CN214930055U - 转向机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种转向机构，属于转向设备技术领域，包括：底盘；底盘上设有四个转向轮，每一个转向轮均连接在一根连接杆上；连接杆可旋转的连接在底盘上，连接杆的旋转轴垂直于转向轮的中心轴；底盘上安装有驱动连接杆可旋转的驱动装置；驱动装置为两个，一个驱动装置同时驱动两根位于同一侧的连接杆旋转；驱动装置的驱动轴连接有主动齿轮，主动齿轮啮合有从动齿轮，从动齿轮的中部穿设有传动轴，传动轴的两端分别连接有第一齿轮，第一齿轮啮合有第二齿轮，第二齿轮连接连接杆。本实用新型结构简单、控制便捷、空间紧凑、维护方便，可以实现多种转向，提高了复杂场合下的转向灵活性；后轮与前轮逆相位转向，提高了转向机动性和稳定性。

Description

转向机构

技术领域

本实用新型涉及转向设备技术领域，具体涉及一种转向机构。

背景技术

现有的应用于移动机器人领域的转向机构，一种是四轮分别配置一个转向电机，行走时，通过同时控制四个转向电机来实现转向；另一种是通过T型四连杆控制实现类阿克曼转向，控制方式分别有液压马达、电动推杆、电机加齿轮齿条。

上述现有的转向方案，设置四个转向电机，需配置较多的相关转向零件，结构复杂，控制繁琐，转向电机利用率低、成本高；仅能实现类阿克曼转向，转向半径较大、转向功能单一，不能在狭小空间灵活转向，通过液压马达、电动推杆或电机加齿轮齿条实现驱动控制，占用空间较大。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、转向灵活、提高了机动性和稳定性的四轮驱动的转向机构，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：

本实用新型提供一种转向机构，包括：底盘；以及设于所述底盘上的多个转向轮；每一个所述转向轮均连接在一根连接杆上；所述连接杆可旋转的连接在所述底盘上，所述连接杆的旋转轴垂直于所述转向轮的中心轴；所述底盘上安装有驱动所述连接杆可旋转的驱动装置。

所述转向轮为四个，所述驱动装置为两个，一个驱动装置同时驱动两根位于同一侧的所述连接杆旋转。

所述驱动装置的驱动轴连接有主动齿轮，所述主动齿轮啮合有从动齿轮，所述从动齿轮的中部穿设有传动轴，所述传动轴的两端分别连接有第一齿轮，所述第一齿轮啮合有第二齿轮，所述第二齿轮连接所述连接杆。

优选的，所述连接杆的一端连接所述转向轮的轮轴，所述连接杆的另一端可活动的穿过所述底盘连接所述第二齿轮。

优选的，所述连接杆的一端设有通孔，所述轮轴上设有外螺纹，所述轮轴穿过所述通孔配合螺母连接在所述连接杆上。

优选的，底盘上固定设有安装架，所述驱动装置固定在所述安装架上。

优选的，所述传动轴可活动的穿设在所述安装架上。

优选的，所述安装架上设有带座轴承，所述传动轴穿过所述带座轴承的内圈，并与所述带座轴承的内圈固定连接。

优选的，所述第一齿轮和所述第二齿轮为相互啮合的锥齿轮。

优选的，所述驱动装置为伺服电机。

本实用新型有益效果：结构简单、控制便捷、空间紧凑、维护方便，可以实现多种转向，提高了复杂场合下的转向灵活性；后轮与前轮逆相位转向，提高了转向机动性和稳定性。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所述的转向机构的立体结构图；

图2为本实用新型实施例所述的转向机构的俯视结构图；

图3为本实用新型实施例所述的转向机构的仰视结构图；

图4为本实用新型实施例所述的转向机构的主视结构图；

图5为图4中的A向视图；

图6为图4中的B向视图；

图7为本实用新型实施例所述的转向机构原地转向原理示意图；

图8为本实用新型实施例所述的转向机构四轮阿克曼转向原理示意图；

图9为本实用新型实施例所述的转向机构横向移动原理示意图；

图10为本实用新型实施例所述的转向机构处于制动状态的原理示意图。

其中：1-底盘；2-转向轮；3-连接杆；4-轮轴；5-驱动装置；6-驱动轴；7-主动齿轮；8-从动齿轮；9-传动轴；10-第一齿轮；11-第二齿轮；12-螺母；13-安装架；14-带座轴承；15-连接线。

具体实施方式

下面详细叙述本实用新型的实施方式，所述实施方式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。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

