CN110920317A - 自动调平底盘、农业车辆及调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调平底盘、农业车辆及调平方法，所述底盘包括机架、第一车轮、第二车轮和行走驱动机构，第一车轮设置在机架的前部，第二车轮为两个，两个第二车轮对称设置在机架的后部，行走驱动机构设置在机架上；每个第二车轮包括轮盘、轮轴、步进电机、齿轮组件、多个滑动机构、安装盘以及多个弧形轮胎，步进电机通过齿轮组件带动轮盘转动，轮盘上设有多个条形槽，每个条形槽与对应的滑动机构呈一定夹角，并与对应的滑动机构的第一端滑动连接，每个滑动机构的第二端与对应的弧形轮胎固定连接；两个第二车轮的轮轴之间相连接。本发明可以通过调节车轮的直径来达到平衡状态，且体积小，重量大大减小，能够更好地适应丘陵山地等倾斜地形。

Description

自动调平底盘、农业车辆及调平方法

技术领域

本发明涉及一种底盘，尤其是一种自动调平底盘、农业车辆及调平方法，属于农业机械技术领域。

背景技术

农业机械是指在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。农业机械包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。

目前的小型农业车辆底盘上的自动调平机构大多使用液压系统，当小型农业车辆底盘倾斜时，液压推杆推动底盘绕支点转动，从而保持底盘水平，但体积大，重量大。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足之处，提供了一种自动调平底盘，该底盘可以通过调节车轮的直径来达到平衡状态，且体积小，重量大大减小，能够更好地适应丘陵山地等倾斜地形。

本发明的第二个目的在于提供一种包含上述自动调平底盘的农业车辆。

本发明的第三个目的在于提供一种上述自动调平底盘的调平方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种自动调平底盘，包括机架、第一车轮、第二车轮和行走驱动机构，所述第一车轮设置在机架的前部，所述第二车轮为两个，两个第二车轮对称设置在机架的后部，行走驱动机构设置在机架上，用于带动第二车轮运动；

每个第二车轮包括轮盘、轮轴、步进电机、齿轮组件、多个滑动机构以及多个弧形轮胎，所述步进电机通过齿轮组件带动轮盘转动，所述多个滑动机构沿轮轴径向线固定在安装盘上，所述轮盘的中心设有第一通孔，所述第一通孔的直径大于轮轴的直径，所述轮轴穿过第一通孔后与安装盘固定连接，所述轮盘上设有多个条形槽，所述条形槽、滑动机构和弧形轮胎均为一一对应，每个条形槽与对应的滑动机构呈一定夹角，并与对应的滑动机构的第一端滑动连接，每个滑动机构的第二端与对应的弧形轮胎固定连接；两个第二车轮的轮轴之间相连接，且两个第二车轮的轮轴轴心重合。

进一步的，每个滑动机构包括滑杆和滑轨，所述滑轨与安装盘固定连接，所述滑杆与滑轨滑动连接，滑杆的第一端通过销与对应的条形槽滑动连接，滑杆的第二端与对应的弧形轮胎固定连接。

进一步的，所述滑杆的第一端设有第三通孔，所述销插入第三通孔中紧密配合，并卡在对应的条形槽中，且能够在对应的条形槽中滑动。

进一步的，所述齿轮组件包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮的中心设有第二通孔，所述第二通孔的直径大于轮轴的直径，所述轮轴依次穿过第二通孔、第一通孔后与安装盘固定连接，且所述第二齿轮固定在轮盘上，所述步进电机驱动第一齿轮转动，带动第二齿轮使轮盘转。

进一步的，所述轮盘上设有螺纹孔，所述第二齿轮上设有第四通孔，通过螺丝穿过第四通孔与螺纹孔配合，使第二齿轮固定在轮盘上。

进一步的，所述第一齿轮设置在轮盘外圆的内侧，所述第二齿轮与轮盘同心，且第一齿轮的尺寸小于第二齿轮的尺寸。

进一步的，所述步进电机安装在蜗轮蜗杆减速机的法兰盘上，所述步进电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速机的输入轴同心连接，所述第一齿轮安装在蜗轮蜗杆减速机的输出轴上。

