CN214305226U - 一种可调减速比的自动行走设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可调减速比的自动行走设备及其驱动方法，其在自动行走设备的电机和行走轮之间设置有离合器和变档减速箱。本实用新型能够通过变档减速箱按照不同减速比传递电机所输出的扭矩，使得自动行走设备能够获得更好的驱动效果。离合器的设置能够控制电机扭矩的传输，在自动行走设备转弯时，通过脱离电机转动而在内外侧行走轮之间产生更大转速差，使得自动行走设备转向更为便利。

Description

一种可调减速比的自动行走设备

技术领域

本实用新型涉及花园工具领域，具体而言涉及一种可调减速比的自动行走设备。

背景技术

割草机器人等自动行走设备一般采用电机带动驱动轮运动实现自动行走。由于电机转速较高，一般需要在电机和驱动轮之间设置减速箱进行减速。

现有的用于自动行走设备的减速箱，其减速比固定，电机转速与驱动轮转速之比固定。在面临一些特殊路况时，固定的减速比不易满足驱动需求。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种可调减速比的自动行走设备，本实用新型利用具有变档功能的减速箱，实现对减速比的调节，使得自动行走设备能够适应更为复杂的驱动环境。本实用新型具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种可调减速比的自动行走设备，其包括：离合器，用于切断或传递驱动元件向行走轮输出的扭矩；变档减速箱，其连接所述离合器，用于按照设定的减速比传递驱动元件所输出的扭矩。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述变档减速箱具有若干档位，各档位下的减速比调节范围在81:1至213:1之间。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述离合器连接所述变档减速箱和/或行走轮。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述离合器直接设置在行走轮的驱动轴上，或所述离合器通过传动结构与行走轮的驱动轴连接。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述行走轮分别独立连接有对应的驱动元件，每一个行走轮与其所对应连接的驱动元件之间分别独立设置所述离合器和/或变档减速箱。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述驱动轴的两端分别连接两个行走轮；所述离合器分别设置在所述驱动轴的两端，分别用于独立切断或传递驱动元件向各行走轮所输出的扭矩。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述变档减速箱包括：第一变档组件，其设置在变档减速箱的输入端，用于接收并传递驱动元件所输出的扭矩；第二变档组件，其上分别设置有匹配不同减速比的档位啮合件，所述档位啮合件从动于所述第一变档组件；变档部件，其能够在第二变档组件上移动，与对应的档位啮合件连接，设置所述第二变档组件按照该档位啮合件所匹配的减速比传递驱动元件所输出的扭矩。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述第二变档组件包括：第二变档轴，其连接有扭矩输出装置，用于输出扭矩；档位啮合件，其设置在所述第二变档轴上，用于在连接至所述变档部件时通过变档部件传动，设置所述第二变档轴随同该档位啮合件同步转动。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述档位啮合件包括：第一变档从动齿轮，其滑动连接在第二变档轴的一端，与所述第一变档组件之间具有第一减速比，所述第一变档从动齿轮的侧端设置有第一档位连接结构，用于与变档部件插接固定；第二变档从动齿轮，其滑动连接在第二变档轴的另一端，与所述第一变档组件之间具有第二减速比，所述第二变档从动齿轮的侧端设置有第二档位连接结构，用于与变档部件插接固定。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述变档部件啮合连接在所述第二变档轴上，且设置在第一变档从动齿轮和第二变档从动齿轮之间；所述变档部件沿所述第二变档轴移动至第一位置时能够与第一变档从动齿轮一侧的第一档位连接结构抵接，设置所述第二变档轴随同第一变档从动齿轮同步转动；所述变档部件沿所述第二变档轴移动至第二位置时能够与第二变档从动齿轮另一侧的第二档位连接结构抵接，设置所述第二变档轴随同第二变档从动齿轮同步转动。

可选的，如上任一所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述变档部件包括：变档滑块，其内部与第二变档轴的中部啮合；移动部件，其与所述变档滑块连接，用于驱动所述变档滑块沿所述第二变档轴在档位啮合件之间移动。

