆段12连接在配合槽杆段11的两端，上部的光杆段12上连接有机械限位结构14，下部的光杆段12穿过固定板8并连接转盘4。下部的光杆段12外套设连接有密封座13，密封座13的上端连接在固定板8上。如图1和图2所示，在固定板8上还罩设有防护罩9。

如图2所示，旋转法兰组件3与升降法兰组件2沿传动轴1的轴向间隔设置，且均套设在传动轴1上。如图7所示，升降法兰组件2还包括：第一外法兰23、第一内法兰21、第一支撑轴承22和第一滚珠24，第一内法兰21和第一外法兰23之间设有第一支撑轴承22。如图4-图6所示，第一内法兰21的内侧设有第二螺旋式沟槽21a，第一滚珠24配合在第二螺旋式沟槽21a和第一螺旋式沟槽11a之间。第二螺旋式沟槽21a与第一螺旋式沟槽11a的形状匹配，对应设置。第一内法兰21的两端设有第一密封件。如图7所示，旋转法兰组件3还包括：第二外法兰33、第二内法兰31、第二支撑轴承32和第二滚珠34，第二内法兰31和第二外法兰33之间设有第二支撑轴承32。如图4-图6所示，第二内法兰31的内侧设有第二直线式沟槽31b，第二滚珠34配合在第二直线式沟槽31b和第一直线式沟槽11b之间。第二直线式沟槽31b与第一直线式沟槽11b的形状相匹配。第二内法兰31的两端设有第二密封件。如图2所示，第一外法兰23和第二外法兰33之间连接有连接座5。连接座5与机体200之间通过螺栓连接。

如图2和图3所示，第一驱动传动机构6、第二驱动传动机构7设置在固定板8上，第一驱动传动机构6为升降法兰组件2提供动力，第二驱动传动机构7为旋转法兰组件3提供动力。如图2、图3和图4所示，第一驱动传动机构6包括第一驱动电机61、第一带轮组件62和第一减速机63。第一驱动电机61采用伺服电机，伺服电机的输出端连接第一减速机63，第一减速机63的输出端连接第一带轮组件62。如图2所示，第一带轮组件62包括第一传动带621、第一主动轮622和第一从动轮623，第一传动带621与第一主动轮622和第一从动轮623配合传动，第一主动轮622连接第一驱动电机61，第一从动轮623连接第一内法兰21。如图2、图3和图5所示，第二驱动传动机构7包括第二驱动电机71、第二带轮组件72和第二减速机73。第二驱动电机71采用伺服电机，第二驱动电机71的输出端连接第二减速机73，第二减速机73的输出端连接第二带轮组件72。如图2和图3所示，第二带轮组件72包括第二传动带721、第二主动轮722和第二从动轮723，第二传动带721与第二主动轮722和第二从动轮723配合传动，第二主动轮722连接第二驱动电机71，第二从动轮723连接第二内法兰31。

如图3所示，转向装置100还包括：连接架10，连接架10包括第一连接架10a、第二连接架10b、第三连接架10c，第一连接架10a用于支撑第二驱动电机71和第二减速机73，第二从动轮723设置在第一连接架10a下，第二驱动传动机构7稳定地相对固定在固定板8上。第二连接架10b用于支撑连接座5，使连接座5以及与连接座5相连的第一外法兰23和第二外法兰33均相对于固定板8稳定设置。第三连接架10c用于支撑第一驱动电机61和或第二减速机63，使第一驱动传动机构6稳定地固定在固定板8上。

整个抹平机器人1000的工作过程如下：

当抹平机器人1000对待抹平地面进行抹平作业时，行走机构400落地并带动整机行驶，同时激光系统与导航系统对抹平机器人1000进行控制，抹平机构300对待处理地面进行抹平。

当需要切换抹平区域时，抹平机器人1000停止运动，第一驱动传动机构6运转，使第一内法兰21被带动旋转，进而带动传动轴1相对于机体200向下降落，直到端部的转盘4触地后，第一驱动传动机构6和第二驱动传动机构7共同运转，带动第一内法兰21和第二内法兰31转动，且使机体200边上升脱离地面边进行转向。

在转向前，也可以仅开启第一驱动传动机构6使机体200脱离地面，转盘4处于落地位置时，关闭第一驱动传动机构6后再开启第二驱动传动机构7也可使机体200转向，转盘4在待处理面上的摩擦力使抹平机器人1000在自重的影响下做转向运动，转动角度由伺服电机和绝对值编码器控制，直到抹平机器人1000到达所需位置。可根据实际需要进行选择操作。当抹平机器人1000转向后，可再次进行抹平作业。

