专利名称：超小型电传差动转向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及小型机器人的组成装置。具体的说是用于小型机器人底盘 的超小型电传差动转向装置。
背景技术：
目前，履带式和多轮式机器人底盘在转向时多采用如下方式进行控制
1、 采用双电机分别调速来控制两侧履带(车轮)的速度；这种方案是最简 单的然而却有它难以克服的弊病方向的可控性不佳，在速度高及复杂路面时 尤为严重，这会导致机器人的控制准确性下降，长直线运动较难实现，转向半 径误差较大等一系列问题。
2、 采用步进电机或双电机同步技术来解决走直线问题；采用大变速比(具 有自锁能力)的减速器或步进电机或直流电机精确制动技术来解决转向误差。这 样所用的技术比较复杂，成本也会高一些，大变速比减速器或步进电机的采用 还会使机器人的运动速度受到较大的限制，机械效率和可靠性也不会太高；
3、 采用机械式双边离合器来控制单侧履带(车轮)的动力输出，即脱离(或 同时制动)转向内侧边动力。这种机构所需的操控力较大，转向传动效率也很 低，不适合做连续转向动作，具有明显的磨损件，故障率较大。
4、 机械差动机构配合可控液压马达技术实现无规定半径的转向，这是一种 高效的转向技术，但系统复杂大多应用于大型车辆，且液压技术的应用也不利 于小型化。
实用新型内容
为克服现有产品的上述缺陷，本实用新型提供了一种综合了电机控制和差动 机构优越性的电传差动转向机构，不仅可较大幅度的提高其转向传动效率和可 靠性，而且难度较为适中。
本实用新型通过以下技术方案来实现一种超小型电传差动转向装置，包括主动力输入轴、左右两个转向电机，左
右动力输出轴、电机PWM控制器、零轴换向器和左右两个行星式机械差动机构， 其中左右两个转向电机分别安装在左右两个行星式机械差动机构上，且左右两 个转向电机为并联连接，两者之间设置电机PWM控制器，主动力输入轴与左右 两个行星式机械差动机构连接，左右动力输出轴分别设置在左右两个行星式机 械差动机构上。
作为本实用新型的一种改进，所述行星式机械差动机构包括输入齿、中心太 阳轮、行星轮、行星轮齿圈、行星架和输出轴，所述零轴换向器包括涡轮轴齿 组、零轴换向齿组、零轴、传动齿，所述转向电机通过电机输出蜗杆和涡轮轴 齿组啮合连接，涡轮轴齿组的传动齿轮分别和中心太阳轮和零轴换向齿组啮合 连接，零轴换向齿组和零轴啮合相连，并带动传动齿，所述输入齿和行星轮齿 圈啮合连接，输出轴和行星架固定连接，所述主动力输入轴动力输出轴分别和 行星式机械差动机构的输入齿和输出轴固定连接。
作为本实用新型的一种改进，所述零轴换向齿组由两个桥齿轮和零轴传动 齿组合而成。
作为本实用新型的一种改进，所述零轴换向齿组可由直齿或锥齿组成。 作为本实用新型的一种改进，所述行星式机械差动机构外设置有箱体和箱
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作为本实用新型的一种改进，所述零轴换向器置于行星式机械差动机构的 箱体内或置于箱体外。
下面对本实用新型作进一步描述
整个机构由转向电机、电机PWM控制器、行星式机械差动机构等基本部件构 成。其结构特点是左右侧履带(车轮)各有一组行星式机械差动机构(汇流排)， 行星式机械差动机构(汇流排)由中心太阳轮、齿圈、行星轮和行星架、输出 轴构成，转向动力由两只并联连接但分别安装于行星式机械差动机构(汇流排) 箱体上的转向电机输入到各自行星式机械差动机构(汇流排)的中心太阳轮，主动力由两侧行星式机械差动机构(汇流排)齿圈输入，行星架则将齿圈上的 主动力和中心太阳轮上的转向动力合成并通过固接于行星架上的输出轴输出， 两侧行星式机械差动机构(汇流排)之间则由一根带有换向器的零轴相连接，
转向电机则由PWM控制器控制转速和方向。