进一步的，所述蜗轮蜗杆减速机安装在固定座上，所述固定座与轮轴固定连接。

进一步的，所述行走驱动机构包括行走驱动电机、行走驱动链和差速器，行走驱动电机通过行走驱动链和差速器带动第二车轮的轮轴转动，从而使第二车轮运动；两个第二车轮的轮轴通过差速器相连接，能够同步或差速转动。

进一步的，所述行走驱动链包括第一链轮、第二链轮和链条，第一链轮安装在行走驱动电机的输出轴上，并通过链条与第二链轮连接，第二链轮安装在差速器上，作为差速器的动力输入源。

进一步的，所述底盘还包括控制电路，所述控制电路分别与两个第二车轮的步进电机、行走驱动机构连接。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种农业车辆，包括上述的自动调平底盘。

本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种上述自动调平底盘的调平方法，所述方法包括：利用陀螺仪实时检测俯仰角；当检测到的俯仰角不为零时进行运算，若俯仰角大于零，则步进电机正转；若俯仰角小于零，则步进电机反转，对底盘进行调平。

进一步的，所述步进电机的励磁信号数的计算公式如下：

Step＝L*tanθ/1.8

其中，Step为施加给步进电机的励磁信号数，L为两个第二车轮之间的间距，θ为俯仰角大小。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明通过步进电机通过齿轮组件带动轮盘转动，轮盘上设有多个条形槽，每个条形槽倾斜于对应的滑动机构，当轮盘转动时，通过条形槽使对应的滑动机构滑动，使得对应的弧形轮胎向外延伸或向内收缩，以此调整车轮的直径，在满足小型农耕需求基础上，实现了底盘调平的功能，而且体积小，重量大大减小；此外，采用了步进电机进行驱动，可以实现精确定位，准确度更高。

2、本发明的齿轮组件包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，步进电机驱动第一齿轮转动，带动第二齿轮使轮盘转动，第一齿轮设置在轮盘外圆内侧，所述第二齿轮与轮盘同心，且第一齿轮的尺寸小于第二齿轮的尺寸，不仅能够避免齿轮组件影响车轮的运动，而且能够使第二齿轮更好地带动轮盘转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的自动调平底盘的立体结构示意图。

