CN114104098A - 一种电动单轮转向机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动单轮转向机构，包括：定向轮组件；电动机，设置在定向轮组件的上方；同步带轮组，其输入端与电动机的输出端驱动连接；锥齿轮组，设置在电动机的周侧；锥齿轮组的输入端与同步带轮组的输出端驱动连接；转向轴，竖立设置；转向轴的轴向的一端穿设在锥齿轮组的输出端所对应的齿轮上，转向轴的轴向的另一端用于与定向轮组件连接。本发明中，电动单轮转向机构通过同步带轮组输出电动机的转矩，再通过锥齿轮组向转向轴传递扭矩，转向轴用于驱动定向轮组件转动。相对于现有技术中使用连杆传动，可输出更精准的转向角度。同步带轮组的输出端与锥齿轮组的输入端驱动连接，使得该电动单轮转向机构能传输更大的力矩。

Description

一种电动单轮转向机构

技术领域

本发明涉及转向机构领域，尤其涉及一种电动单轮转向机构。

背景技术

转向机构通常安装在车辆上，用于调整车辆的行驶方向。传统的转向机构通常是应用在驾驶型车辆上，以人力驱动为主，有的具有电动或液压助力机构。这类传统转向机构需要人力驱动，结构不够紧凑，转向力较小，拓展性差，难以应用于自动行驶与电控行驶类设备。

在自动导航行驶设备中，转向机构是其中必不可少的核心部件，转向机构能提供的转向力、转向精度、转向角度影响着设备载荷、速度、灵活度等各项指标。现有的转向机构种类较少，且存在结构复杂、转向不灵活、转向角度较小的问题。

因此，现有技术存在缺陷，有待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电动单轮转向机构，旨在解决现有技术中转向机构的转向精准度较差的问题。

本发明解决技术问题所采用的一技术方案如下：

一种电动单轮转向机构，包括：

定向轮组件；

电动机，设置在所述定向轮组件的上方；

同步带轮组，所述同步带轮组的输入端与所述电动机的输出端驱动连接；

锥齿轮组，设置在所述电动机的周侧；所述锥齿轮组的输入端与所述同步带轮组的输出端驱动连接；

转向轴，竖立设置；所述转向轴的轴向的一端穿设在所述锥齿轮组的输出端所对应的齿轮上，所述转向轴的轴向的另一端用于与所述定向轮组件驱动连接。

进一步的，所述同步带轮组包括与所述电动机的输出端驱动连接的第一带轮、设置在所述第一带轮的径向一侧的第二带轮和套设在所述第一带轮和所述第二带轮上的同步带。

进一步的，所述电动单轮转向机构还包括张紧轮、底板、安装板和限位销；

所述张紧轮设置在所述第一带轮和所述第二带轮之间；

所述底板位于所述张紧轮轴向的一侧，所述底板与所述张紧轮连接；

所述安装板设置在所述底板背离所述张紧轮的一侧；所述安装板朝向所述底板的侧面开设有腰形孔，所述腰形孔沿竖直方向设置；

所述限位销上下可动地穿设在所述腰形孔内，所述限位销朝向所述底板的一端与所述底板连接。

进一步的，所述锥齿轮组包括与所述第二带轮驱动连接的第一锥齿轮和与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮；所述第二锥齿轮的轴线竖直设置。

进一步的，所述电动单轮转向机构还包括传动轴；所述传动轴的轴线与所述第二锥齿轮的轴线垂直，所述第二带轮和所述第一锥齿轮均穿设在所述传动轴上。

进一步的，所述电动机水平设置，所述电动机的输出轴朝向所述同步带轮组设置。

进一步的，所述定向轮组件设置在所述电动机的下方，所述定向轮组件包括竖立设置的轮子、设置在所述轮子轴向两侧的肋板和位于所述轮子上方的连接板；

所述轮子与两个所述肋板转动连接；

所述连接板的两端分别与两个所述肋板连接。

进一步的，所述电动单轮转向机构还包括设置在所述定向轮组件上方的固定板；

所述电动机、所述同步带轮组和所述锥齿轮组均设置在所述固定板上。

进一步的，所述电动单轮转向机构还包括圆锥滚子轴承和轴套；

所述轴套套设在所述转向轴上，且所述轴套穿设在所述固定板上；

所述圆锥滚子轴承设置在所述轴套内，且套设在所述转向轴上。

进一步的，所述电动单轮转向机构还包括控制部和用于探测磁场的磁导航模块；

所述控制部和所述电动机电连接；

所述磁导航模块设置在所述定向轮组件的前方，所述磁导航模块与所述控制部电连接。

由上述技术方案可知，本发明至少具有如下优点和积极效果：

本发明中，电动单轮转向机构通过所述同步带轮组输出所述电动机的转矩，再通过所述锥齿轮组向所述转向轴传递扭矩，所述转向轴用于驱动定向轮组件转动。相对于现有技术中使用连杆传动，可输出更精准的转向角度。所述同步带轮组的输出端与所述锥齿轮组的输入端驱动连接，使得该电动单轮转向机构能传输更大的力矩。并且，可通过调整所述同步带轮组和所述锥齿轮组的传动比，精准地控制转向角度。并且，通过调整传动比可使所述转向轴输出较大的转矩，使得该转向机构具有较广的使用范围。