可选的，如上任一所述的所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述变档滑块包括：花键孔，其设置在所述变档滑块的内部，用于与设置在第二变档轴表面的安装花键啮合，带动所述第二变档轴随同变档滑块同步转动；连接柱，其分别凸出设置在所述变档滑块的两侧端面，用于与档位啮合件插接固定。

可选的，如上任一所述的所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述连接柱的直径不超过所述第一档位连接结构或第二档位连接结构的宽度；所述第一档位连接结构为沿第一变档从动齿轮周向开设在其侧壁表面的弧形凹槽；所述第二档位连接结构为沿第二变档从动齿轮周向开设在其侧壁表面的弧形凹槽；所述连接柱插入所述弧形凹槽内部后，转动抵接在所述弧形凹槽的侧壁，限制所述第二变档轴随同所述第一变档从动齿轮或第二变档从动齿轮同步转动。

可选的，如上任一所述的所述的可调减速比的自动行走设备，其中，所述变档滑块和移动部件之间还连接有拨叉，所述拨叉其一端设置有定位叉开口，用于卡接固定在所述变档滑块的外周；所述拨叉其另一端设置有安装孔，用于与所述移动部件固定连接。

有益效果

本实用新型在自动行走设备的电机和行走轮之间设置有离合器和变档减速箱。本实用新型能够通过变档减速箱按照不同减速比传递电机所输出的扭矩，使得自动行走设备能够获得更好的驱动效果。尤其针对我司产品所使用的3240-5940r/min的电机转速范围，本实用新型可以通过两个档位啮合件，实现两个减速比档位的切换，控制自动行走设备行走轮的转速在28-40r/min之间，以满足行走作业的驱动需求。

本实用新型能够通过离合器控制电机扭矩的传输，在自动行走设备转弯时，通过离合器切断电机对单侧行走轮的传动，使得脱离电机转动的行走轮停止转动，而另一侧行走轮继续转动。由此，本实用新型在自动行走设备转弯时，能够在内外两侧行走轮之间产生更大转速差，使得自动行走设备转向更为便利。当自动行走设备转向到位后，脱离的离合器可以重新设置其复位，使得两侧行走轮再同时转动，驱动自动行走设备前进。

优选的，本实用新型可以设置离合器位于减速箱输出端与行走轮之间。本实用新型可以为每个行走轮独立配置与之匹配的电机、离合器和减速箱，也可以根据需要将两个行走轮之间通过转轴连接，为转轴所连接的各行走轮统一配置单个电机进行驱动。本实用新型的驱动方式多样，能够适应不同作业需求。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型实施方式一的可调减速比的装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施方式二的可调减速比的装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施方式三的可调减速比的装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施方式四的可调减速比的装置的结构示意图；

图5是本实用新型所采用的变档减速箱的设置方式示意图；

图6是图5所示变档减速箱设置方式的立体视图；

图7是图5所示变档减速箱放大图；

图8是本实用新型所采用的变档部件的结构示意图；

图9是图8所示变档部件的放大图；

图10是图8所示变档部件的爆炸图；

图11是本实用新型所采用的变档部件中变档滑块的结构示意图；

图12是本实用新型所采用的变档部件中第一变档从动齿轮的结构示意图；

图13是本实用新型所采用的变档部件中拨叉结构的示意图。

图中，1是机身；2、2a、2b、2c、2d均是电机；3、3a、3b、3c、3d均是离合器；4a、4b、4c、4d均是变档减速箱；5是行走轮；6是驱动轴；7是中间驱动轴；401是一级减速齿轮；410是第一变档组件；420是第二变档组件；430是档位控制组件；411是第一变档轴；412是二级减速从动齿轮；413是第一变档主动齿轮；414是第二变档主动齿轮；415是二级减速从动齿轮安装部；421是第二变档轴；422是输出主动齿轮；423是第一变档从动齿轮；424是第二变档从动齿轮；425是变档滑块；426是安装花键；427是变档从动齿轮安装部；431是移动部件；432是拨叉；4231是变档从动齿轮I安装孔；4232是连接槽；4251是定位槽；4252是花键孔；4253是连接柱；4321是定位叉；4322是安装孔；601是输出从动齿轮。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本实用新型中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本实用新型中所述的“内、外”的含义指的是相对于自动行走设备本身而言，由自动行走设备外壳指向其内部可调减速比的装置的方向为内，反之为外；而非对本实用新型的装置机构的特定限定。