图2为本发明实施例的自动调平底盘的主视结构示意图。

图3为本发明实施例的自动调平底盘的左视结构示意图。

图4为本发明实施例的自动调平底盘的俯视结构示意图。

图5为本发明实施例的第二车轮的立体结构示意图。

图6为本发明实施例的第二车轮的正视结构示意图。

图7为本发明实施例的第二车轮的侧视结构示意图。

图8为本发明实施例的转盘的结构示意图。

图9为本发明实施例的轮盘与齿轮组件相互关系的正视结构示意图。

图10为本发明实施例的轮盘与齿轮组件相互关系的侧视结构示意图。

图11为本发明实施例的第二齿轮固定在转盘上的结构示意图。

图12为本发明实施例1的滑动机构与弧形轮胎、条形槽连接的结构示意图。

图13为本发明实施例1的滑动机构与安装盘、弧形轮胎连接的结构示意图。

图14为本发明实施例的滑杆与轮胎连接的结构示意图。

图15为本发明实施例的滑轨的立体结构示意图。

图16为本发明实施例的滑轨的正视结构示意图。

图17为本发明实施例的滑轨的俯视结构示意图。

图18为本发明实施例的调平方法的流程图。

其中，1-机架，2-第一车轮，3-第二车轮，301-轮盘，3011-第一通孔，3012-螺纹孔，3013-条形槽，302-轮轴，303-步进电机，304-齿轮组件，3041-第一齿轮，3042-第二齿轮，30421-第二通孔，30422-第四通孔，305-滑动机构，3051-滑杆，30511-第三通孔，3052-滑轨，30521-滑槽，3053-销，306-弧形轮胎，307-蜗轮蜗杆减速机，308-固定座，309-安装盘，4-行走驱动机构，401-行走驱动电机，402-行走驱动链，4021-第一链轮，4022-第二链轮，4023-链条，403-差速器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1～图4所示，本实施例提供了一种自动调平底盘，该底盘可以应用于农业车辆(如果园运输车等)，其包括机架1、第一车轮2、第二车轮3和行走驱动机构4；第一车轮2为一个，该第一车轮2设置在机架1的前部，作为前轮；第二车轮3为两个，两个第二车轮3左右对称设置在机架1的后部，作为后轮；行走驱动机构4设置在机架1上，用于带动第二车轮3运动。

如图5～图7所示，每个第二车轮3包括轮盘301、轮轴302、步进电机303、齿轮组件304、六个滑动机构305以及六个弧形轮胎305，两个第二车轮3的转轴302之间相连接，且两个第二车轮3的轮轴轴心重合，其中轮轴302为带键槽的轮盘。

如图8～图11所示，轮盘301的中心设有第一通孔3011，第一通孔3011与轮轴302之间设置铜套自润滑轴承，齿轮组件4包括相啮合的第一齿轮3041和第二齿轮3042，第二齿轮3042的中心设有第二通孔30421，第一通孔3011的直径、第二通孔30421的直径均大于轮轴302的直径，轮轴302依次穿过第二通孔30421、第一通孔3011，第二齿轮3042固定在轮盘1上，步进电机303可以采用57二相步进电机，步进电机303转动后，驱动第一齿轮401转动，由于第一齿轮3041与第二齿轮3042相啮合，第一齿轮3041的转动能够带动第二齿轮3042转动，此时轮盘1会随第二齿轮3042转动而转动。

为了使第二齿轮3042固定在轮盘301上，本实施例的轮盘301上设有两个相对设置的螺纹孔3012，第二齿轮3042上设有两个相对设置的第四通孔30422，螺纹孔102与第四通孔30422的位置相对应，通过螺丝穿过第四通孔30422与螺纹孔3012配合，使第二齿轮3042固定在轮盘301上；可以理解，为了使第二齿轮3042更好地固定在轮盘301上，螺纹孔3012和第四通孔30422的数量还可以为三个、四个或以上。

进一步地，本实施例的第一齿轮3041设置在轮盘外圆的内侧，第二齿轮3042与轮盘301同心，且第一齿轮3041的尺寸小于第二齿轮3042的尺寸，即第一齿轮3041为小齿轮，第二齿轮3042为大齿轮，通过这些设计，不仅能够避免齿轮组件4影响车轮的运动，而且能够使第二齿轮3042更好地带动轮盘301转动。

为了传递步进电机303的动力以及降低步进电机303的转速，本实施例在步进电机303安装在蜗轮蜗杆减速机307的法兰盘上，步进电机303的输出轴与蜗轮蜗杆减速机307的输入轴同心连接，第一齿轮3041安装在蜗轮蜗杆减速机307的输出轴上，该蜗轮蜗杆减速机307采用(1：10)传动比的蜗轮蜗杆减速机。

为了安装步进电机303和蜗轮蜗杆减速机307，本实施例将蜗轮蜗杆减速机307安装在固定座308上，固定座308与轮轴302固定连接，具体地，固定座308上设有带键槽孔，键槽孔与转轴302采用键连接，使得蜗轮蜗杆减速机307和步进电机303能够随轮轴302转动而转动。

如图12～图17所示，六个滑动机构305沿轮轴302径向线固定在安装盘309上，轮轴302依次穿过第二通孔30421、第一通孔3011后与安装盘309固定连接，具体地，轮轴302与安装盘309的中心采用键连接，轮轴302转动后，带动安装盘309转动，从而使车轮运动；轮盘301上设有六个条形槽3013，条形槽3013、滑动机构305和弧形轮胎306均为一一对应，每个条形槽3013与对应的滑动机构305呈一定夹角，并与对应的滑动机构305的第一端滑动连接，每个滑动机构305的第二端与对应的弧形轮胎305固定连接。

