一种阿克曼原理的机器人悬挂转向机构的制作方法

本发明涉及一种阿克曼原理的机器人悬挂转向机构，具体为机器人转向技术领域。

背景技术：

对于四轮汽车，为了避免车轮侧滑，转向结构都设计成了符合阿克曼转向原理的机构。在车左转的时候，左前轮转向角度要大于右前轮转向角度，这个差值随着车体转向角度增大而增大。所以，无论汽车是否为有人操作，转向原理都是符合阿克曼原理的，目前的无人车的自动转向，都是利用现有汽车的转向系统进行改造；在传统的方向盘旋转结构上，增加一个电机，控制其旋转，以达到自动转向的目的。

有些应用阿克曼转向原理的机器人，用现有汽车的转向零部件装配在一个缩小的车体上，以实现转向功能。

现在的汽车零部件，都符合已有车型。而阿克曼转向机构的四连杆a1的尺寸，和前轮转向轴间距b1，以及前后桥距离密切相关(如图1)。如果要设计一款车体尺寸完全不同的车型，那么转向的四连杆机构，就需要定制，而不能采用现有廉价的汽车零件了。如果强行利用现有的汽车转向机构组装在一个不符合原车尺寸的新车体，那么转向的时候，车轮侧滑就难以避免。

对于轮式机器人，应用的场地一般比较狭窄，转弯半径要求非常小。这些限制，导致了车体非常小，而车体的尺寸完全由机器人所在场合的环境决定。所以，符合不同场合的机器人，都需要定制转向机构。因此，大批量生产的汽车转向机构，难以适应机器人的要求。

本发明就是利用一套简单可靠的机构，实现带有悬挂系统的机器人转向解决方案。该方案零件简单，便于加工，成本低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阿克曼原理的机器人悬挂转向机构，以解决上述背景技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种阿克曼原理的机器人悬挂转向机构包含车轮、阻尼弹簧、弹簧上支架、电动推杆支架、推杆电机、拉杆转轴挡片、转向拉杆转臂、拉杆转臂挡块、弹簧下支架、车轮轴座、弹簧支撑轴、U型框、拉杆转轴、转向拉杆和左轮轴座，两个的车轮对称安装在转向拉杆的两侧，且两个的车轮的结构和安装方式相同，其中一个的车轮的侧边中部设置有车轮轴座，弹簧支撑轴穿入车轮轴座的前端的通孔内，且弹簧支撑轴的两端与U型框连接，车轮轴座和弹簧支撑轴的装配体在U型框内上下移动，拉杆转轴一端插入车轮轴座的后端的通孔内，且拉杆转轴的下端用拉杆转轴挡片固定，转向拉杆转臂的大孔穿入弹簧支撑轴的上端，小孔穿入拉杆转轴的上端，转向拉杆上均布有数个孔，且转向拉杆的其中一个孔穿入拉杆转轴的上端，再用一个拉杆转轴挡片固定拉杆转轴的顶端，使拉杆转轴在转向拉杆的顶面和车轮轴座的底面间上下滑动，拉杆转臂挡块的大孔穿入弹簧支撑轴的上端，并固定在U型框上，使拉杆转臂以弹簧支撑轴为圆心旋转，且不能上下滑动，弹簧下支架的底部大孔穿入弹簧支撑轴的顶部这样就形成一套车轮机构，然后电动推杆支架安装在转向拉杆上，推杆电机的伸出轴固定在电动推杆支架上，推杆电机的尾部再安装一个电动推杆支架，并且弹簧上支架，U型框和推杆电机尾部的电动推杆支架4固定在车体上即成为一整套悬挂转向机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本机构结构简单、紧凑。可以实现结构的小型化。因此可以避免现有无人车通过率低的问题。并且，转向机构是根据所设计车体的前轮转向轴间距，以及前后桥距离重新设计的。避免了车体转弯侧滑的发生，此种机构与推杆电机配合使用，整个机构才能正常工作。