本实用新型中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本实用新型提供一种具有可调减速比功能的自动行走设备，其包括机身1和设置在机身1内的动力机构。动力机构包括驱动元件和通过驱动元件带动的行走轮5,本实用新型在所述的驱动元件与行走轮5之间还进一步的设置有离合器3和变档减速箱。本实用新型的自动行走设备，其驱动元件可以是电机2等动力输出元件，离合器3可以通过电磁离合器3等装置实现。

该动力机构的具体布置形式可以包括如下几种：

形式1：如图1所示，两个行走轮5设置在驱动轴6两端，电机2a输出端设置离合器3a，离合器3a输出端连接变档减速箱4a输入端，变档减速箱4a输出端通过传动结构连接驱动轴6。

形式2：如图2所示，两个行走轮5设置在驱动轴6两端，电机2b输出端连接变档减速箱4b输入端，变档减速箱4b输出端连接离合器3b，离合器3b输出端通过传动结构连接驱动轴6。

形式3：如图3所示，中间驱动轴7两端均连接离合器3c，两个离合器3c的输出端均连接行走轮5，电机2c输出端连接变档减速箱4c输入端，变档减速箱4c输出端通过传动结构连接中间驱动轴7。

形式4：如图4所示，每个行走轮5均设置独立的电机2d进行驱动，电机2d输出端连接变档减速箱4d输入端，变档减速箱4d输出端连接离合器3d，离合器3d输出端连接行走轮5。

形式1-3均为单个电机2驱动行走轮5的形式，其中形式1和形式2为常规离合器3设置方式，其优点在于结构简单，整个动力机构元件少，其中，优选为形式2。形式3中，离合器3设置在中间驱动轴76上，在实际使用过程中，两个离合器3同时脱离进行变档，单个离合器3脱离时，可以实现单个行走轮5驱动功能，便于进行自动行走设备转向等动作。

采用形式3结构的自动行走设备可以通过单个驱动电机实现自动行走设备的转向操作。其具体的转向方法是，在自动行走设备需要转向时，控制其一侧离合器3脱离，该侧行走轮5停止转动，此时另一侧行走轮5继续在驱动电机带动下转动，与脱离离合的行走轮之间产生转速差，从而实现转向。当自动行走设备转向到位后，脱离的离合器3可重新复位，使得两个行走轮5再同时转动驱动自动行走设备前进。这种方式下，为了防止离合器3脱离后该侧行走轮打滑，可以给行走轮5设置独立的刹车装置。由此，可通过在离合器3和行走轮5之间设置制动器的方式避免行走轮打滑影响转向。

本实用新型中，自动行走设备也可在驱动电机与行走轮之间设置制动器，制动器可以强制控制行走轮使其不转动。当自动行走设备在坡道等位置停止时，可以利用制动器锁死行走轮，防止自动行走设备在坡面打滑。

形式4为每个行走轮5通过独立的电机2进行驱动，每个行走轮5与其对应电机2之间的减速比可各自调节，由于其各个行走轮5可独立控制，控制更加灵活，可以应对更复杂的环境因素。

采用上述结构的自动行走设备，其在平坦区域运动时可采用高档位，保证电机2效率；在启动或上坡时可采用低档位，保证扭矩充足；当自动行走设备陷入路面坑洼凹陷处时，可以采用低档位、小减速比，减小电机2转速，提高扭矩，利于自动行走设备脱坑。同时，采用形式3和形式4的自动行走设备可以实现单个行走轮5独立运动，便于进行自动行走设备转向、调头等动作调节。

下面以形式1为例，具体说明变档减速箱的具体结构。

变档减速箱包括箱体和设置在箱体内的多级减速齿轮和变档部件。为便于表示，本实施例中仅采用一级减速齿轮401进行说明，并在文字说明中省略箱体结构。

如图5-8所示，两个行走轮5可被设置在驱动轴6两端，电机2输出端连接离合器3，离合器3输出端啮合于一级减速齿轮401，一级减速齿轮401传动连接于变档减速箱4的输入端，变档减速箱4的输出端传动连接于驱动轴6上。其中变档减速箱4包括第一变档组件410、第二变档组件420和变档部件。一级减速齿轮401由两个同轴但不同齿数的齿轮构成，其与第一变档组件410啮合向其传递扭矩。