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。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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实用新型的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，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”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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技术和简化描述，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技术的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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技术中的具体含义。

为便于理解本实用新型，下面结合附图以具体实施例对本实用新型作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本实用新型所必须的。

实施例

如图1至图6所示，本实施例中，提供了一种转向机构，该转向机构包括：底盘1；以及设于所述底盘1上的多个转向轮2，多个转向轮2均位于所述底盘1的下方；每一个所述转向轮2均连接在一根连接杆3上；所述连接杆3可旋转的连接在所述底盘1上，所述连接杆3的旋转轴垂直于所述转向轮2的中心轴；所述底盘1上安装有驱动所述连接杆3可旋转的驱动装置5。

具体的，驱动装置5驱动所述连接杆3旋转，连接杆3的旋转带动转向轮2摆动，从而改变转向轮2的朝向，以实现转向机构移动方向的改变。

如图1所示，本实施例中所述转向轮2设置为四个，相邻的转向轮2的中心点连线，围成一个矩形。所述驱动装置5设置为两个，每一个驱动装置5同时驱动两根位于同一侧的所述连接杆3旋转，该两根连接杆3连接的转向轮2的摆动角度大小相同，但方向相反。

在具体实施例应用中，为了实现驱动装置5驱动连接杆3的转动，所述驱动装置5的驱动轴6连接有主动齿轮7，所述主动齿轮7啮合有从动齿轮8，所述从动齿轮8的中部穿设有传动轴9，所述传动轴9的两端分别连接有第一齿轮10，所述第一齿轮10啮合有第二齿轮11，所述第二齿轮11连接所述连接杆3。

驱动装置5启动后，驱动轴6转动带动主动齿轮7转动，主动齿轮7的转动带动其啮合的从动齿轮8转动，从动齿轮8的转动带动传动轴9转动，传动轴9的转动带动第一齿轮10转动，第一齿轮10的转动带动第二齿轮11转动，第二齿轮11从而带动连接杆3的转动，连接杆3的转动带动转向轮2摆动。

本实施例中，所述连接杆3和所述转向轮2的具体连接方式如下：在所述连接杆3的一端连接所述转向轮2的轮轴4，所述连接杆3的另一端可活动的穿过所述底盘1连接所述第二齿轮11。

当第二齿轮11随第一齿轮10转动时，第二齿轮11带动连接杆3转动，连接杆3的转动带动转向轮2摆动。

如图5、图6所示，所述连接杆3的一端为扁平状，该扁平状部位设有通孔，所述通孔的直径大于所述轮轴4的直径，所述轮轴4上设有外螺纹，所述轮轴4穿过所述通孔后，将螺母12螺纹连接在所述轮轴4上，从而使轮轴4配合螺母12连接在了所述连接杆3上，当连接杆3转动时，实现了转向轮2的摆动。

如图1所示，在所述底盘1上固定设有安装架13，所述驱动装置5固定安装在所述安装架13上。所述安装架13为一L型板状结构，该L型板状结构的底部以及底盘1上设有对应的通孔，配合螺栓将L型板状结构安装在底盘1上，作为安装架13。安装架13上活动穿设有所述传动轴9，传动轴9的两端分别连接一个所述第一齿轮10。

本实施例中，为了实现传动轴9可活动的穿设在安装架13上，在所述安装架13上设有带座轴承14，所述传动轴9穿过所述带座轴承14的内圈，并与所述带座轴承14的内圈固定连接。当主动齿轮7带动从动齿轮8转动时，从动齿轮8带动传动轴9配合带座轴承实现传动轴9的转动。

本实施例中，所述第一齿轮10和所述第二齿轮11均为相互啮合的锥齿轮。锥齿轮可用来传递两相交轴（传动轴9和连接杆3）之间的运动和动力，锥齿轮两轴之间的交角等于90°（但也可以不等于90°）。

本实施例中，转向机构在使用时，驱动装置5为伺服电机，转向轮2为轮毂电机，轮毂电机上设有角度传感器，角度传感器通过连接线15连接控制器，角度传感器采集转向轮2的摆动角的大小，传递给控制器，每一个控制器分别控制一个伺服电机的运转，从而调整转向轮2的摆动角的大小，其中，同一个驱动装置驱动的同一侧的两个转向轮2摆动角的大小相等，但方向不同。