附图说明

图1是本发明一实施例中电动单轮转向机构的结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是本发明一实施例中电动单轮转向机构的主视图。

图4是本发明一实施例中电动单轮转向机构的仰视图。

图5是本发明一实施例中电动单轮转向机构的剖视图。

附图标记说明：

100、电动单轮转向机构；

1、电动机；2、同步带轮组；21、第一带轮；22、第二带轮；3、锥齿轮组；31、第一锥齿轮；32、第二锥齿轮；41、转向轴；42、固定板；43、轴套；44、圆锥滚子轴承；45、传动轴；5、定向轮组件；51、轮子；52、肋板；53、连接板；54、安装座；61、底板；62、安装板；63、腰形孔；64、张紧轮；65、磁导航模块；66、支架。

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。

请参阅图1，本发明提供了一种电动单轮转向机构100，所述电动单轮转向机构100包括电动机1和设置在所述电动机1的长度方向一侧的同步带轮组2、设置在所述电动机1下方的定向轮组件5、设置在所述电动机1的宽度方向一侧的锥齿轮组3和竖立设置的转向轴41。所述定向轮组件5受力偏转即可实现定向。所述电动机1为电动单轮转向机构100的动力源。所述电动机1为步进电机或伺服电机，以便于调整电动机1输出的速度和力矩。为便于描述，现以所述电动机1为参照，将所述电动机1的长度方向记为长度方向，将所述电动机1的宽度方向记为宽度方向，将所述电动机1的高度方向记为高度方向或竖直方向。所述同步带轮组2沿宽度方向设置，且所述同步带轮组2位于所述电动机1输出端的一侧。所述同步带轮组2的输入端与所述电动机1的输出端驱动连接，以输出所述电动机1的转矩。所述锥齿轮组3的输入端与所述同步带轮组2的输出端驱动连接，所述锥齿轮组3的输出端与所述转向轴41驱动连接，以驱动所述转向轴41转动。所述转向轴41用于与定向轮组件5连接，以驱动定向轮组件5转动。相对于现有技术中使用连杆传动，可输出更精准的转向角度。所述同步带轮组2的输出端与所述锥齿轮组3的输入端驱动连接，使得该电动单轮转向机构100能传输更大的力矩。并且，可通过调整所述同步带轮组2和所述锥齿轮组3的传动比，精准地控制转向角度。并且，通过调整传动比可使所述转向轴41输出较大的转矩，使得该转向机构具有较广的使用范围。

具体地，请参阅图1至图3，作为本实施例的一种具体实现方式，所述同步带轮组2包括与所述电动机1的输出端驱动连接的第一带轮21、设置在所述第一带轮21的径向一侧的第二带轮22和套设在所述第一带轮21和所述第二带轮22上的同步带(图未示)。所述第一带轮21为所述同步带轮组2的输入端，所述第二带轮22为所述同步带轮组2的输出端。所述第一带轮21的直径小于所述第二带轮22的直径，即所述同步带轮组2可起减速作用，可精确调整所述电动机1的输出速度。

所述同步带、所述第一带轮21以及所述第二带轮22上均设有齿，且所述同步带上的齿与所述第一带轮21上的齿以及所述第二带轮22上的齿啮合。所述第一带轮21安装在所述电动机1的输出轴上，随所述电动机1的输出轴转动。所述第一带轮21转动的同时带动所述同步带转动，所述同步带转动带动所述第二带轮22转动，可实现通过所述同步带轮组2输出所述电动机1输出的扭矩。同步带轮组2传动时，传动比准确，无滑动，可提高转向精度。并且，同步带轮组2具有缓冲、减震能力，使得该电动单轮转向机构100可稳定运行。

具体地，请参阅图1至图4，作为本实施例的一种具体实现方式，所述电动单轮转向机构100还包括张紧轮64、底板61和安装板62。所述张紧轮64设置在所述第一带轮21和所述第二带轮22之间。所述底板61位于所述张紧轮64轴向的一侧，所述底板61与所述张紧轮64连接，具体地，所述张紧轮64通过转轴可转动地安装在所述底板61朝向所述电动机1的一侧。所述底板61背离所述张紧轮64的一侧凸设有限位销，所述限位销大致呈圆柱形。

