專利名稱：超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及小型機(jī)器人的組成裝置。具體的說是用于小型機(jī)器人底盤 的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置。
背景技術(shù)：
目前，履帶式和多輪式機(jī)器人底盤在轉(zhuǎn)向時(shí)多采用如下方式進(jìn)行控制
1、 采用雙電機(jī)分別調(diào)速來控制兩側(cè)履帶(車輪)的速度；這種方案是最簡 單的然而卻有它難以克服的弊病方向的可控性不佳，在速度高及復(fù)雜路面時(shí) 尤為嚴(yán)重，這會導(dǎo)致機(jī)器人的控制準(zhǔn)確性下降，長直線運(yùn)動較難實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)向半 徑誤差較大等一系列問題。
2、 采用步進(jìn)電機(jī)或雙電機(jī)同步技術(shù)來解決走直線問題；采用大變速比(具 有自鎖能力)的減速器或步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)精確制動技術(shù)來解決轉(zhuǎn)向誤差。這 樣所用的技術(shù)比較復(fù)雜，成本也會高一些，大變速比減速器或步進(jìn)電機(jī)的采用 還會使機(jī)器人的運(yùn)動速度受到較大的限制，機(jī)械效率和可靠性也不會太高；
3、 采用機(jī)械式雙邊離合器來控制單側(cè)履帶(車輪)的動力輸出，即脫離(或 同時(shí)制動)轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)邊動力。這種機(jī)構(gòu)所需的操控力較大，轉(zhuǎn)向傳動效率也很 低，不適合做連續(xù)轉(zhuǎn)向動作，具有明顯的磨損件，故障率較大。
4、 機(jī)械差動機(jī)構(gòu)配合可控液壓馬達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無規(guī)定半徑的轉(zhuǎn)向，這是一種 高效的轉(zhuǎn)向技術(shù)，但系統(tǒng)復(fù)雜大多應(yīng)用于大型車輛，且液壓技術(shù)的應(yīng)用也不利 于小型化。

實(shí)用新型內(nèi)容
為克服現(xiàn)有產(chǎn)品的上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種綜合了電機(jī)控制和差動 機(jī)構(gòu)優(yōu)越性的電傳差動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，不僅可較大幅度的提高其轉(zhuǎn)向傳動效率和可 靠性，而且難度較為適中。
本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，包括主動力輸入軸、左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，左
右動力輸出軸、電機(jī)PWM控制器、零軸換向器和左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)， 其中左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)分別安裝在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)上，且左右兩 個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)為并聯(lián)連接，兩者之間設(shè)置電機(jī)PWM控制器，主動力輸入軸與左右 兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)連接，左右動力輸出軸分別設(shè)置在左右兩個(gè)行星式機(jī) 械差動機(jī)構(gòu)上。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)包括輸入齒、中心太 陽輪、行星輪、行星輪齒圈、行星架和輸出軸，所述零軸換向器包括渦輪軸齒 組、零軸換向齒組、零軸、傳動齒，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)通過電機(jī)輸出蝸桿和渦輪軸 齒組嚙合連接，渦輪軸齒組的傳動齒輪分別和中心太陽輪和零軸換向齒組嚙合 連接，零軸換向齒組和零軸嚙合相連，并帶動傳動齒，所述輸入齒和行星輪齒 圈嚙合連接，輸出軸和行星架固定連接，所述主動力輸入軸動力輸出軸分別和 行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)的輸入齒和輸出軸固定連接。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述零軸換向齒組由兩個(gè)橋齒輪和零軸傳動 齒組合而成。
作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述零軸換向齒組可由直齒或錐齒組成。 作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)外設(shè)置有箱體和箱
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作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述零軸換向器置于行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)的 箱體內(nèi)或置于箱體外。
下面對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述
整個(gè)機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)向電機(jī)、電機(jī)PWM控制器、行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)等基本部件構(gòu) 成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是左右側(cè)履帶(車輪)各有一組行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(匯流排)， 行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(匯流排)由中心太陽輪、齒圈、行星輪和行星架、輸出 軸構(gòu)成，轉(zhuǎn)向動力由兩只并聯(lián)連接但分別安裝于行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(匯流排) 箱體上的轉(zhuǎn)向電機(jī)輸入到各自行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(匯流排)的中心太陽輪，主動力由兩側(cè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(匯流排)齒圈輸入，行星架則將齒圈上的 主動力和中心太陽輪上的轉(zhuǎn)向動力合成并通過固接于行星架上的輸出軸輸出， 兩側(cè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(匯流排)之間則由一根帶有換向器的零軸相連接，