如图7至图10所示，通过控制伺服电机的运行，使四个转向轮（轮毂电机）摆动不同的角度和方向，实现了转向机构的四种运行模式，图中，

为同一端的两个转向轮2之间的宽度距离，

为同一侧的两个转向轮2之间的长度距离，

表示四个转向轮2的中心轴的交点，即转向中心点。

如图7所示，当两个控制器分别控制各自的两个伺服电机带动转向轮2摆动相应的角度，使得每一个转向轮的中心轴与四个转向轮的中心点围成的矩形的上下两条边的夹角均为

时，同一侧的前后两个转向轮2的摆动角度相同，方向相反，转向轮2运行，可实现绕中心点

的原地转向，图7中

为转向轮的中心点到点

的距离，即原地转向的转动半径，此时夹角

。

如图8所示，当两个控制器分别控制各自的两个伺服电机带动转向轮2摆动相应的角度，使得左侧的两个转向轮2的摆动角度为

，右侧的两个转向轮2的摆动角度为

时，且左右两侧的转向轮2转向中心重合，且前进速度、方向相同时，实现了转向机构的四轮阿克曼转向，转向灵活、无轮胎侧滑现象。此时，左右两侧转向轮转向角度满足特定的几何关系

，该图中，

表示左侧的转向轮2的中心点到

点的距离，

为左侧的转向轮的中心点和

点的连线与经过

点的垂直于矩形（转向轮中心点连线围成的矩形）竖直边的直线的夹角，

为右侧的转向轮的中心点和

点的连线与经过

点的垂直于矩形竖直边的直线的夹角，通过控制器可以快速匹配左右两侧的转弯角度，控制简单迅速。

如图9所示，当两个控制器分别控制各自的两个伺服电机带动转向轮2摆动的相应的角度，使得左侧的两个转向轮的轴向端面与矩形的左侧的边的夹角为90°，右侧的两个转向轮的轴向端面与矩形的右侧的边的夹角为90°时，四个轮毂电机前进速度、方向相同时，实现了转向机构的横向移动。

同理，可实现转向机构的前进或后退。

如图10所示，当两个控制器分别控制各自的两个伺服电机带动转向轮2摆动的相应的角度，使得左侧的两个转向轮的中心轴交于点

，右侧的两个转向轮的中心轴交于点

，

表示左侧的转向轮的中心到点

的距离，

表示右侧的转向轮的中心到点

的距离，左右两侧的转向轮摆动方向相反时，无论转向轮驱动与否，转向机构整体停止不动，处于制动状态。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种转向机构，其特征在于，包括：底盘（1）；以及设于所述底盘（1）上的多个转向轮（2），每一个所述转向轮（2）均连接在一根连接杆（3）上；所述连接杆（3）可旋转的连接在所述底盘（1）上，所述连接杆（3）的旋转轴垂直于所述转向轮（2）的中心轴；所述底盘（1）上安装有驱动所述连接杆（3）可旋转的驱动装置（5）；

所述转向轮（2）为四个，所述驱动装置（5）为两个，一个驱动装置（5）同时驱动两根位于同一侧的所述连接杆（3）旋转；

所述驱动装置（5）的驱动轴（6）连接有主动齿轮（7），所述主动齿轮（7）啮合有从动齿轮（8），所述从动齿轮（8）的中部穿设有传动轴（9），所述传动轴（9）的两端分别连接有第一齿轮（10），所述第一齿轮（10）啮合有第二齿轮（11），所述第二齿轮（11）连接所述连接杆（3）。

2.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于：所述连接杆（3）的一端连接所述转向轮（2）的轮轴（4），所述连接杆（3）的另一端可活动的穿过所述底盘（1）连接所述第二齿轮（11）。

3.根据权利要求2所述的转向机构，其特征在于：所述连接杆（3）的一端设有通孔，所述轮轴（4）上设有外螺纹，所述轮轴（4）穿过所述通孔配合螺母（12）连接在所述连接杆（3）上。

4.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于：底盘（1）上固定设有安装架（13），所述驱动装置（5）固定在所述安装架（13）上。

5.根据权利要求4所述的转向机构，其特征在于：所述传动轴（9）可活动的穿设在所述安装架（13）上。

6.根据权利要求5所述的转向机构，其特征在于：所述安装架（13）上设有带座轴承（14），所述传动轴（9）穿过所述带座轴承（14）的内圈，并与所述带座轴承（14）的内圈固定连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的转向机构，其特征在于：所述第一齿轮（10）和所述第二齿轮（11）为相互啮合的锥齿轮。

8.根据权利要求1所述的转向机构，其特征在于：所述驱动装置（5）为伺服电机。

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