专利名称：一种滚动扭转独立转向机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转向机构，具体地说，是指一种适用于深空探测等非常规行走车辆的转向机构，其依靠滚动扭转实现独立转向，本发明转向机构可以作为可变直径轮(专利申请号20051007767.1)或者其他独立驱动的行走车辆的转向机构。
背景技术：
深空探测车辆转向机构与常规行驶车辆的转向机构既有相似的地方，也有不同之处。主要分为以下几种艾克曼转向(ackerman-steered)、滑动转向(skidsteered)、轴——关节式转向、车体——关节式转向和全轮转向。国内外深空探测车辆多采用全轮转向方式和滑动转向方式。
全轮转向深空探测车辆的四个角轮采用独立驱动的方式，精确控制每个角轮的偏转角度，实现不同半径的转向、原地转向以及偏航行驶。全轮转向方式适用在较坚硬的岩石地表环境下，因为轮子下陷的深度较小，转向所消耗的能量也较小。火星的地表是以分布着大量破碎基岩为主的熔岩平原，因此，大部分火星探测车辆采用了这种转向方式。但当全轮转向车辆以较低车速行驶时，因为轮子与地面的接触是面接触，而不是点接触，这种转向方式需要较大的能量去克服滑动摩擦阻力和阻力矩，即使遇到小的障碍，转向也需要消耗大量的能量，甚至被卡死。降低了探测车辆转向的安全性。
滑动转向是通过改变内外侧车轮速度来实现不同半径的转向甚至原地转向。滑动转向的轮式移动车辆结构简单，不需要专门的转向驱动机构；此外，由于滑动转向的灵活性，因而用于诸如矿山、月球、火星等环境，特别是在转向空间受到限制的场地得到广泛的应用。但滑动转向时，车轮除了要克服滚动阻力，还必须克服与地面相对滑动时产生的阻止其滑移的阻力，电机功率消耗大大增加；且其外侧车轮耗能比内侧多。同时，滑动转向会破坏地面土壤的堆积情况，产生较大的破坏，轮子的磨损也是一个不能忽略的问题。虽然滑动转向移动机器人具有结构简单，转向灵活的特点；但是，由于它的局限性，使得滑动转向移动机器人一般采用与其他机构相结合的综合结构类型。
由于月表的环境与火星不同，地表覆盖着一层类似地球上轻结合沙地的松软月壤。在松软的月壤上采用全轮转向时，容易破坏月表，造成月壤的堆积，增大转向阻力，甚至被卡死。为了克服全轮转向在松软土壤上转向的弊端，本发明提供了一种能够独立完成滚动扭转的全轮转向机构。
发明内容
本发明的目的是提供一种滚动扭转独立转向机构，该机构采用一驱动电机驱动拐转动的同时使从动锥齿轮自转；采用一转向电机驱动拐旋转的同时实现车轮的自转，保证了车轮与地面接触时发生滚动，而不是滑动，从而降低了车轮在转向时的能量消耗，有效地改善轮子转向时对地表堆积情况的破坏，提高深空探测车辆转向的安全性。
本发明是一种滚动扭转独立转向机构，包括驱动电机电机壳、驱动电机、转向电机、转向电机电机壳、拐、U形叉、角度传感器、转向电机电机连接座、固定锥齿轮、从动锥齿轮。U形叉的两端通过螺钉固定在拐的上下壳体上；转向电机通过螺钉安装在转向电机电机壳上，转向电机电机壳通过螺钉与转向电机电机连接座固定安装，固定锥齿轮的肩轴端通过销子与电机连接座另一端固定，且固定锥齿轮的中心孔套接在拐上部的中心轴上；固定锥齿轮的锥齿端与从动锥齿轮的锥齿端啮合，且从动锥齿轮放置在拐的内部。从动锥齿轮的肩轴端套接在轴承上，轴承与密封盖固定，从而使从动锥齿轮相对于密封盖转动。密封盖与挡板通过螺钉固定在拐上。驱动电机电机壳的一端穿过从动锥齿轮的中心孔，且通过销子与从动锥齿轮固定，驱动电机电机壳的另一端内安装有电机端盖，驱动电机通过电机端盖固定安装在驱动电机电机壳上，驱动电机的输出轴与轮子的轮毂连接。
