农业机械用电动自动转向系统技术方案

本发明专利技术涉及农业机械自动控制领域，具体涉及一种农业机械用电动自动转向系统，包括自动转向装置，自动转向装置包括同轴依次设置的方向盘、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机，行星齿轮减速机构、盘式无刷电机设置在机壳内，盘式无刷电机与行星齿轮减速机构连接，行星齿轮减速机构连接有连接法兰，连接法兰穿过方向盘、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机的中心，连接法兰一端连接方向盘，另一端与转向管柱的转向轴连接，转向管柱连接机械转向装置，机械转向装置使转向轮转动，转向轮上设有转角传感器，转向传感器连接电子控制单元，电子控制单元连接电机驱动器，电机驱动器连接盘式无刷电机。

Electric automatic steering system for agricultural machinery

The invention relates to the field of automatic control of agricultural machinery, in particular to an automatic steering system for agricultural machinery, including an automatic steering device. The automatic steering device includes a directional steering wheel, a planetary gear reducer, a disk brushless motor, a planetary gear reducer, and a disk brushless motor set up in the machine. In the shell, the disk brushless motor is connected with the planetary gear reducer, and the planetary gear reducer is connected with a connecting flange, connecting the flange through the steering wheel, the planetary gear reduction mechanism, the center of the disk type brushless motor, connecting the flange one end to the steering wheel, the other end connected with the steering shaft of the steering column, and turning to the pipe column connection. The mechanical steering device, the mechanical steering gear turns the steering wheel, the steering wheel is equipped with a rotating angle sensor, the steering sensor connects the electronic control unit, the electronic control unit connects the motor driver, the motor driver connects with the disk brushless motor.

