一种电机差速转向装置及其控制方法与流程

本发明涉及转向机构技术领域，具体涉及一种电机差速转向装置及其控制方法。

背景技术：

车辆底盘可以分为机械传动、液力传动、液压传动和电传动底盘。其中，液力传动、液压传动和电传动底盘具有转向灵活、控制精确和性能高的优点，但是存在制造复杂、体积较大、较为笨重、成本高、故障率较高且维修不方便的问题。而机械传动底盘通常需要设计复杂的结构才能实现在快速行驶前进时，在不停不减速的情况下，实施所需的任意角度转向、掉头、撤回或其他所需的角度行驶，包括实施原地转向，即一边履带正转，一边履带反转的功能，因此成本很高，操控复杂。

因此，亟需设计一种制造简单、体积小、重量轻、成本低、操控简单容易、并且性能相当高的车辆可行走和任意转向的转向装置方案及其控制方法。

技术实现要素：

本发明解决的问题是：现有技术中可实现任意转向的转向装置结构较为复杂，提供一种结构简单、方便操作、可以任意转向的电机差速转向装置及其控制方法。

本发明通过如下技术方案予以实现，一种电机差速转向装置，包括直行电机、转向电机、第一输入轴、第二输入轴、第一差速器、第二差速器；

所述第一差速器和第二差速器同轴对称设置，所述第一差速器和第二差速器均包括差速器机架、机架齿轮、主动锥齿轮、外侧半轴锥齿轮、内侧半轴锥齿轮，所述差速器机架外侧设有机架齿轮，所述差速器机架内轴向转动连接有多个机架锥齿轮，所述机架锥齿轮外侧共同啮合有外侧半轴锥齿轮，内侧共同啮合有内侧半轴锥齿轮，所述外侧半轴锥齿轮安装有驱动轮，所述内侧半轴锥齿轮安装有转向输入锥齿轮；

所述直行电机驱动第一输入轴转动，所述第一输入轴上设有两个第一主动轮，两个第一主动轮分别与第一差速器和第二差速器的两个机架齿轮啮合；

所述转向电机驱动第二输入轴转动，所述第二输入轴上设有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮同时与第一差速器和第二差速器的两个转向输入锥齿轮啮合；

进一步地，所述第二输入轴上设有涡轮，并与垂直设置的蜗杆啮合，所述转向电机驱动蜗杆转动。

进一步地，所述转向电机通过链轮和链条驱动蜗杆转动。

进一步地，所述直行电机通过链轮和链条驱动第一输入轴转动。

进一步地，所述机架锥齿轮是数量为1-4个。

本发明的另一个方面，提供了一种电机差速转向装置的控制方法，两个差速器同轴对称设置，由直行电机驱动两个差速器机架同速同向转动，由转向电机驱动差速器的内侧半轴同速反向转动，具体行走模式包括：

一、直行模式：

转向电机驱动蜗杆转动，蜗杆和涡轮啮合驱动第二输入轴转动，在直行模式下，转向电机停止工作，第二输入轴的涡轮和蜗杆起到自锁的作用，因此与第二输入轴的上主动锥齿轮啮合的转向输入锥齿轮静止不动，与转向输入锥齿轮连接的内侧半轴锥齿轮因此固定不转动；直行电机驱动主动轴转动，主动轴驱动两个差速器机架同向转动，由于内侧半轴锥齿轮固定不转动，在差速器机架的带动下，两个外侧半轴锥齿轮以差速器机架两倍的速度同向转动，与外侧半轴锥齿轮连接的驱动轮同向等速转动，因此实现直行；

二、原地旋转模式：

在原地旋转模式下，直行电机不工作，两个差速器机架保持静止，转向电机驱动蜗杆转动，蜗杆和涡轮啮合驱动第二输入轴转动，第二输入轴上的主动锥齿轮同时与两个输入锥齿轮啮合，由于差速器是对称布置，因此与输入锥齿轮连接的两个内侧半轴锥齿轮以相反方向同速转动，经过机架锥齿轮传动，两个驱动轮也以相反方向同速转动，因此实现原地零半径旋转；

三、转向模式：

转向模式是直行模式和原地旋转模式的叠加状态，直行电机和转向电机同时工作，两个驱动轮的转速和为直行模式时单个驱动轮的转速的两倍，两个驱动轮的转速差为原地旋转模式时单个驱动轮的转速的两倍，两个驱动轮形成了速度差，因此机器可以实现转向功能。

本发明的有益效果是：

1、本发明直行电机同时驱动两个差速器机构同向转动，转向电机驱动两个输入锥齿轮按相反方向运动，外侧半轴锥齿轮的速度为输入锥齿轮的速度和差速器的速度的叠加，控制两个电机的启停可以实现直行运动，原地转向运动，综合转向运动，通过调节两个电机转速比就可以调节转向半径，结构简单，成本低，转向灵活。