附图说明

图1为背景技术中现有阿克曼转向机构结构示意图；

图2为本发明具体实施方式一的结构示意图；

图3为图2旋转180°的结构示意图；

图4为图2的分解结构示意图；

图5为图2的平面结构示意图；

图6为图3的平面结构示意图；

图7为图2的放大结构示意图；

图8为本发明具体实施方式一整体机构右转状态结构示意图；

图9为本发明具体实施方式一整体机构左转状态结构示意图；

图10为本发明具体实施方式一右侧的车轮轴座向上运动状态结构示意图；

图11为本发明具体实施方式一右侧的车轮轴座向下运动状态结构示意图；

图12为本发明具体实施方式二中转向齿轮和动力齿轮与转向拉杆连接状态结构示意图；

图13为本发明具体实施方式二中整体机构正向行使状态结构示意图；

图14为本发明具体实施方式二中整体机构左转状态结构示意图；

图15为本发明具体实施方式二中整体机构右转状态结构示意图。

图中：车轮1、阻尼弹簧2、弹簧上支架3、电动推杆支架4、推杆电机5、拉杆转轴挡片6、转向拉杆转臂7、拉杆转臂挡块8、弹簧下支架9、车轮轴座10、弹簧支撑轴11、U型框12、拉杆转轴13、转向拉杆14和左轮轴座15。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：请参阅图2-7，本具体实施方式提供一种技术方案：一种阿克曼原理的机器人悬挂转向机构包含车轮1、阻尼弹簧2、弹簧上支架3、电动推杆支架4、推杆电机5、拉杆转轴挡片6、转向拉杆转臂7、拉杆转臂挡块8、弹簧下支架9、车轮轴座10、弹簧支撑轴11、U型框12、拉杆转轴13、转向拉杆14和左轮轴座15，两个的车轮1对称安装在转向拉杆14的两侧，且两个的车轮1的结构和安装方式相同，其中一个的车轮1的侧边中部设置有车轮轴座10，弹簧支撑轴11穿入车轮轴座10的前端的通孔内，且弹簧支撑轴11的两端与U型框12连接，车轮轴座10和弹簧支撑轴11的装配体在U型框12内上下移动，拉杆转轴13一端插入车轮轴座10的后端的通孔内，且拉杆转轴13的下端用拉杆转轴挡片6固定，转向拉杆转臂7的大孔穿入弹簧支撑轴11的上端，小孔穿入拉杆转轴13的上端，转向拉杆14上均布有数个孔，且转向拉杆14的其中一个孔穿入拉杆转轴13的上端，再用一个拉杆转轴挡片6固定拉杆转轴13的顶端，使拉杆转轴13在转向拉杆14的顶面和车轮轴座10的底面间上下滑动，拉杆转臂挡块8的大孔穿入弹簧支撑轴11的上端，并固定在U型框12上，使拉杆转臂7以弹簧支撑轴11为圆心旋转，且不能上下滑动，弹簧下支架9的底部大孔穿入弹簧支撑轴11的顶部这样就形成一套车轮转向机构，然后电动推杆支架4安装在转向拉杆14上，推杆电机5的伸出轴固定在电动推杆支架4上，推杆电机5的尾部再安装一个电动推杆支架4，并且弹簧上支架3，U型框12和推杆电机5尾部的电动推杆支架4固定在车体上即成为一整套悬挂转向机构。

本阿克曼原理的机器人悬挂转向机构的工作原理为：参照图8所示，当推杆电机5的伸出轴伸长时，推动转向拉杆14，转向拉杆14带动两个拉杆转轴13，拉杆转轴13带动右侧的转向拉杆转臂7和车轮轴座10，左侧的拉杆转臂7和左轮轴座15，同时以各自穿入的弹簧支撑轴11为圆心旋转，右轮向外旋转，左轮向内旋转，整个车体右转；

参照图9所示，当推杆电机5的伸出轴收缩时，拉回转向拉杆14；转向拉杆14带动两个拉杆转轴13，转向拉杆转轴13带动左侧的转向拉杆转臂7和左轮轴座15，右侧的拉杆转臂7和车轮轴座10，同时以各自穿入的弹簧支撑轴11为圆心旋转，左轮向外旋转，右轮向内旋转，整个车体左转；

参照图10所示，当右轮向上运动时，车轮轴座10也向上运动，右侧的拉杆转轴13被带动向上伸出；

参照图11所示，当右轮向下运动时，车轮轴座10也向下运动，右侧的拉杆转轴被带动向下收缩，因为转向拉杆14的底面只能在左右两个拉杆转臂7的顶面上滑动，所以无论车轮如何上下运动，转向拉杆14都始终保持在同一个水平面上运动。

具体实施方式二：参照图12，本具体实施方式与具体实施方式一的不同之处在于所述的推杆电机5替换为一对齿轮，转向齿轮a和动力齿轮b，转向拉杆14的正中间位置固定一个拉杆滑柱5-1，拉杆滑柱5-1在转向齿轮a的滑槽c里来回滑动，且转向齿轮a由动力齿轮b带动传动，且动力齿轮b与电机驱动连接，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

参照13-15，本具体实施方式工作过程为：当转向齿轮a的滑槽平行与车轮1的时候，车体正向前方行驶，当动力齿轮b旋转，带动转向齿a轮顺时针旋转时，转向齿轮a的滑槽带动拉杆滑柱5-1向右方偏转，这时车体左转；当动力齿轮b带动转向齿轮a逆时针旋转时，转向齿轮a的滑槽带动转向拉杆滑柱5-1向左方偏转，这时车体右转。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。