轉(zhuǎn)向電機(jī)則由PWM控制器控制轉(zhuǎn)速和方向。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果-
1、 由專用的轉(zhuǎn)向電機(jī)配合行星差動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)兩側(cè)車輪的差速運(yùn)動，綜合了電 機(jī)良好的控制性和行星差動機(jī)構(gòu)動作準(zhǔn)確的特性，同時(shí)還使系統(tǒng)在一定程度上 得到了簡化，使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得以加強(qiáng)；
2、 能實(shí)現(xiàn)可控?zé)o級的規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向性能比較理想；
3、 轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)側(cè)履帶產(chǎn)生再生功率可以通過零軸回饋到外側(cè)履帶，提高了功率 的利用率；
4、 轉(zhuǎn)向電機(jī)只在需要轉(zhuǎn)向時(shí)參與工作，降低了能源的消耗，這對延長機(jī)器人 的工作時(shí)間比較有利；
5、 由于左右匯流排之間用零軸相聯(lián)，在轉(zhuǎn)向電機(jī)沒有動作的情況下，保證了 雙側(cè)履帶(車輪)轉(zhuǎn)速的嚴(yán)格一致；
6、 轉(zhuǎn)向動力分為左右兩路轉(zhuǎn)向電機(jī)分別輸入，使整體布置更為靈活，可靠性 也進(jìn)一步得到了提高。
圖l是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的右轉(zhuǎn)向電機(jī)和右行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖并通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 結(jié)合附


圖1， 一種超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，包括主動力輸入軸10、左右 兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)30， 40,左右動力輸出軸70， 80其特征在于該裝置還包括電機(jī) PWM控制器20、零軸換向器90和左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)50， 60，其中左 右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)30， 40分別安裝在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)50， 60上，且左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)30， 40為并聯(lián)連接，兩者之間設(shè)置電機(jī)PWM控制器20，主 動力輸入軸10與左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)50， 60連接，左右動力輸出軸 70， 80分別設(shè)置在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)50， 60上。
結(jié)合附圖2所示，所述行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)50包括輸入齒7、中心太陽輪 9、行星輪13、行星輪齒圈14、行星架12和輸出軸8，所述零軸換向器90包括 渦輪軸齒組2、零軸換向齒組4、零軸5、傳動齒6，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)30通過電機(jī) 輸出蝸桿3和渦輪軸齒組2嚙合連接，渦輪軸齒組2的傳動齒輪分別和中心太 陽輪9和零軸換向齒組4嚙合連接，零軸換向齒組4和零軸5嚙合相連，并帶 動傳動齒6，所述輸入齒14和行星輪齒圈14嚙合連接，輸出軸8和行星架12 固定連接，所述主動力輸入軸10動力輸出軸70分別和行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)50 的輸入齒7和輸出軸8固定連接。其中，渦輪軸齒組2由渦輪與一個(gè)與中心太 陽輪9嚙合的傳動齒輪固接于一根軸上構(gòu)成。采用蝸桿渦輪傳動是為了使轉(zhuǎn)向 動力具有反向自鎖能力，為提高其傳動效率，應(yīng)用了多頭蝸桿技術(shù)；零軸換向 齒組4由兩個(gè)橋齒輪(一個(gè)位于另一側(cè)箱體內(nèi))和零軸傳動齒組合而成，最終 實(shí)現(xiàn)零軸轉(zhuǎn)動時(shí)二側(cè)中心太陽輪相對反轉(zhuǎn)。這個(gè)換向器也可由一組錐齒輪來實(shí) 現(xiàn)，也可以單獨(dú)安排在箱體外部。
實(shí)施例為一采用多頭蝸桿和箱內(nèi)直齒橋齒輪零軸換向傳動的電傳差動轉(zhuǎn)向 裝置。
車輛直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)沒有動作，且由于蝸桿的自鎖作用使得中心太 陽輪處于固定狀態(tài)，這樣主動力通過齒圈、行星輪、行星架傳給輸出軸，由于 左右箱體的主動力來自同一動力源，故左右輸出軸的轉(zhuǎn)速完全相同；當(dāng)車輛進(jìn) 行轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向電機(jī)向某一方向轉(zhuǎn)動，通過蝸桿傳到渦輪軸齒組的動力將驅(qū)動 中心太陽輪向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動，根據(jù)行星差動機(jī)構(gòu)工作原理，此時(shí)的行星架(與 輸出軸固聯(lián))運(yùn)動速度和方向?qū)待X圈和中心太陽輪的運(yùn)動進(jìn)行疊加后輸出； 又由于轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸入還通過換向齒組與對側(cè)的中心太陽輪機(jī)械相關(guān)，這就導(dǎo) 致轉(zhuǎn)向電機(jī)的動作會使兩側(cè)輸出軸的轉(zhuǎn)速作相對反向的運(yùn)動，即一側(cè)速度增加而另一側(cè)的速度則減低，且增減的幅度相等。在這個(gè)過程中由于內(nèi)側(cè)履帶(車 輪)是減速，外側(cè)是加速，內(nèi)側(cè)就必然會有一部分能量要富裕出來，這部分能 量會通過零軸傳遞到外側(cè)履帶(車輪)正好可以補(bǔ)償外側(cè)所需增加的能量，提 高了轉(zhuǎn)向能量的利用率。顯然，只要改變轉(zhuǎn)向電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，車輛就可以 按各種需要的轉(zhuǎn)向半徑實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，甚至在主動力切斷的情況下還能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn) 向(僅有二側(cè)履帶(車輪)相對反向轉(zhuǎn)動的零半徑轉(zhuǎn)向)。
