[发明专利]一种全方向转向机构及其转向方法

说明书

本发明公开了一种全方向转向机构及其转向方法，上端传动箱上表面与转向步进电机组下表面相连，上端传动箱下表面与转向座上表面相连，转向座下表面与下端传动箱相连，上端传动箱与下端传动箱结构相同，传动纵轴活动设置于上端传动箱、转向座及下端传动箱内，动力输入轴一端设置于上端传动箱内并与传动纵轴顶端相连，输出轴套一端与下端传动箱相连，动力输出轴设置于输出轴套内，动力输出轴一端设置于下端传动箱内并与传动纵轴底端相连，动力输出轴另一端与轮胎中心位置相连，输出轴套上表面与转向架底端相连，转向架顶端与转向步进电机组上表面相连，该发明无论从经济性、结构简单可靠性、易操作性都有巨大对的优势。

技术领域

本发明涉及车轮转向技术领域，具体为一种全方向转向机构及其转向方法。

背景技术

自1886年德国人卡尔·本兹的三轮带煤气发动机车开始，人类进入了非生物动力轮式车辆发展的新纪元。在随后至今的一百多年间，汽车工业飞速发展。轮式车辆的应用从交通运输，扩展到军事、农业、工业等各个领域。轮式车辆从外观，到驱动方式都发生了巨大的改变。相对的，轮式车辆在转向方式上，并没有太多的变化。受制于设计及制造成本等原因，轮式车辆通常采用连杆系统的转向方式。连杆系统限制了偏转轮的偏转角度，也就造成了轮式车辆转向过程中必须有一定的转向半径。

在农业方面，以轮式拖拉机、高地隙植保车辆为代表的农机车辆，基本上延续了普通轮式车辆的转向方式。少部分采用铰接式转向。大部分场合下，农机车辆都是在广阔的田地环境下工作。在这种环境下有足够的空间，容纳较大的转弯半径。但是作为作业车辆，弧线的转弯半径既不利于作业机构对农作物的覆盖，也会造成大量轧苗的情况。而能够平移的作业车辆，恰恰能够很好的规避这些问题。在一些特殊场合，比如果园、大棚，密集低矮的作物限制了作业车辆的移动。与停车场类似的，农林业狭小的作业环境也迫切的需求能够灵活转向的车辆。

在工业、建筑业领域，轮式车辆也是生产装备的重要一环。以叉车为例，作为典型的后轮转向车辆，叉车拥有比较小的转向半径和比较大的转向角度。但即使这样，叉车在一些场合下仍然不能满足生产的需求。特别是叉车的作业机构位于车辆前段，在满载情况下经常会阻碍驾驶员的视线。所以也就经常出现，叉车装满货物后，驾驶员倒着开的景象。如果叉车可以做到平移、斜移，完全可以解决以上问题。建筑业中，比如常用的翻斗车，如果能够均匀倾倒混凝土，可以大大节省瓦工的工作强度。一般来说这个比较考验翻斗车驾驶员的经验水平，但是使用平移机构，可以减少对驾驶员的要求。

要实现车辆具有直行、蟹行、斜行、前轮转向、后轮转向、零半径转向等功能，最直接的办法是汽车具有四轮独立驱动-独立转向。四轮转向汽车的前后四个车轮都具有转向功能，并且根据前后车轮不同的摆角和相位，能够减小或增大汽车的转弯半径，从而提高车辆的灵活性或稳定性。因此，四轮转向汽车相比传统前轮转向汽车有两个优点：在低速时，后轮偏转方向与前轮相反，使得转弯半径减小，能够实现更灵活的转向；在高速时，后轮偏转方向与前轮相同，使得转弯半径增大，可以提升车辆的稳定性。

鉴于全方向转向机构的应用前景非常广阔，国内众多高校、企业也投入了大量精力进行研究，全向轮受制于其工作原理，各轮系之间需要正交排列，无法像传统轮系那样对称排列，所以应用范围比较小，一般使用在小型轮系机器人。

根据研究总结，比较完美的全方向转向机构应该能实现以下转向方式：正常偏转、斜行、平移、零半径回转，经过归纳，以下三种全方向转向结构是常见的结构形式，这些结构可以实现或者部分实现全方向转向的功能，但都有各自无法克服的缺点。

一、差速偏转方式存在的问题

缺点：

(1)转向过程滑移现象严重，对轮系磨损较大；

(2)不能实现平移、斜移，适用范围比较小；

(3)对行驶路面平整度要求高。

(4)转向指向性差，高速过程精准转向困难。