CN209274692U - 用于三轴驱动的转向波箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于三轴驱动的转向波箱，包括转向波箱外壳以及设置于转向波箱外壳内的多个转向轴和转向齿轮；转向轴包括第一转向转轴、第二转向转轴、第三转向转轴、第四转向转轴、第五转向转轴、第六转向转轴、第七转向转轴、第八转向转轴；转向齿轮包括第一转向齿轮、第二转向齿轮、第三转向齿轮、第四转向齿轮、第五转向齿轮、第六转向齿轮、第七转向齿轮、第八转向齿轮、第九转向齿轮、第十转向齿轮、第十一转向齿轮、第十二转向齿轮。通过设置多个转向轴和转向齿轮，采用转向分散驱动，适用于三轴驱动场合，实现对移动平台轮组的全向转向控制，降低轮组体积和重量，提升轮组转向时的线性度，造价低、控制简便、控制精准。

Description

用于三轴驱动的转向波箱

技术领域

本实用新型属于转向结构技术领域，具体涉及一种用于三轴驱动的转向波箱。

背景技术

轮式行走机构在行驶过程中因具备摩擦和阻力小、运动噪声低、转向性能好以及灵活机动特性好而被广泛应用于各类复杂场合，例如应用于狭窄空间的全轮驱动的汽车、应用于特种地形的军事特种机器人、以及应用于高危复杂地面环境的移动式机器人等。

尤其是全轮驱动的平台，因具备多轮驱动和转向功能，从而可获得更灵活的机动特性。移动平台上各个独立驱动和转向的轮组机构遇到障碍物或不利地形时，由于每个驱动轮均具备动力驱动和转向驱动功能，因此可以使得尽可能多的轮组处于与地面有摩擦力状态，各个轮组拥有单独动力驱动，从而以更大概率下实现动力驱动，适合更加复杂的地面环境。

由于需要对每个轮组单独动力驱动和转向驱动，轮组上动力驱动电机和转向电机的重量和尺寸等参数将直接决定全轮移动平台的运动特性。

目前实现多轮移动平台动力和转向驱动方案中，多采用对移动平台上各个轮组进行独立驱动和控制的方案；且一般将动力驱动电机单独分别安装在轮组一侧或上端实现动力行进驱动，或将转向驱动电机安装在轮组一侧或上端实现转向驱动。

针对对多轮平台进行动力驱动的案例中，主要如下：例如申请号为201610368798.4公布的全向移动平台及其动力万向轮方案，申请号为201611060832.8的专利公布的“一种全向移动平台”，申请号为201711141193.2的专利公布的一种机电一体式新型全向结构轮装置，以及申请号为201810317614.0公布的“一种新型的火星车”等方案。

全轮动力驱动方案中，常规采用每个轮组单独直连驱动，或左右轮组、前后轮组共用驱动电机的方案时，所需的动力驱动电机数量为1/N～N(N＝所需驱动的轮组数量)，由于动力驱动电机及减速机尺寸较大，这样会导致轮组体积庞大、能耗严重，且成本高、控制困难等问题，导致驱动轮机动灵活特性下降；且由于每个驱动电机响应速度、制造尺寸误差等因素存在，导致输出轴速度和力矩等存在差异化，进而导致各个轮组动力无法均衡、运动不同步，轻则导致平台移动精度差、重则导致轮组机械磨损严重、加重驱动机构或轮组机构载荷负担，还可能存在平台颠覆风险。

针对对多轮平台进行转向驱动控制的案例中，典型的有申请号为201310019276.X的专利公布了“一种全向转向可升降的农用遥控移动机器人平台”，申请号为201610368798.4公布的“全向移动平台及其动力万向轮”技术方案，申请号为201710803975.1的专利公布的“多轮式移动平台”，申请号为201810317614.0公布的“一种新型的火星车”等方案。