所述的滚动扭转独立转向机构，其从动锥齿轮和所述拐绕着所述转向电机的驱动轴公转。
所述的滚动扭转独立转向机构，其拐、固定锥齿轮、从动锥齿轮构成行星轮系。
本发明滚动扭转独立转向机构的优点在于1.转向耗能小本发明滚动扭转独立转向机构的行星轮系(由拐3、固定锥齿轮7、从动锥齿轮8构成)，保证了轮子转向时相对于地面纯滚动，轮胎只受滚动摩擦阻力。由于在松软土壤条件下，轮胎与地面作用时，滚动摩擦系数远远小于滑动摩擦系数。因此，采用滚动扭转转向能大大减少转向能量消耗。
2.转向灵活深空探测车辆采用本发明滚动扭转独立转向机构的独立驱动方式，能精确控制车辆的每一个角轮(车轮)的偏转角度，实现不同半径的转向、原地转向以及偏航行驶，使车辆具有灵活的转向性能。
3.转向安全性提高本发明滚动扭转独立转向机构设计为滚动扭转方式，保证轮子相对于地面纯滚动，改善了轮子在松软土壤条件下转弯时，土壤的堆积现象，提高了深空探测车辆转向的安全性。
4.对环境的损伤较小深空探测车辆采用本发明滚动扭转独立转向机构控制转向，其轮胎与地面是纯滚动，轮子的拥土阻力大大减少，有效的改善了土壤堆积现象，对环境损伤较小。
5.轮子的磨损较小因为轮子做纯滚动，与地面的摩擦力以滚动阻力为主，减少了轮子与地面的滑移，对轮子的损伤较小。
图1是本发明滚动扭转独立转向机构的外部结构图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是本发明转向机构与车轮轮毂的装配简图。
图中 1.电机机壳1a.驱动电机 1b.驱动轴 1c.端盖2.电机机壳 2a.转向电机 2b.驱动轴 3.拐 4.U形叉5.角度传感器6.连接座 7.固定锥齿轮8.从动锥齿轮 9.挡板10.密封盖 11.轴承 12.车轮A13.轮毂附具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1、图2所示，本发明是一种滚动扭转独立转向机构，由驱动电机电机壳1、驱动电机1a、转向电机2a、转向电机电机壳2、拐3、U形叉4、角度传感器5、转向电机电机连接座6、固定锥齿轮7、从动锥齿轮8、挡板9、密封盖10和轴承11组成。
U形叉4的两端通过螺钉固定在拐3的上下壳体上；
转向电机2a通过螺钉安装在转向电机电机壳2上，转向电机电机壳2通过螺钉与转向电机电机连接座6固定安装，固定锥齿轮7的肩轴端通过销子与转向电机电机连接座6另一端固定(从而使固定锥齿轮7与转向电机电机壳2实现连接)，且固定锥齿轮7的中心孔套接在拐3上部的中心轴上；固定锥齿轮7的锥齿端与从动锥齿轮8的锥齿端啮合，且从动锥齿轮8放置在拐3的内部(固定锥齿轮7的旋转轴与从动锥齿轮8的旋转轴垂直)。从动锥齿轮8的肩轴端套接在轴承11上，轴承11与密封盖10固定，从而使从动锥齿轮8相对于密封盖10转动。密封盖10与挡板9通过螺钉固定在拐3上。驱动电机电机壳1的一端穿过从动锥齿轮8的中心孔，且通过销子与从动锥齿轮8固定，驱动电机电机壳1的另一端内安装有电机端盖1c，驱动电机1a通过电机端盖1c固定安装在驱动电机电机壳1上，驱动电机1a的驱动轴1b与车轮12(适用于深空探测车辆等机械结构的车轮，或者是月球车)的轮毂13连接，实现驱动轮子的转动。