如图9和10所示，第一变档组件410包括第一变档轴411，第一变档轴411上设置有第一变档主动齿轮413和第二变档主动齿轮414，第一变档轴411上还安装有二级减速从动齿轮412。二级减速从动齿轮412与一级减速齿轮401中齿数较小的一端啮合。

所述第二变档组件420包括第二变档轴421，第二变档轴421上设置有安装花键426，安装花键426两端分别设置两个变档从动齿轮安装部427。两个变档从动齿轮安装部427上分别套接有第一变档从动齿轮423和第二变档从动齿轮424，第一变档从动齿轮423与第一变档主动齿轮413啮合，第二变档从动齿轮424与第二变档主动齿轮414啮合。

安装花键426上滑动连接有变档滑块425。如图11所示，变档滑块425外周设置有定位槽4251，变档滑块425中心对应安装花键426设置有花键孔4252，变档滑块425两侧面均匀分布有连接柱4253。

第一变档从动齿轮423和第二变档从动齿轮424上对应连接柱4253的位置还分别设置有弧形凹槽作为连接槽4232。图12以第一变档主动齿轮413为例展示连接槽4232结构。变档滑块425在安装花键426上滑动时，连接柱4253仅可插入第一变档从动齿轮423或第二变档从动齿轮424其中一个的连接槽4232中。

第二变档轴421上还设置有输出主动齿轮422。输出主动齿轮422与驱动轴6上的输出从动齿轮601啮合，作为扭矩输出装置，用于输出扭矩。

所述变档部件具体可通过档位控制组件43实现。其包括移动部件431和拨叉432。拨叉432结构如图13所示，其一端为定位叉开口4321，定位叉开口4321嵌入变档滑块425外周所设置的定位槽4251中；拨叉432的另一端设置有变档拨叉安装孔4322，用于连接移动部件431。所述移动部件431带动拨叉432移动，进而带动变档滑块425沿第二变档轴421轴向移动。

其中的移动部件431具体可通过气缸等伸缩元件实现。

在实际使用过程中，第一变档主动齿轮413和第一变档从动齿轮423啮合，第二变档主动齿轮414和第二变档从动齿轮424啮合，两组齿轮齿数比不同。变档滑块425在移动部件431带动下移动，变档滑块425上连接柱4253插入第一变档从动齿轮423或者插入第二变档从动齿轮424上对应的连接槽4232中，完成变档动作。不同的变档从动齿轮带动第二变档轴（421）旋转，能够相应设置调整整个变档减速箱的减速比。

综上，本实用新型通过在自动行走设备的电机和行走轮之间设置离合器和变档减速箱，通过变档减速箱按照不同减速比传递电机所输出的扭矩，使得自动行走设备在平坦区域运动时能够切换至高速档位，保证电机效率；在启动或上坡时可切换至低速档位，保证扭矩充足；在自动行走设备陷入路面坑洼凹陷处时，可通过切换至低速档位、采用大减速比的档位啮合件，减小电机所输出的转速，提高扭矩，利于自动行走设备脱坑。

本实用新型还可以进一步的通过设置离合器相应地开启或关闭，实现通过单个电机驱动自动行走设备不同侧的行走轮之间产生转速差，完成自动行走设备的转向动作。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (13)

1.一种可调减速比的自动行走设备，其特征在于，包括：

离合器（3），用于切断或传递驱动元件向行走轮（5）输出的扭矩；

变档减速箱（4），其连接所述离合器（3），用于按照设定的减速比传递驱动元件所输出的扭矩；

所述变档减速箱（4）具有若干档位，各档位下的减速比调节范围在81:1至213:1之间。

2.如权利要求1所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述离合器（3）连接所述变档减速箱（4）和/或行走轮（5）。

3.如权利要求2所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述离合器（3）直接设置在行走轮（5）的驱动轴（6）上，或所述离合器（3）通过传动结构与行走轮（5）的驱动轴（6）连接。