全轮转向驱动方案中，若要实现对全轮独立转向控制，同样需要的转向子机构数量为1/N～N(N＝所需驱动的轮组数量)，由于动力驱动组件和转向组件间存在耦合，这样对转向驱动机构布局非常不利，同样会存在增加驱动轮组体积和成本等问题，由于每个轮组上转向电机的响应速度等参数存在差异，从而导致动力输出不一致、不均衡和不同步，从而导致移动平台转向线性度差，进而引发其他重大问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能实现对移动平台轮组的全向转向控制，降低轮组体积和重量，提升轮组转向时的线性度，造价低，控制精准的用于三轴驱动的转向波箱。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：用于三轴驱动的转向波箱，包括转向波箱外壳以及设置于转向波箱外壳内的多个转向轴和转向齿轮；

转向轴包括第一转向转轴、第二转向转轴、第三转向转轴、第四转向转轴、第五转向转轴、第六转向转轴、第七转向转轴、第八转向转轴；

转向齿轮包括第一转向齿轮、第二转向齿轮、第三转向齿轮、第四转向齿轮、第五转向齿轮、第六转向齿轮、第七转向齿轮、第八转向齿轮、第九转向齿轮、第十转向齿轮、第十一转向齿轮、第十二转向齿轮。

具体的，所述第三转向齿轮、第五转向齿轮、第六转向齿轮、第七转向齿轮、第八转向齿轮、第九转向齿轮、第十转向齿轮、第三转向转轴、第六转向转轴分别设有两套。

具体的，所述第一转向转轴的输入端连接转向驱动源一的输出轴，所述第一转向转轴的输出端连接第一转向齿轮，第一转向齿轮与两套第三转向齿轮啮合连接，每套第三转向齿轮通过一套第三转向转轴与一套第五转向齿轮连接。

具体的，所述第二转向转轴的输入端连接转向驱动源二的输出端，所述第二转向转轴的输出端连接第二转向齿轮，第二转向齿轮与第四转向齿轮啮合连接，第四转向齿轮设置在第四转向转轴上，第四转向转轴的两端分别设置有一套第六转向齿轮，第六转向齿轮与一套第七转向齿轮的一侧啮合连接，第七转向齿轮的另一侧与第九转向齿轮的内侧啮合连接，第九转向齿轮的外侧与第十转向齿轮啮合连接，第九转向齿轮设置于第五转向转轴上，第十转向齿轮设置于第六转向转轴前端，第七转向转轴穿过第四转向转轴、第四转向齿轮、第八转向齿轮与第九转向齿轮连接，第七转向转轴上设置有第十一转向齿轮，第十一转向齿轮与第十二转向齿轮啮合连接，第十二转向齿轮设置在第八转向转轴上。

具体的，所述每套第七转向齿轮设置于一套第八转向齿轮内环壁面上，每套第八转向齿轮的外侧与一套第五转向齿轮啮合。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的转向波箱通过设置多个转向轴和转向齿轮，采用转向分散驱动，适用于三轴驱动场合，实现对移动平台轮组的全向转向控制，降低轮组体积和重量，提升轮组转向时的线性度，同时还具备造价低、控制简便、控制精准等优点，有利于实现移动平台的多轮移动和转向组件的微型化、高性能化和低成本化，提高多轮移动平台系统的自动化和智能化水平。

附图说明

图1是本实用新型转向波箱的整体主视结构示意图。

图2是本实用新型转向波箱去掉转向波箱外壳后的立体结构示意图。

图3是本实用新型转向波箱去掉转向波箱外壳后的右视结构示意图。

图4是本实用新型转向波箱去掉转向波箱外壳后的俯视结构示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-4所示，用于三轴驱动的转向波箱，包括转向波箱外壳1以及设置于转向波箱外壳1内的多个转向轴和转向齿轮；转向轴包括第一转向转轴2、第二转向转轴3、第三转向转轴14、第四转向转轴15、第五转向转轴16、第六转向转轴17、第七转向转轴19、第八转向转轴21；转向齿轮包括第一转向齿轮4、第二转向齿轮5、第三转向齿轮6、第四转向齿轮7、第五转向齿轮8、第六转向齿轮9、第七转向齿轮10、第八转向齿轮11、第九转向齿轮12、第十转向齿轮13、第十一转向齿轮18、第十二转向齿轮20。

第三转向齿轮6、第五转向齿轮8、第六转向齿轮9、第七转向齿轮10、第八转向齿轮11、第九转向齿轮12、第十转向齿轮13、第三转向转轴14、第六转向转轴17分别设有两套。