所述安装板62设置在所述底板61背离所述张紧轮64的一侧。所述安装板62朝向所述底板61的侧面开设有腰形孔63，所述腰形孔63沿竖直方向设置。所述限位销上下可动地穿设在所述腰形孔63内，即所述限位销与所述腰形孔63过盈配合从而卡设在所述腰形孔63内，通过调整所述限位销在所述腰形孔63内的位置，从而实现调整所述底板62的高度，进而调整所述张紧轮64的高度。设置所述张紧轮64可使得所述同步带张紧，可防止同步带轮组2因所述同步带松弛导致传动比发生变化。并且，所述张紧轮64具有不同的安装高度，通过调整所述张紧轮64的位置，可使所述同步带在所述张紧轮64的作用下一直处于张紧状态。

具体地，请参阅图1至图4，作为本实施例的一种具体实现方式，述锥齿轮组3包括与所述第二带轮22驱动连接的第一锥齿轮31和与所述第一锥齿轮31啮合的第二锥齿轮32。所述第一锥齿轮31为所述锥齿轮组3的输入端，所述第一锥齿轮31与所述第二带轮22平行设置。所述第二锥齿轮32为所述锥齿轮组3的输入端，所述第二锥齿轮32的轴线竖直设置。所述第二锥齿轮32与所述转向轴41驱动连接，以通过所述转向轴41的转向改变所述定向轮组件5的旋转角度。所述第二锥齿轮32的齿数多于所述第一锥齿轮31的齿数，即所述锥齿轮组3可起减速作用，所述同步带轮组2的一次减速配合所述锥齿轮组3的二次减速，可精准的调整所述的转向角度，使得所述电动单轮转向机构100具有较高的转向精准度。

所述第一锥齿轮31和所述第二锥齿轮32均为斜齿锥齿轮，斜齿锥齿轮啮合性能好、传动平稳，可使该电动单轮转向机构100具有运行平稳的优点。

具体地，请参阅图1至图3，作为本实施例的一种具体实现方式，所述电动单轮转向机构100还包括传动轴45，所述传动轴45大致呈圆柱状。所述传动轴45的轴线与所述第二锥齿轮32的轴线垂直，所述第二带轮22和所述第一锥齿轮31均穿设在所述传动轴45上，以实现所述第二带轮22和所述第一锥齿轮31的同步转动。

具体地，请参阅图1和图3，作为本实施例的一种具体实现方式，所述电动机1水平设置，即所述电动机1平躺设置，可使所述电动机1与所述同步带轮组2之间紧密布置，可使所述电动单轮转向机构100结构更加紧凑。所述电动机1的输出轴朝向所述同步带轮组2设置，可便于所述同步带轮组2与所述电动机1连接输出所述电动机1的转矩。

具体地，请参阅图1和图2，作为本实施例的一种具体实现方式，所述定向轮组件5包括竖立设置的轮子51、设置在所述轮子51轴向两侧的肋板52和设置在所述轮子51上方的连接板53。所述轮子51使用转轴与两所述肋板52连接，使得所述轮子51可转动。所述连接板53的两端分别与两个所述肋板52的顶端连接。

所述转向轴41的底部还设有安装座54。所述安装座54大致呈板状，所述安装座54位于所述转向轴41和所述连接板53之间，所述安装座54与所述转向轴41的底端焊接连接。所述安装座54与所述连接板53通过螺栓连接，以实现所述安装座54与所述定向轮组件5的连接。当所述转向轴41转动时，所述转向轴41带动所述安装座54和所述定向轮组件5转动，以实现所述转向轴41与所述定向轮组件5的驱动连接。由于所述安装座54与所述定向轮组件5的连接板53通过螺栓连接，因此所述定向轮组件5具有便于安装和拆卸的优点。

具体地，请参阅图2，作为本实施例的一种具体实现方式，所述电动单轮转向机构100还包括设置在所述定向轮组件5上方的固定板42。所述固定板42大致呈板状，所述固定板42为基础安装平台，所述电动机1、所述同步带轮组2和所述锥齿轮组3均设置在所述固定板42上。

具体地，请参阅图1和图5，作为本实施例的一种具体实现方式，所述电动单轮转向机构100还包括圆锥滚子轴承44和轴套43。所述轴套43大致呈圆筒状，所述轴套43套设在所述转向轴41上，且所述轴套43穿设在所述固定板42上，所述轴套43与所述固定板42固定连接，以保护其内部的转向轴41。所述圆锥滚子轴承44设置在所述轴套43内，且套设在所述转向轴41上，所述圆锥滚子轴承44抗压能力更高，使得该电动单轮转向机构100可适用于重型自动导航行驶设备中。