本實(shí)用新型提供的裝置也可以只設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，轉(zhuǎn)向電機(jī)分別通過蝸 桿與左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)的中心太陽輪連接相嚙合。
當(dāng)然，本實(shí)用新型還可以有其他多種實(shí)施例，在不背離本實(shí)用新型精神及 其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變 和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所的權(quán)利要求的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求1.一種超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，包括主動力輸入軸(10)、左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)(30，40)、左右動力輸出軸(70，80)，其特征在于該裝置還包括電機(jī)PWM控制器(20)、零軸換向器(90)和左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(50，60)，其中左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)(30，40)分別安裝在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(50，60)上，且左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)(30，40)為并聯(lián)連接，兩者之間設(shè)置電機(jī)PWM控制器(20)，主動力輸入軸(10)與左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(50，60)連接，左右動力輸出軸(70，80)分別設(shè)置在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(50，60)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述行星 式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(50)包括輸入齒(7)、中心太陽輪(9)、行星輪(13)、行星 輪齒圈(14)、行星架(12)和輸出軸(8)，所述零軸換向器(90)包括渦輪軸 齒組(2)、零軸換向齒組(4)、零軸(5)、傳動齒(6)，所述轉(zhuǎn)向電機(jī)(30) 通過電機(jī)輸出蝸桿(3)和渦輪軸齒組(2)嚙合連接，渦輪軸齒組(2)的傳動 齒輪分別和中心太陽輪(9)和零軸換向齒組(4)嚙合連接，零軸換向齒組(4) 和零軸(5)嚙合相連，并帶動傳動齒(6)，所述輸入齒(14)和行星輪齒圈(14) 嚙合連接，輸出軸(8)和行星架(12)固定連接，所述主動力輸入軸(10)動 力輸出軸(70)分別和行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)(50)的輸入齒(7)和輸出軸(8) 固定連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述零軸 換向齒組(4)由兩個(gè)橋齒輪和零軸傳動齒組合而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述零軸 換向齒組(4)可由直齒或錐齒組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述行 星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)外設(shè)置有箱體(15)和箱蓋(16)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述零軸換 向器(90)置于行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)的箱體(15)內(nèi)或置于箱體(15)夕卜。
專利摘要本實(shí)用新型涉及小型機(jī)器人的組成裝置。具體的說是用于小型機(jī)器人底盤的超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置。一種超小型電傳差動轉(zhuǎn)向裝置，包括主動力輸入軸、左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)，左右動力輸出軸、電機(jī)PWM控制器、零軸換向器和左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)，其中左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)分別安裝在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)上，且左右兩個(gè)轉(zhuǎn)向電機(jī)為并聯(lián)連接，兩者之間設(shè)置電機(jī)PWM控制器，主動力輸入軸與左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)連接，左右動力輸出軸分別設(shè)置在左右兩個(gè)行星式機(jī)械差動機(jī)構(gòu)上。本實(shí)用新型綜合了電機(jī)良好的控制性和行星差動機(jī)構(gòu)動作準(zhǔn)確的特性，同時(shí)還使系統(tǒng)在一定程度上得到了簡化，使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得以加強(qiáng)。
文檔編號B62D11/10GK201151425SQ20072018428
公開日2008年11月19日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者朱健聲 申請人:杭州師范大學(xué)