在本发明中，拐3、固定锥齿轮7、从动锥齿轮8构成了一个行星轮系。挡板9安装在驱动电机电机壳1的卡槽部位，用于限制驱动电机电机壳1沿着电机壳轴向移动。当转向电机2a工作时，转向电机2a的驱动轴2b直接驱动拐3旋转，从而使从动锥齿轮8除了和拐3一起绕着驱动电机电机壳1的轴线旋转外，还会与固定锥齿轮7相互作用，绕着自身的轴线自转。整个机构除了绕着转向电机2a的驱动轴的旋转运动外，还有绕着驱动电机电机壳1的轴线的旋转运动。从而实现转向时的车轮12的滚动扭转运动。
请参见图3所示，固定锥齿轮7与转向电机电机壳2固定联接，转向电机2a转向时，转向电机2a的驱动轴2b将驱动拐3旋转。从动锥齿轮8除了和拐3一起公转，还会绕着固定锥齿轮7自转。从动锥齿轮8与驱动电机电机壳1固定联接，从而把转向电机2a的旋转运动传递到车轮12上，并通过控制从动锥齿轮8和固定锥齿轮7的传动比，保证车轮12相对于地面纯滚动，轮胎只受到滚动摩擦阻力。将本发明的滚动扭转独立转向机构安装在车辆的每一个车轮的轮毂13上，这样车辆的四个车轮采用独立转向驱动的方式，更能精确地控制每个车轮的偏转角度，实现不同半径的转向、原地转向以及偏航行驶。
权利要求
1.一种滚动扭转独立转向机构，其特征在于包括驱动电机电机壳(1)、驱动电机(1a)、转向电机(2a)、转向电机电机壳(2)、拐(3)、U形叉(4)、角度传感器(5)、转向电机电机连接座(6)、固定锥齿轮(7)、从动锥齿轮(8)；所述U形叉(4)的两端通过螺钉固定在所述拐(3)的上下壳体上；所述转向电机(2a)通过螺钉安装在转向电机电机壳(2)上，转向电机电机壳(2)通过螺钉与转向电机电机连接座(6)固定安装，固定锥齿轮(7)的肩轴端通过销子与电机连接座(6)另一端固定，且固定锥齿轮(7)的中心孔套接在拐(3)上部的中心轴上；固定锥齿轮(7)的锥齿端与从动锥齿轮(8)的锥齿端啮合，且从动锥齿轮(8)放置在拐(3)的内部；从动锥齿轮(8)的肩轴端套接在轴承(11)上，轴承(11)与密封盖(10)固定，从而使从动锥齿轮(8)相对于密封盖(10)转动；密封盖(10)与挡板(9)通过螺钉固定在拐(3)上；所述驱动电机电机壳(1)的一端穿过从动锥齿轮(8)的中心孔，且通过销子与从动锥齿轮(8)固定，驱动电机电机壳(1)的另一端内安装有电机端盖(1b)，驱动电机(1a)通过电机端盖(1b)固定安装在驱动电机电机壳(1)上，驱动电机(1a)的输出轴与车轮(12)的轮毂(13)连接。
2.根据权利要求1所述的滚动扭转独立转向机构，其特征在于所述从动锥齿轮(8)和所述拐(3)绕着所述转向电机(2a)的驱动轴(2b)公转。
3.根据权利要求1所述的滚动扭转独立转向机构，其特征在于所述从动锥齿轮(8)绕着所述固定锥齿轮(7)自转。
4.根据权利要求1所述的滚动扭转独立转向机构，其特征在于所述拐(3)、固定锥齿轮(7)、从动锥齿轮(8)构成行星轮系。
全文摘要
本发明公开了一种滚动扭转独立转向机构，包括驱动电机电机壳、驱动电机、转向电机、转向电机电机壳、拐、U形叉、角度传感器、转向电机电机连接座、固定锥齿轮、从动锥齿轮。本发明转向机构采用一驱动电机驱动拐转动的同时使从动锥齿轮自转；采用一转向电机驱动拐旋转的同时实现车轮的自转，保证了车轮与地面接触时发生滚动，而不是滑动，从而降低了车轮在转向时的能量消耗，有效地改善轮子转向时对地表堆积情况的破坏，提高深空探测车辆转向的安全性。
文档编号B62D11/04GK1915747SQ20061011309
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月11日 优先权日2006年9月11日
发明者高峰, 崔莹, 徐国艳, 王建 申请人:北京航空航天大学