本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果-
1、 由专用的转向电机配合行星差动机构实现两侧车轮的差速运动，综合了电 机良好的控制性和行星差动机构动作准确的特性，同时还使系统在一定程度上 得到了简化，使系统的可靠性和稳定性得以加强；
2、 能实现可控无级的规定转向半径转向，转向性能比较理想；
3、 转向时内侧履带产生再生功率可以通过零轴回馈到外侧履带，提高了功率 的利用率；
4、 转向电机只在需要转向时参与工作，降低了能源的消耗，这对延长机器人 的工作时间比较有利；
5、 由于左右汇流排之间用零轴相联，在转向电机没有动作的情况下，保证了 双侧履带(车轮)转速的严格一致；
6、 转向动力分为左右两路转向电机分别输入，使整体布置更为灵活，可靠性 也进一步得到了提高。
图l是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的右转向电机和右行星式机械差动机构的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图并通过实施例对本实用新型作进一步详细的描述。 结合附
图1， 一种超小型电传差动转向装置，包括主动力输入轴10、左右 两个转向电机30， 40,左右动力输出轴70， 80其特征在于该装置还包括电机 PWM控制器20、零轴换向器90和左右两个行星式机械差动机构50， 60，其中左 右两个转向电机30， 40分别安装在左右两个行星式机械差动机构50， 60上，且左右两个转向电机30， 40为并联连接，两者之间设置电机PWM控制器20，主 动力输入轴10与左右两个行星式机械差动机构50， 60连接，左右动力输出轴 70， 80分别设置在左右两个行星式机械差动机构50， 60上。
结合附图2所示，所述行星式机械差动机构50包括输入齿7、中心太阳轮 9、行星轮13、行星轮齿圈14、行星架12和输出轴8，所述零轴换向器90包括 涡轮轴齿组2、零轴换向齿组4、零轴5、传动齿6，所述转向电机30通过电机 输出蜗杆3和涡轮轴齿组2啮合连接，涡轮轴齿组2的传动齿轮分别和中心太 阳轮9和零轴换向齿组4啮合连接，零轴换向齿组4和零轴5啮合相连，并带 动传动齿6，所述输入齿14和行星轮齿圈14啮合连接，输出轴8和行星架12 固定连接，所述主动力输入轴10动力输出轴70分别和行星式机械差动机构50 的输入齿7和输出轴8固定连接。其中，涡轮轴齿组2由涡轮与一个与中心太 阳轮9啮合的传动齿轮固接于一根轴上构成。采用蜗杆涡轮传动是为了使转向 动力具有反向自锁能力，为提高其传动效率，应用了多头蜗杆技术；零轴换向 齿组4由两个桥齿轮(一个位于另一侧箱体内)和零轴传动齿组合而成，最终 实现零轴转动时二侧中心太阳轮相对反转。这个换向器也可由一组锥齿轮来实 现，也可以单独安排在箱体外部。
实施例为一采用多头蜗杆和箱内直齿桥齿轮零轴换向传动的电传差动转向 装置。
车辆直线行驶时，转向电机没有动作，且由于蜗杆的自锁作用使得中心太 阳轮处于固定状态，这样主动力通过齿圈、行星轮、行星架传给输出轴，由于 左右箱体的主动力来自同一动力源，故左右输出轴的转速完全相同；当车辆进 行转向时，转向电机向某一方向转动，通过蜗杆传到涡轮轴齿组的动力将驱动 中心太阳轮向一个方向转动，根据行星差动机构工作原理，此时的行星架(与 输出轴固联)运动速度和方向将按齿圈和中心太阳轮的运动进行叠加后输出； 又由于转向电机的输入还通过换向齿组与对侧的中心太阳轮机械相关，这就导 致转向电机的动作会使两侧输出轴的转速作相对反向的运动，即一侧速度增加而另一侧的速度则减低，且增减的幅度相等。在这个过程中由于内侧履带(车 轮)是减速，外侧是加速，内侧就必然会有一部分能量要富裕出来，这部分能 量会通过零轴传递到外侧履带(车轮)正好可以补偿外侧所需增加的能量，提 高了转向能量的利用率。显然，只要改变转向电机的转速和方向，车辆就可以 按各种需要的转向半径实现转向，甚至在主动力切断的情况下还能实现原地转 向(仅有二侧履带(车轮)相对反向转动的零半径转向)。