进一步地，每个滑动机构305包括滑杆3051和滑轨3052，滑轨3052固定在安装盘309上，由于共有六个滑轨3052，本实施例的安装盘309优选采用六边形结构，每条边固定一个滑轨3052；滑杆3051与滑轨3052滑动连接，滑杆3051的第一端作为该滑动机构305的第一端，其通过销3053与对应的条形槽3013滑动连接，滑杆3051的第二端作为该滑动机构305的第二端，其与对应的弧形轮胎306固定连接。

为了使滑杆3051的第一端通过销3053与对应的条形槽3013滑动连接，滑杆3051的第一端设有第三通孔30511，销503插入该第三通孔30511中紧密配合，并卡在对应的条形槽3013中，当轮盘301转动时，通过条形槽3013对销3053的作用，使销3053受到两个方向的力F1和F2，合力沿条形槽3013的方向，使销3053在条形槽3013内运动，带动滑杆3051滑动，滑杆3051与滑轨3052间隙配合，使滑杆3051在滑轨3052的滑槽30521中滑动，从而使对应的弧形轮胎305向外延伸或向内收缩，以调整车轮的直径。

本实施例的第二车轮3利用蜗轮蜗杆减速机307还可以实现自锁功能，当蜗杆的螺旋线升角小于蜗杆蜗轮啮合齿间的当量摩擦角，传动就出现的自锁，由于涡轮无法驱动蜗杆，就是自锁功能，所以改变第二车轮3的直径后，即使断电，也不会由于重力而自动转动，使第二车轮3的直径发生变化；这一系列运动，通过步进电机303转动一定角度，通过齿轮组件304带动轮盘301，可实现第二车轮3直径的精确变化，达到调平目的。

进一步地，所述行走驱动机构4包括行走驱动电机401、行走驱动链402和差速器403，行走驱动电机401通过行走驱动链402和差速器403带动第二车轮3的轮轴转动，从而使第二车轮3运动；两个第二车轮3的轮轴302通过差速器403相连接，能够同步或差速转动；具体地，行走驱动链402包括第一链轮4021、第二链轮4022和链条4023，第一链轮4021安装在行走驱动电机401的输出轴上，并通过链条4023与第二链轮4022连接，第二链轮4022安装在差速器403上，作为差速器403的动力输入源，行走驱动电机401转动后，驱动第一链轮4021转动，通过链条4023带动第二链轮4022转动，以带动轮轴302转动，进一步带动安装盘309转动，从而使第二车轮3运动。

为了实现农业车辆的行走和第二车轮3直径变化的控制，本实施例的农业车辆还包括控制电路，该控制电路可以采用STM32系列的单片机，其分别与行走驱动电机401、步进电机3033连接，配合陀螺仪等传感器的使用，对地面状况进行探测，从而通过控制电路控制，来调整第二车轮的直径，使农业车辆处于平衡状态。

本实施例的步进电机303的步距角为1.8，当检测到的俯仰角不为零时进行运算，若俯仰角大于零，则步进电机303正转；若俯仰角小于零，则步进电机303反转，基本计算公式如下：