2、本发明的第二输入轴上设有涡轮，并与垂直的蜗杆啮合，涡轮蜗杆具有自锁功能，能够保证机器在直线运动中的稳定性，转向电机不会受力被动转动，导致的运动偏离。

附图说明

图1为本发明所述的一种电机差速转向装置的结构示意图；

图2为本发明所述的一种电机差速转向装置的直行模式转向示意图；

图3为本发明所述的一种电机差速转向装置的原地旋转模式转向示意图。

图中：1、直行电机；2、转向电机；3、第一输入轴；31第一主动轮；32第二主动轮；4、第二输入轴；41主动锥齿轮；42涡轮；43蜗杆；5、第一差速器；51差速器机架；52机架齿轮；53主动锥齿轮；54外侧半轴锥齿轮；55内侧半轴锥齿轮；56输入锥齿轮；6、第二差速器；7、驱动轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种电机差速转向装置，包括直行电机1、转向电机2、第一输入轴3、第二输入轴4、第一差速器5、第二差速器6；

所述第一差速器5和第二差速器6同轴对称设置，所述第一差速器5和第二差速器6均包括差速器机架51、机架齿轮52、主动锥齿轮41、外侧半轴锥齿轮54、内侧半轴锥齿轮55，所述差速器机架51外侧设有机架齿轮52，所述差速器机架51内轴向转动连接有多个机架锥齿轮53，所述机架锥齿轮53外侧共同啮合有外侧半轴锥齿轮54，内侧共同啮合有内侧半轴锥齿轮55，所述外侧半轴锥齿轮54安装有驱动轮7，所述内侧半轴锥齿轮55安装有转向输入锥齿轮56；

所述直行电机1驱动第一输入轴3转动，所述第一输入轴3上设有两个第一主动轮31，两个第一主动轮31分别与第一差速器5和第二差速器6的两个机架齿轮52啮合；

所述转向电机2驱动第二输入轴4转动，所述第二输入轴4上设有主动锥齿轮41，所述主动锥齿轮41同时与第一差速器5和第二差速器6的两个转向输入锥齿轮56啮合；

在实际应用中，所述第二输入轴4上设有涡轮42，并与垂直设置的蜗杆43啮合，所述转向电机2驱动蜗杆43转动。

在实际应用中，所述转向电机2通过链轮和链条驱动蜗杆43转动。

在实际应用中，所述直行电机1通过链轮和链条驱动第一输入轴3转动。

在实际应用中，所述机架锥齿轮53是数量为1-4个。

本发明的另一个方面，提供了一种电机差速转向装置的控制方法，两个差速器同轴对称设置，由直行电机1驱动两个差速器机架51同速同向转动，由转向电机2驱动差速器的内侧半轴同速反向转动，具体行走模式包括：

一、直行模式：

转向电机2驱动蜗杆43转动，蜗杆43和涡轮42啮合驱动第二输入轴4转动，在直行模式下，转向电机2停止工作，第二输入轴4的涡轮42和蜗杆43起到自锁的作用，因此与第二输入轴4的上主动锥齿轮41啮合的转向输入锥齿轮56静止不动，与转向输入锥齿轮56连接的内侧半轴锥齿轮55因此固定不转动；直行电机1驱动主动轴转动，主动轴驱动两个差速器机架51同向转动，由于内侧半轴锥齿轮55固定不转动，在差速器机架51的带动下，两个外侧半轴锥齿轮54以差速器机架51两倍的速度同向转动，与外侧半轴锥齿轮54连接的驱动轮7同向等速转动，因此实现直行；

二、原地旋转模式：

在原地旋转模式下，直行电机1不工作，两个差速器机架51保持静止，转向电机2驱动蜗杆43转动，蜗杆43和涡轮42啮合驱动第二输入轴4转动，第二输入轴4上的主动锥齿轮41同时与两个输入锥齿轮56啮合，由于差速器是对称布置，因此与输入锥齿轮56连接的两个内侧半轴锥齿轮55以相反方向同速转动，经过机架锥齿轮53传动，两个驱动轮7也以相反方向同速转动，因此实现原地零半径旋转；

三、转向模式：

转向模式是直行模式和原地旋转模式的叠加状态，直行电机1和转向电机2同时工作，两个驱动轮7的转速和为直行模式时单个驱动轮7的转速的两倍，两个驱动轮7的转速差为原地旋转模式时单个驱动轮7的转速的两倍，两个驱动轮7形成了速度差，因此机器可以实现转向功能。

综上所述，本发明所述的一种电机差速转向装置具有质量轻、安装方便、成本低，转向灵活的优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。