具体地，请参阅图2至图4，作为本实施例的一种具体实现方式，所述电动单轮转向机构100还包括控制部(图未示)和用于探测磁场的磁导航模块65。所述控制部和所述电动机1电连接，以控制所述电动机1输出的转速。在本实施例中，所述控制部为可编程逻辑控制器，但是所述控制部并不局限于可编程逻辑控制器。

所述磁导航模块65设置在所述定向轮组件5的前方，具体地，所述电动单轮转向机构100还包括用于安装所述磁导航模块65的支架66，所述支架66的顶端与所述连接板53连接。所述支架66的中部呈竖直状态，且位于所述轮子51的前方。所述支架66的底端水平弯折以用于安装所述磁导航模块65。所述磁导航模块65与所述控制部电连接，所述磁导航模块65通过内置的磁导航传感器(图未示)探测使用环境中的预埋磁场，并将探测到的磁场信号反馈给所述控制部，所述控制部根据接收到的信号实时调整所述电动机1的输出，以控制所述定向轮组件5的转动角度，以实现自动导航。

综上所述，本发明提供了一种电动单轮转向机构100，该电动单轮转向机构100通过所述同步带轮组2输出所述电动机1的转矩，再通过所述锥齿轮组3向所述转向轴41传递扭矩，所述转向轴41用于驱动定向轮组件5转动。相对于现有技术中使用连杆传动，可输出更精准的转向角度。所述同步带轮组2的输出端与所述锥齿轮组3的输入端驱动连接，使得该电动单轮转向机构100能传输更大的力矩。并且，可通过调整所述同步带轮组2和所述锥齿轮组3的传动比，精准地控制转向角度。并且，通过调整传动比可使所述转向轴41输出较大的转矩，使得该转向机构具有较广的使用范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

当然，本发明上述实施例的描述较为细致，但不能因此而理解为对本发明的保护范围的限制，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围，本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种电动单轮转向机构，其特征在于，包括：

定向轮组件；

电动机，设置在所述定向轮组件的上方；

同步带轮组，所述同步带轮组的输入端与所述电动机的输出端驱动连接；

锥齿轮组，设置在所述电动机的周侧；所述锥齿轮组的输入端与所述同步带轮组的输出端驱动连接；

转向轴，竖立设置；所述转向轴的轴向的一端穿设在所述锥齿轮组的输出端所对应的齿轮上，所述转向轴的轴向的另一端用于与所述定向轮组件驱动连接。

2.根据权利要求1所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述同步带轮组包括与所述电动机的输出端驱动连接的第一带轮、设置在所述第一带轮的径向一侧的第二带轮和套设在所述第一带轮和所述第二带轮上的同步带。

3.根据权利要求2所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述电动单轮转向机构还包括张紧轮、底板、安装板和限位销；

所述张紧轮设置在所述第一带轮和所述第二带轮之间；

所述底板位于所述张紧轮轴向的一侧，所述底板与所述张紧轮连接；

所述安装板设置在所述底板背离所述张紧轮的一侧；所述安装板朝向所述底板的侧面开设有腰形孔，所述腰形孔沿竖直方向设置；

所述限位销上下可动地穿设在所述腰形孔内，所述限位销朝向所述底板的一端与所述底板连接。

4.根据权利要求2所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述锥齿轮组包括与所述第二带轮驱动连接的第一锥齿轮和与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮；所述第二锥齿轮的轴线竖直设置。

5.根据权利要求4所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述电动单轮转向机构还包括传动轴；所述传动轴的轴线与所述第二锥齿轮的轴线垂直，所述第二带轮和所述第一锥齿轮均穿设在所述传动轴上。

6.根据权利要求1所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述电动机水平设置，所述电动机的输出轴朝向所述同步带轮组设置。

7.根据权利要求1所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述定向轮组件包括竖立设置的轮子、设置在所述轮子轴向两侧的肋板和位于所述轮子上方的连接板；

所述轮子与两个所述肋板转动连接；

所述连接板的两端分别与两个所述肋板连接。

8.根据权利要求7所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述电动单轮转向机构还包括设置在所述定向轮组件上方的固定板；

所述电动机、所述同步带轮组和所述锥齿轮组均设置在所述固定板上。

9.根据权利要求8所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述电动单轮转向机构还包括圆锥滚子轴承和轴套；

所述轴套套设在所述转向轴上，且所述轴套穿设在所述固定板上；

所述圆锥滚子轴承设置在所述轴套内，且套设在所述转向轴上。

10.根据权利要求1所述的电动单轮转向机构，其特征在于，所述电动单轮转向机构还包括控制部和用于探测磁场的磁导航模块；

所述控制部和所述电动机电连接；

所述磁导航模块设置在所述定向轮组件的前方，所述磁导航模块与所述控制部电连接。

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