本实用新型提供的装置也可以只设置一个转向电机，转向电机分别通过蜗 杆与左右两个行星式机械差动机构的中心太阳轮连接相啮合。
当然，本实用新型还可以有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及 其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可以根据本发明做出各种相应的改变 和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所的权利要求的保护范 围。
权利要求1.一种超小型电传差动转向装置，包括主动力输入轴(10)、左右两个转向电机(30，40)、左右动力输出轴(70，80)，其特征在于该装置还包括电机PWM控制器(20)、零轴换向器(90)和左右两个行星式机械差动机构(50，60)，其中左右两个转向电机(30，40)分别安装在左右两个行星式机械差动机构(50，60)上，且左右两个转向电机(30，40)为并联连接，两者之间设置电机PWM控制器(20)，主动力输入轴(10)与左右两个行星式机械差动机构(50，60)连接，左右动力输出轴(70，80)分别设置在左右两个行星式机械差动机构(50，60)上。
2. 根据权利要求1所述的超小型电传差动转向装置，其特征在于所述行星 式机械差动机构(50)包括输入齿(7)、中心太阳轮(9)、行星轮(13)、行星 轮齿圈(14)、行星架(12)和输出轴(8)，所述零轴换向器(90)包括涡轮轴 齿组(2)、零轴换向齿组(4)、零轴(5)、传动齿(6)，所述转向电机(30) 通过电机输出蜗杆(3)和涡轮轴齿组(2)啮合连接，涡轮轴齿组(2)的传动 齿轮分别和中心太阳轮(9)和零轴换向齿组(4)啮合连接，零轴换向齿组(4) 和零轴(5)啮合相连，并带动传动齿(6)，所述输入齿(14)和行星轮齿圈(14) 啮合连接，输出轴(8)和行星架(12)固定连接，所述主动力输入轴(10)动 力输出轴(70)分别和行星式机械差动机构(50)的输入齿(7)和输出轴(8) 固定连接。
3. 根据权利要求2所述的超小型电传差动转向装置，其特征在于所述零轴 换向齿组(4)由两个桥齿轮和零轴传动齿组合而成。
4. 根据权利要求2所述的超小型电传差动转向装置，其特征在于所述零轴 换向齿组(4)可由直齿或锥齿组成。
5. 根据权利要求1或2所述的超小型电传差动转向装置，其特征在于所述行 星式机械差动机构外设置有箱体(15)和箱盖(16)。
6. 根据权利要求2所述的超小型电传差动转向装置，其特征在于所述零轴换 向器(90)置于行星式机械差动机构的箱体(15)内或置于箱体(15)夕卜。
专利摘要本实用新型涉及小型机器人的组成装置。具体的说是用于小型机器人底盘的超小型电传差动转向装置。一种超小型电传差动转向装置，包括主动力输入轴、左右两个转向电机，左右动力输出轴、电机PWM控制器、零轴换向器和左右两个行星式机械差动机构，其中左右两个转向电机分别安装在左右两个行星式机械差动机构上，且左右两个转向电机为并联连接，两者之间设置电机PWM控制器，主动力输入轴与左右两个行星式机械差动机构连接，左右动力输出轴分别设置在左右两个行星式机械差动机构上。本实用新型综合了电机良好的控制性和行星差动机构动作准确的特性，同时还使系统在一定程度上得到了简化，使系统的可靠性和稳定性得以加强。
文档编号B62D11/10GK201151425SQ20072018428
公开日2008年11月19日 申请日期2007年10月15日 优先权日2007年10月15日
发明者朱健声 申请人:杭州师范大学