一种用于平整地面的高速舵轮

技术领域

本发明涉及舵轮技术领域，尤其涉及一种用于平整地面的高速舵轮。

背景技术

随着我国工厂自动化、餐厅自动化等的蓬勃发展，对机器人的需求也随之增长，特别是轮式机器人。近几年，和人力成本的增高，轮式机器人的需求有了更加明显的增加。

轮式机器人中的关键部件之一是底盘驱动装置，其中一种新兴的驱动形式——舵轮，它是集成了驱动电机、转向电机、减速机等一体化的机械结构，集产品、行走、牵引和转向功能为一体，可以荷载和牵引较重货物。可快速部署AGV、移动式机器人等。

经检索，中国专利申请号为：2018210782102，公开了一种全向舵轮驱动装置，属于舵轮技术领域。所述的全向舵轮驱动装置，包括电机驱动机构、舵轮机构、速度检测机构，所述电机驱动机构包括电机，与电机连接的电机齿轮；所述舵轮机构包括舵轮、舵轮安装轴、设置于舵轮安装轴上方的舵轮安装板和固定在舵轮安装板上的舵轮齿轮，所述舵轮齿轮与电机齿轮相啮合，所述舵轮齿轮和电机齿轮通过螺栓紧固轴固定于所述舵轮安装板上；所述速度检测机构设有编码器A和编码器安装板，所述编码器安装板通过过渡轴固定于所述舵轮安装板上。本发明无需安装差速驱动装置，采用电机与驱动轮直接联接的方式，驱动轮转向空间大，转向更精准灵活。

该专利存在以下缺陷：

1、现有舵轮技术驱动采取电机加齿轮组的形式进行传动，动力传递的过程会存在虚位的现象，即存在一小段时间电机转动却不能影响轮子转动；

2、现有舵轮技术，在转向部分使用电机内置的绝对式编码器进行转向角度测量，精度低，有较大的累积误差；

3、现有舵轮技术，多采用钢、铁等金属材料，重量较重。

为此，提出了一种用于平整地面的高速舵轮。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中提出的技术问题，而提出的一种用于平整地面的高速舵轮。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于平整地面的高速舵轮，包括舵轮安装板、驱动机构、转向机构和转向反馈机构；

所述驱动机构包括PU包胶轮、大功率无刷电机、磁铁、驱动器固定件、无刷驱动器、电机固定架、电机过渡轴、轴承和轴承支架，所述大功率无刷电机位于PU包胶轮内，所述大功率无刷电机旋转端直接与包胶轮和电机过渡轴连接，所述磁铁固定设置于大功率无刷电机的动力输出圆盘上，所述大功率无刷电机的电机固定端与电机固定架和驱动器固定件固定连接，所述无刷驱动器安装在驱动器固定件上；

转向机构包括伺服电机、转向电机安装架、电机输出轴夹片、转向电机齿轮和大转向齿轮板，所述伺服电机安装在转向电机安装架上，所述转向电机安装架安装在舵轮安装板的顶部，所述转向电机齿轮安装在伺服电机的输出轴上，所述转向电机齿轮与大转向齿轮板啮合连接，所述转向电机齿轮转动设置在转向电机安装架的底部，所述电机输出轴夹片安装在转向电机齿轮的底部，且固定套接在伺服电机输出轴的外侧壁上，所述轴承支架安装在大转向齿轮板的顶部，所述大转向齿轮板通过交叉滚子轴承固定件转动连接在舵轮安装板上；

转向反馈机构包括多圈绝对式编码器、联轴器和编码器齿轮，所述多圈绝对式编码器安装在转向电机安装架的顶部，所述多圈绝对式编码器的输出轴贯穿转向电机安装架并通过联轴器与编码器齿轮连接，所述编码器齿轮与转向电机齿轮啮合连接。

优选地，所述磁铁与驱动器上的as5047p 14位同轴磁旋转位置传感器，距离在2－3mm之间，驱动器固定在驱动器固定件上，与电机同轴心，驱动器上的传感元件与电机轴上固定的磁铁同轴。