4.如权利要求2所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述行走轮（5）分别独立连接有对应的驱动元件，每一个行走轮（5）与其所对应连接的驱动元件之间分别独立设置所述离合器（3）和/或变档减速箱（4）。

5.如权利要求3所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述驱动轴（6）的两端分别连接两个行走轮（5）；

所述离合器（3）分别设置在所述驱动轴（6）的两端，分别用于独立切断或传递驱动元件向各行走轮（5）所输出的扭矩。

6.如权利要求1所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述变档减速箱（4）包括：

第一变档组件（410），其设置在变档减速箱（4）的输入端，用于接收并传递驱动元件所输出的扭矩；

第二变档组件（420），其上分别设置有匹配不同减速比的档位啮合件，所述档位啮合件从动于所述第一变档组件（410）；

变档部件，其能够在第二变档组件（420）上移动，与对应的档位啮合件连接，设置所述第二变档组件（420）按照该档位啮合件所匹配的减速比传递驱动元件所输出的扭矩。

7.如权利要求6所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述第二变档组件（420）包括：

第二变档轴（421），其连接有扭矩输出装置，用于输出扭矩；

档位啮合件，其设置在所述第二变档轴（421）上，用于在连接至所述变档部件时通过变档部件传动，设置所述第二变档轴（421）随同该档位啮合件同步转动。

8.如权利要求7所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述档位啮合件包括：

第一变档从动齿轮（423），其滑动连接在第二变档轴（421）的一端，与所述第一变档组件（410）之间具有第一减速比，所述第一变档从动齿轮（423）的侧端设置有第一档位连接结构，用于与变档部件插接固定；

第二变档从动齿轮（424），其滑动连接在第二变档轴（421）的另一端，与所述第一变档组件（410）之间具有第二减速比，所述第二变档从动齿轮（424）的侧端设置有第二档位连接结构，用于与变档部件插接固定。

9.如权利要求8所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述变档部件啮合连接在所述第二变档轴（421）上，且设置在第一变档从动齿轮（423）和第二变档从动齿轮（424）之间；

所述变档部件沿所述第二变档轴（421）移动至第一位置时能够与第一变档从动齿轮（423）一侧的第一档位连接结构抵接，设置所述第二变档轴（421）随同第一变档从动齿轮（423）同步转动；

所述变档部件沿所述第二变档轴（421）移动至第二位置时能够与第二变档从动齿轮（424）另一侧的第二档位连接结构抵接，设置所述第二变档轴（421）随同第二变档从动齿轮（424）同步转动。

10.如权利要求9所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述变档部件包括：

变档滑块（425），其内部与第二变档轴（421）的中部啮合；

移动部件（431），其与所述变档滑块（425）连接，用于驱动所述变档滑块（425）沿所述第二变档轴（421）在档位啮合件之间移动。

11.如权利要求10所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述变档滑块（425）包括：

花键孔（4252），其设置在所述变档滑块（425）的内部，用于与设置在第二变档轴（421）表面的安装花键（426）啮合，带动所述第二变档轴（421）随同变档滑块（425）同步转动；

连接柱（4253），其分别凸出设置在所述变档滑块（425）的两侧端面，用于与档位啮合件插接固定。

12.如权利要求11所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述连接柱（4253）的直径不超过所述第一变档从动齿轮（423）侧端所设置的第一档位连接结构或第二变档从动齿轮（424）侧端所设置的第二档位连接结构的宽度；

所述第一档位连接结构为沿第一变档从动齿轮（423）周向开设在其侧壁表面的弧形凹槽；

所述第二档位连接结构为沿第二变档从动齿轮（424）周向开设在其侧壁表面的弧形凹槽；

所述连接柱（4253）插入所述弧形凹槽内部后，转动抵接在所述弧形凹槽的侧壁，限制所述第二变档轴（421）随同所述第一变档从动齿轮（423）或第二变档从动齿轮（424）同步转动。

13.如权利要求10所述的可调减速比的自动行走设备，其特征在于，所述变档滑块（425）和移动部件（431）之间还连接有拨叉（432），所述拨叉（432）其一端设置有定位叉开口（4321），用于卡接固定在所述变档滑块（425）的外周；所述拨叉（432）其另一端设置有安装孔（4322），用于与所述移动部件（431）固定连接。

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