第一转向转轴2的输入端连接转向驱动源一22的输出轴，第一转向转轴2的输出端连接第一转向齿轮4。

第二转向转轴3的输入端连接转向驱动源二23的输出端，第二转向转轴3的输出端连接第二转向齿轮5。

第一转向齿轮4为锥形齿轮，与两套第三转向齿轮6啮合连接。

第二转向齿轮5为锥形齿轮，与第四转向齿轮7啮合连接。

第三转向齿轮6数量为两套，为锥形齿轮，左右对称放置，中间啮合有第一转向齿轮4，第三转向齿轮6还连接有第三转向转轴14。

第四转向齿轮7为锥形齿轮，固定在第四转向转轴15上，与第二转向齿轮5啮合。

第五转向齿轮8数量为两套，左右对称放置，为直齿轮，固定在第三转向转轴14两端，分别与第八转向齿轮11啮合。

第六转向齿轮9为锥形齿轮，数量为两套，分别固定在第四转向转轴15两端，且与第七转向齿轮10啮合。

第七转向齿轮10数量为两套，两套对称分布，每套为数量多个的锥形齿轮，均匀分布在第八转向齿轮11内环壁面上，第七转向齿轮10形成的圆周阵列一侧与第六转向齿轮9啮合，另外一侧则与第九转向齿轮12啮合。

第八转向齿轮11为直齿轮，内部中空，数量为两套，左右对称放置，通过第七转向齿轮10连接实现与第六转向齿轮9、第九转向齿轮12的接触啮合。第八转向齿轮11的外部还与第五转向齿轮8啮合。

第九转向齿轮12为两面均具有锥形齿的齿轮，数量为两套，固定在第五转向转轴16上，第九转向齿轮12的内侧与第七转向齿轮10啮合，外侧则与第十转向齿轮13啮合。

第十转向齿轮13数量为两套，为锥形齿轮，固定在第六转向转轴17前端，第十转向齿轮13与第九转向齿轮12啮合转动。

第三转向转轴14数量为两套，左右对称放置，前端连接第三转向齿轮6，后端连接第五转向齿轮8。

第四转向转轴15为转轴结构，内部中空，套接第七转向转轴19，两端连接第六转向齿轮9，中间套接第四转向齿轮7。

第五转向转轴16连接并固定第九转向齿轮12。

第六转向转轴17数量为两套，分别连接第十转向齿轮13，实现动力输出。

第十一转向齿轮18为锥齿轮，套接在第七转向转轴19上。

第七转向转轴19为转轴结构，内径比第四转向转轴15细，穿过第四转向转轴15、第四转向齿轮7、第八转向齿轮11，与第九转向齿轮12连接，实现与第九转向齿轮12的同步转动。

第十二转向齿轮20结构与第十转向齿轮13一致，固定在第八转向转轴21上，并与第十一转向齿轮18啮合转动。

第八转向转轴21结构与第六转向转轴17结构一致，一端设置有第十二转向齿轮20。

上述中，第一转向转轴2、第二转向转轴3、第三转向转轴14、第四转向转轴15、第五转向转轴16、第六转向转轴17、第七转向转轴19和第八转向转轴21通过轴承、支架等常规手段固定在转向波箱外壳1内部，实现相对转动。

转向波箱对轮组的转向驱动原理如下：

外部的转向驱动源一22和转向驱动源二23分别将两根动力轴传递至第一转向转轴2、第二转向转轴3上，其中第一转向转轴2带动第一转向齿轮4中的两轮齿反向转动，从而带动第三转向转轴14转动，进而带动第五转向齿轮8转动，通过齿轮的啮合作用，从而带动第八转向齿轮11转动，第七转向齿轮10转动，带动第九转向齿轮12转动，实现对第十转向齿轮13的转动带动作用，由于第七转向转轴19还与第十转向齿轮13连接，故第十一转向齿轮18与第九转向齿轮12实现同步转动，进而带动第六转向转轴17和第八转向转轴21同步动力输出功能。