转向完毕后，再次反向运行第一驱动传动机构6，以使底盘4从落地位置收回到升起位置，驱动机构停止运动。抹平机器人1000重新进入抹平工作模式。

本发明的抹平机器人1000是一种小型化、轻量化、智能化的机器人，转向半径为0(原地转向)，结合控制系统，对混凝土现浇现场等施工现场可实现全覆盖施工。转向装置100机构紧凑，转向控制精度高，且可实现精准定位。转向装置100可实现直线升降、中心转向、螺旋转向等多姿态运动，一体化结构紧凑、减小了抹平机器人1000的整机结构所需空间和载重，有利于抹平机器人1000的轻量化设计，提高了整机的运动相应性。本发明的抹平机器人1000结合伺服电机和高精度编码器，可实现对抹平机器人1000转向和升降的精确控制，施工覆盖率增大。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例的转向装置100及具有其的抹平机器人1000的其他构成例如第一内法兰21或第二内法兰31中配套设钢球的循环器对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种转向装置，其特征在于，所述转向装置用于实现机体转向，所述转向装置包括：

固定板，所述固定板设在所述机体上；

传动轴，所述传动轴贯穿所述固定板设置，所述传动轴的表面设有第一螺旋式沟槽和第一直线式沟槽，所述第一螺旋式沟槽螺旋绕设在所述传动轴上，所述第一直线式沟槽平行于所述传动轴的轴线；

升降法兰组件，所述升降法兰组件外套在所述传动轴上，且所述升降法兰组件可相对于所述传动轴升降运动，所述升降法兰组件包括与所述第一螺旋式沟槽配合的第一滚珠、第一内法兰和第一外法兰，所述第一内法兰的内侧设有第二螺旋式沟槽，所述第一滚珠配合在所述第二螺旋式沟槽和所述第一螺旋式沟槽之间，所述第一内法兰可相对于所述第一外法兰做旋转运动；

第一驱动传动机构，所述第一驱动传动机构包括第一驱动电机，所述第一驱动电机用于驱动所述第一内法兰转动，所述第一驱动电机连接在所述固定板上；

旋转法兰组件，所述旋转法兰组件外套在所述传动轴上，所述旋转法兰组件可转动地设在所述传动轴上，所述旋转法兰组件包括与所述第一直线式沟槽配合的第二滚珠；

转盘，所述转盘设在所述传动轴的一端，所述转盘具有落地位置和升起位置，所述升降法兰组件运动时所述传动轴带动所述转盘在所述落地位置和所述升起位置之间切换；所述转盘在落地位置时，所述旋转法兰组件可运动以使所述机体相对所述转盘转动。

2.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，所述传动轴包括配合槽杆段，所述配合槽杆段与所述升降法兰组件和所述旋转法兰组件相配合，所述配合槽杆段上的所述第一直线式沟槽和所述第一螺旋式沟槽相交叉设置。

3.根据权利要求2所述的转向装置，其特征在于，所述传动轴还包括光杆段，所述光杆段连接在所述配合槽杆段的至少一端，所述转盘与所述光杆段连接。

4.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，所述升降法兰组件还包括：第一支撑轴承，所述第一内法兰和所述第一外法兰之间设有所述第一支撑轴承；

所述旋转法兰组件还包括：第二外法兰、第二内法兰和第二支撑轴承，所述第二内法兰的内侧设有第二直线式沟槽，所述第二滚珠配合在所述第二直线式沟槽和所述第一直线式沟槽之间，所述第二内法兰和所述第二外法兰之间设有所述第二支撑轴承。

5.根据权利要求4所述的转向装置，其特征在于，还包括适于设在所述机体上的连接座，所述连接座的两端分别与所述第一外法兰和所述第二外法兰连接，所述第一内法兰的两端分别设有第一密封圈密封，所述第二内法兰的两端分别设有第二密封圈密封。

6.根据权利要求4所述的转向装置，其特征在于，还包括：

所述第一驱动电机用于驱动所述第一内法兰转动；第二驱动传动机构，所述第二驱动传动机构包括第二驱动电机，所述第二驱动电机用于驱动所述第二内法兰转动。

7.根据权利要求6所述的转向装置，其特征在于，所述第一驱动传动机构还包括第一带轮组件，所述第一带轮组件包括第一传动带、第一主动轮和第一从动轮，所述第一传动带与所述第一主动轮和所述第一从动轮配合传动，所述第一主动轮连接所述第一驱动电机，所述第一从动轮连接所述第一内法兰；

所述第二驱动传动机构还包括第二带轮组件，所述第二带轮组件包括第二传动带、第二主动轮和第二从动轮，所述第二传动带与所述第二主动轮和所述第二从动轮配合传动，所述第二主动轮连接所述第二驱动电机，所述第二从动轮连接所述第二内法兰；所述第一驱动电机和所述第二驱动电机均为伺服电机。

8.根据权利要求6所述的转向装置，其特征在于，还包括：

所述第一驱动传动机构和所述第二驱动传动机构围绕所述传动轴间隔设置在所述固定板上，所述第一驱动传动机构和所述第二驱动传动机构的输出端沿所述传动轴的轴向间隔设置；所述旋转法兰组件与所述升降法兰组件沿所述传动轴的轴向间隔设置。

9.根据权利要求1所述的转向装置，其特征在于，还包括防护罩，所述防护罩罩设在所述传动轴、所述升降法兰组件和所述旋转法兰组件的外侧。

10.一种抹平机器人，其特征在于，包括：

机体；

转向装置，所述转向装置为根据权利要求1-9中任一项所述的转向装置。

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