【技术实现步骤摘要】
农业机械用电动自动转向系统
本专利技术涉及农业机械自动控制领域，具体涉及一种农业机械用电动自动转向系统。
技术介绍
随着精准农业与智慧农业的提出和不断发展，自动导航或无人驾驶成为农业机械的基本功能之一，在减轻作业人员劳动强度的同时将大大提高农田作业的精准度。而自动转向是自动导航农业机械的必备功能之一，能够实时接收自动导航装置发出的转向控制指令，保证农业机械的转向轮旋转至所期望的角度。专利号为201010110694.6的中国专利采用在原有拖拉机液压转向的基础上，并联液压回路的方法，实现拖拉机转向的手动/自动模式切换，以及自动模式下的电液比例控制。但是，农业机械液压系统改造过程较为复杂，且改造、维护成本较高。此外，许多农业机械，如高速插秧机等，采用整体式液压转向装置，不能采用上述专利所述的并联液压系统的方式进行改造。国外农业机械自动转向装置集成于自动导航系统中，未提供开放的控制接口，价格昂贵，不适合国内小地块的农业生产特点尤其是小型农业机械自动转向要求。
技术实现思路
针对农业机械的后装需求，要求在不改变其原有转向机构和液压系统的前提下，实现自动转向，这就要求自动转向装置结构紧凑、便于安装，而最为简单便捷的方法是采用具备动力的自动转向装置替换原有方向盘。因此，本专利技术提供一种农业机械用电动自动转向系统，满足了农业机械的工作要求。本专利技术采用如下技术方案：一种农业机械用电动自动转向系统，包括自动转向装置，自动转向装置包括同轴依次设置的方向盘、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机，行星齿轮减速机构、盘式无刷电机设置在机壳内，盘式无刷电机与行星齿轮减速机构连接，行星齿轮减速机构连接有连接法兰，连接法兰穿过方向盘、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机的中心，连接法兰一端连接方向盘，另一端与转向管柱的转向轴连接，转向管柱连接机械转向装置，机械转向装置使转向轮转动，转向轮上设有转角传感器，转向传感器连接电子控制单元，电子控制单元连接电机驱动器，电机驱动器连接盘式无刷电机。所述行星齿轮减速机构为两级减速机构，包括一级行星轮机构、二级行星轮机构，一级行星轮机构包括一级行星架、一级内齿圈、一级太阳轮，二级行星轮机构包括二级行星架、二级内齿圈、二级太阳轮，一级内齿圈、二级内齿圈分别固定在机壳内，一级行星架与二级太阳轮连接。所述连接法兰连接二级行星架，一级太阳轮连接盘式无刷电机。所述二级行星架通过连接块与方向盘连接。盘式无刷电机包括外转子、内定子。所述一级太阳轮连接外转子。所述盘式无刷电机的内定子固定于机壳的底部。机壳通过L形连接件和U形螺栓固定于转向管柱上，进一步固定于农业机械底盘上。所述机械转向装置为液压转向装置。所述电机驱动器设有切换开关，用来控制电动及手动模式的切换。本专利技术的工作过程：电子控制单元接收转角传感器的测量值和CAN总线发出的角度期望值，并对二者进行比较，以此计算盘式无刷电机的旋转方向和旋转速度，并将控制信号输出至电机驱动器，电机驱动器控制盘式无刷电机的动作，由盘式无刷电机提供动力，经过两级行星减速机构减速增扭后，通过连接法兰穿过同轴内孔传递至转向管柱的转向轴，使农业机械转向轮转动至期望角度。本专利技术的优点及有益效果为：1、由盘式无刷电机作为动力源提供转向扭矩，控制方式简单灵活、调试安装方便、硬件成本较低，从而能够降低农业机械自动导航或无人驾驶系统的整体成本，促进农机自动导航作业的实际应用和产业化发展；2、盘式无刷电机、行星减速机构和连接法兰均具有内孔且同轴组装，能够直接安装于农业机械转向管柱上，替代农业机械原有方向盘，整体结构紧凑，安装方法简单；3、在紧急情况下，可通过切换开关切断盘式无刷电机的动力输出，此时盘式无刷电机无保持力矩，即可人工操作方向盘进行转向，保留了机器的人工转向功能；4、采用电子控制单元控制并调节电机的旋转方向和速度，通过修改电子控制单元程序的方式即可改变自动转向装置的转向角范围、响应速度，以适应多种农业机械转向机构的不同要求；5、采用农业机械通用的CAN总线通信控制接口，易于集成到农业机械的自动控制系统中。附图说明图1是本专利技术的外观结构示意图；图2是本专利技术的安装结构示意图；图3是本专利技术的内部结构示意图；图4是本专利技术的控制原理框图。其中，1、连接法兰，2、方向盘，3、二级行星架，4、二级内齿圈，5、二级太阳轮，6、一级行星架，7、一级内齿圈，8、一级太阳轮，9、外转子，10、内定子，11、L形连接件，12、转向管柱，13、机壳，14、连接块，15、转向轴。具体实施方式如图1至图4所示，一种农业机械用电动自动转向系统，包括自动转向装置，自动转向装置包括同轴依次设置的方向盘2、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机。行星齿轮减速机构、盘式无刷电机设置在机壳13内，机壳13通过L形连接件11和U形螺栓固定于转向管柱12上。所述的盘式无刷电机具有外转子9和内定子10，所述盘式无刷电机的内定子10固定于机壳13的底部。所述行星齿轮减速机构包括一级行星轮机构、二级行星轮机构，一级行星轮机构包括一级行星架6、一级内齿圈7、一级太阳轮7，二级行星轮机构包括二级行星架3、二级内齿圈4、二级太阳轮5。一级内齿圈7、二级内齿圈4分别固定在机壳13内，一级行星架6与二级太阳轮5连接。行星齿轮减速机构的内齿圈固定，动力由一级太阳轮和二级太阳轮输入，经减速后分别由一级行星架和二级行星架输出。盘式无刷电机的外转子9与一级行星减速机构的一级太阳轮8连接，一级行星减速机构的一级行星架6与二级行星减速机构的二级太阳轮5连接，二级行星减速机构的二级行星架3通过连接块14与方向盘2连接。所述盘式无刷电机的外转子9和内定子10、行星减速机构的两级太阳轮和两级行星架，均具有同轴内孔。所述的连接法兰1穿过同轴内孔，与二级行星减速机构的二级行星架3连接，并且一端与方向盘2连接，一端通过花键和螺母与转向管柱12的转向轴15连接，转向管柱12连接机械转向装置，机械转向装置为液压转向装置，机械转向装置控制转向轮的动作。转角传感器的输入轴与前轮转向轮的转向轴连接，其角度测量信号输入至电子控制单元，电子控制单元读取转角传感器的角度测量值，同时接收CAN总线上的角度期望值，进行比较和运算并将旋转方向控制信号和旋转速度控制信号，分别发送至电机驱动器的正反转控制端F/R和转速控制端Speed，以控制盘式无刷电机实现相应的旋转动作。所述的切换开关，其一端接地，一端接电机驱动器的使能端。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种农业机械用电动自动转向系统，包括自动转向装置，其特征是，自动转向装置包括同轴依次设置的方向盘、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机，行星齿轮减速机构、盘式无刷电机设置在机壳内，盘式无刷电机与行星齿轮减速机构连接，行星齿轮减速机构连接有连接法兰，连接法兰穿过方向盘、行星齿轮减速机构的中心，连接法兰一端连接方向盘，另一端与转向管柱的转向轴连接，转向管柱连接机械转向装置，机械转向装置使转向轮转动，转向轮上设有转角传感器，转向传感器连接电子控制单元，电子控制单元连接电机驱动器，电机驱动器连接盘式无刷电机。

【技术特征摘要】
1.一种农业机械用电动自动转向系统，包括自动转向装置，其特征是，自动转向装置包括同轴依次设置的方向盘、行星齿轮减速机构、盘式无刷电机，行星齿轮减速机构、盘式无刷电机设置在机壳内，盘式无刷电机与行星齿轮减速机构连接，行星齿轮减速机构连接有连接法兰，连接法兰穿过方向盘、行星齿轮减速机构的中心，连接法兰一端连接方向盘，另一端与转向管柱的转向轴连接，转向管柱连接机械转向装置，机械转向装置使转向轮转动，转向轮上设有转角传感器，转向传感器连接电子控制单元，电子控制单元连接电机驱动器，电机驱动器连接盘式无刷电机。2.根据权利要求1所述的农业机械用电动自动转向系统，其特征是，所述行星齿轮减速机构包括一级行星轮机构、二级行星轮机构，一级行星轮机构包括一级行星架、一级内齿圈、一级太阳轮，二级行星轮机构包括二级行星架、二级内齿圈、二级太阳轮，一级内齿圈、二级内齿圈分别固定在机壳内，一级行星架与二级太阳轮联接。...

【专利技术属性】
技术研发人员：印祥，刘岗微，杜娟，耿端阳，金诚谦，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37