其中在上述过程中，还可通过驱动第二转向转轴3转动，带动第四转向齿轮7转动，从而带动第四转向转轴15转动，实现带动第六转向齿轮9转动，通过与第七转向齿轮10、第八转向齿轮11啮合作用，实现对第八转向齿轮11的叠加或消减作用，从而间接带动第九转向齿轮12、第十转向齿轮13以及第六转向转轴17的转动。

转向波箱具体实现对角线上轮组同时正向转向或反向转向原理如下：

外部的转向驱动源一22和转向驱动源二23分别将两根动力轴传递至第一转向转轴2、第二转向转轴3上，其中第一转向转轴2带动第一转向齿轮4中的两轮齿反向转动，从而带动第三转向转轴14转动，进而带动第五转向齿轮8转动，通过齿轮的啮合作用，从而带动第八转向齿轮11转动，第七转向齿轮10转动，带动第九转向齿轮12转动，实现对第十转向齿轮13的转动带动作用，从而驱动两根第六转向转轴17同向转动；同时第七转向转轴19与第十转向齿轮13连接，故第十一转向齿轮18与第九转向齿轮12实现同步转动，进而带动第六转向转轴17和第八转向转轴21同步动力输出功能，驱动对角线上轮组同步转向。

通过驱动第二转向转轴3转动，从而通过带动第四转向齿轮7转动，从而带动第四转向转轴15转动，实现带动第六转向齿轮9转动，通过与第七转向齿轮10、第八转向齿轮11啮合作用，实现对第八转向齿轮11的叠加或消减作用，从而间接带动、第九转向齿轮12、第十转向齿轮13以及第六转向转轴17的转动，从而改变另外一侧对角线上的轮组同步转向。

通过改变转向驱动源一22和转向驱动源二23的转速和转动方向，从而改变第六转向转轴17、第八转向转轴21的动力输出转速和方向，从而实现对角线上轮组转向角度和转向速度等参数的调整。

本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，包括转向波箱外壳以及设置于转向波箱外壳内的多个转向轴和转向齿轮；

转向轴包括第一转向转轴、第二转向转轴、第三转向转轴、第四转向转轴、第五转向转轴、第六转向转轴、第七转向转轴、第八转向转轴；

转向齿轮包括第一转向齿轮、第二转向齿轮、第三转向齿轮、第四转向齿轮、第五转向齿轮、第六转向齿轮、第七转向齿轮、第八转向齿轮、第九转向齿轮、第十转向齿轮、第十一转向齿轮、第十二转向齿轮。

2.如权利要求1所述的用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，所述第三转向齿轮、第五转向齿轮、第六转向齿轮、第七转向齿轮、第八转向齿轮、第九转向齿轮、第十转向齿轮、第三转向转轴、第六转向转轴分别设有两套。

3.如权利要求1或2所述的用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，所述第一转向转轴的输出端连接第一转向齿轮，第一转向齿轮与两套第三转向齿轮啮合连接，每套第三转向齿轮通过一套第三转向转轴与一套第五转向齿轮连接。

4.如权利要求3所述的用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，所述第一转向转轴的输入端连接转向驱动源一的输出轴。

5.如权利要求1或2所述的用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，所述第二转向转轴的输出端连接第二转向齿轮，第二转向齿轮与第四转向齿轮啮合连接，第四转向齿轮设置在第四转向转轴上，第四转向转轴的两端分别设置有一套第六转向齿轮，第六转向齿轮与一套第七转向齿轮的一侧啮合连接，第七转向齿轮的另一侧与第九转向齿轮的内侧啮合连接，第九转向齿轮的外侧与第十转向齿轮啮合连接，第九转向齿轮设置于第五转向转轴上，第十转向齿轮设置于第六转向转轴前端，第七转向转轴穿过第四转向转轴、第四转向齿轮、第八转向齿轮与第九转向齿轮连接，第七转向转轴上设置有第十一转向齿轮，第十一转向齿轮与第十二转向齿轮啮合连接，第十二转向齿轮设置在第八转向转轴上。

6.如权利要求5所述的用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，所述每套第七转向齿轮设置于一套第八转向齿轮内环壁面上，每套第八转向齿轮的外侧与一套第五转向齿轮啮合。

7.如权利要求1或2所述的用于三轴驱动的转向波箱，其特征在于，所述第二转向转轴的输入端连接转向驱动源二的输出端。