Step＝L*tanθ/1.8

其中，Step为施加给步进电机303的励磁信号数，L为两个第二车轮3之间的间距，θ为俯仰角大小。

为了实现农业车辆在复杂路段的调平要求，本实施例提供了一种调平方法，该方法基于上述的自动调平底盘实现，如图18所示，包括以下步骤：

S1、开始工作时，对轮盘301进行复位，陀螺仪数据清零，步进电机303移动至丝杆中点位置。

S2、利用陀螺仪实时检测俯仰角。

S3、当检测到的俯仰角不为零时进行运算。

S4、根据运算结果，使步进电机303正转或反转，对底盘进行调平，使陀螺仪数据恢复至零。

综上所述，本发明通过步进电机通过齿轮组件带动轮盘转动，轮盘上设有多个条形槽，每个条形槽倾斜于对应的滑动机构，当轮盘转动时，通过条形槽使对应的滑动机构滑动，使得对应的弧形轮胎向外延伸或向内收缩，以此调整车轮的直径，在满足小型农耕需求基础上，实现了底盘调平的功能，而且体积小，重量大大减小；此外，采用了步进电机进行驱动，可以实现精确定位，准确度更高。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动调平底盘，其特征在于，包括机架、第一车轮、第二车轮和行走驱动机构，所述第一车轮设置在机架的前部，所述第二车轮为两个，两个第二车轮对称设置在机架的后部，行走驱动机构设置在机架上，用于带动第二车轮运动；

每个第二车轮包括轮盘、轮轴、步进电机、齿轮组件、多个滑动机构、安装盘以及多个弧形轮胎，所述步进电机通过齿轮组件带动轮盘转动，所述多个滑动机构沿轮轴径向线固定在安装盘上，所述轮盘的中心设有第一通孔，所述轮轴穿过第一通孔后与安装盘固定连接，所述轮盘上设有多个条形槽，所述条形槽、滑动机构和弧形轮胎均为一一对应，每个条形槽与对应的滑动机构呈一定夹角，并与对应的滑动机构的第一端滑动连接，每个滑动机构的第二端与对应的弧形轮胎固定连接；两个第二车轮的轮轴之间相连接，且两个第二车轮的轮轴轴心重合。

2.根据权利要求1所述的自动调平底盘，其特征在于，每个滑动机构包括滑杆和滑轨，所述滑轨与安装盘固定连接，所述滑杆与滑轨滑动连接，滑杆的第一端通过销与对应的条形槽滑动连接，滑杆的第二端与对应的弧形轮胎固定连接。

3.根据权利要求1-2任一项所述的自动调平底盘，其特征在于，所述齿轮组件包括相啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮的中心设有第二通孔，所述第二通孔的直径大于轮轴的直径，所述轮轴依次穿过第二通孔、第一通孔后与安装盘固定连接，且所述第二齿轮固定在轮盘上，所述步进电机驱动第一齿轮转动，带动第二齿轮使轮盘转动。

4.根据权利要求3所述的自动调平底盘，其特征在于，所述第一齿轮设置在轮盘外圆的内侧，所述第二齿轮与轮盘同心，且第一齿轮的尺寸小于第二齿轮的尺寸。

5.根据权利要求3所述的自动调平底盘，其特征在于，所述步进电机安装在蜗轮蜗杆减速机的法兰盘上，所述步进电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速机的输入轴同心连接，所述第一齿轮安装在蜗轮蜗杆减速机的输出轴上。

6.根据权利要求1-2任一项所述的自动调平底盘，其特征在于，所述行走驱动机构包括行走驱动电机、行走驱动链和差速器，行走驱动电机通过行走驱动链和差速器带动第二车轮的轮轴转动，从而使第二车轮运动；两个第二车轮的轮轴通过差速器相连接，能够同步或差速转动。

7.根据权利要求6所述的自动调平底盘，其特征在于，所述行走驱动链包括第一链轮、第二链轮和链条，第一链轮安装在行走驱动电机的输出轴上，并通过链条与第二链轮连接，第二链轮安装在差速器上，作为差速器的动力输入源。

8.一种农业车辆，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的自动调平底盘。

9.一种权利要求1-7任一项所述自动调平底盘的调平方法，其特征在于，所述方法包括：利用陀螺仪实时检测俯仰角；当检测到的俯仰角不为零时进行运算，若俯仰角大于零，则步进电机正转；若俯仰角小于零，则步进电机反转，对底盘进行调平。

10.根据权利要求9所述的调平方法，其特征在于，所述步进电机的励磁信号数的计算公式如下：

Step＝L*tanθ/1.8

其中，Step为施加给步进电机的励磁信号数，L为两个第二车轮之间的间距，θ为俯仰角大小。

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