优选地，所述编码器齿轮与大转向齿轮板相互啮合，传动比为3：1。

优选地，还包括过线架，所述过线架安装在轴承支架上。

优选地，所述交叉滚子轴承固定件通过交叉滚子轴承转动设置在舵轮安装板上。

优选地，所述舵轮安装板上安装有底盖。

优选地，所述大转向齿轮板的顶部固定连接有固定板，所述轴承支架和电机固定架均固定安装在固定板的顶部。

优选地，所述舵轮安装板、大转向齿轮板、转向电机齿轮和编码器齿轮的材质均为碳纤维。

优选地，PU包胶轮、过线架和驱动器固定件设计成镂空结构。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

1、本发明中，该高速舵轮的轮毂采用电机直接驱动，代替了现有的采用齿轮组传动的方式，避免了动力传递过程中发生虚位的情况发生，解决虚位的问题；

2、本发明中，该高速舵轮的转向部分外接多圈绝对式编码器，精度高，可以避免较大累计误差的情况发生，提高精度与响应速度；

3、本发明中，该高速舵轮采用轻质材料与镂空设计，质量轻，减重以达到节能与提高运行速度的目的。

4、本发明中，驱动电机采用大电流无刷驱动器进行驱动，匹配电机的大功率，能够实现舵轮的高速运行。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于平整地面的高速舵轮的结构示意图；

图2为本发明提出的一种用于平整地面的高速舵轮中转向机构的结构示意图；

图3为本发明提出的一种用于平整地面的高速舵轮中传动机构的结构示意图；

图4为本发明提出的一种用于平整地面的高速舵轮中驱动机构的结构示意图；

图5为本发明提出的一种用于平整地面的高速舵轮中驱动机构的爆炸图；

图6为本发明提出的一种用于平整地面的高速舵轮中转向机构以及转向反馈机构的爆炸图。

图中：1、PU包胶轮；2、多圈绝对式编码器；3、伺服电机；4、转向电机安装架；5、舵轮安装板；6、轴承；7、轴承支架；8、交叉滚子轴承固定件；9、大转向齿轮板；10、过线架；11、电机输出轴夹片；12、转向电机齿轮；13、编码器齿轮；14、联轴器；15、电机过渡轴；16、驱动器固定件；17、无刷驱动器；18、电机固定架；19、固定板；20、交叉滚子轴承；21、大功率无刷电机；22、磁铁；23、底盖。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图6，一种用于平整地面的高速舵轮，包括舵轮安装板5、驱动机构、转向机构和转向反馈机构；

驱动机构包括PU包胶轮1、大功率无刷电机21、磁铁22、驱动器固定件16、无刷驱动器17、电机固定架18、电机过渡轴15、轴承6和轴承支架7，大功率无刷电机21位于PU包胶轮1内，大功率无刷电机21旋转端直接与包胶轮1和电机过渡轴15连接，磁铁22固定设置于大功率无刷电机21的动力输出圆盘上，大功率无刷电机21的电机固定端与电机固定架18和驱动器固定件16固定连接，无刷驱动器17安装在驱动器固定件16上，大功率无刷电机21工作时旋转带动磁铁22旋转，磁铁22与无刷驱动器17背面中心的as5047p-14位同轴磁旋转位置传感器相对旋转，无刷驱动器17读取大功率无刷电机21转动数据对大功率无刷电机21进行驱动控制。

转向机构包括伺服电机3、转向电机安装架4、电机输出轴夹片11、转向电机齿轮12和大转向齿轮板9，伺服电机3安装在转向电机安装架4上，转向电机安装架4安装在舵轮安装板5的顶部，转向电机齿轮12安装在伺服电机3的输出轴上，转向电机齿轮12与大转向齿轮板9啮合连接，转向电机齿轮12转动设置在转向电机安装架4的底部，电机输出轴夹片11安装在转向电机齿轮12的底部，且固定套接在伺服电机3输出轴的外侧壁上，轴承支架7安装在大转向齿轮板9的顶部，大转向齿轮板9通过交叉滚子轴承固定件8转动连接在舵轮安装板5上，伺服电机3通过与转向电机齿轮12将转向的动力输出，转向电机齿轮12与大转向齿轮板9相互啮合，带动整个带动机构旋转。

转向反馈机构包括多圈绝对式编码器2、联轴器14和编码器齿轮13，多圈绝对式编码器2安装在转向电机安装架4的顶部，多圈绝对式编码器2的输出轴贯穿转向电机安装架4并通过联轴器14与编码器齿轮13连接，编码器齿轮13与转向电机齿轮12啮合连接，多圈绝对式编码器2是在单圈编码器的基础上，通过机械传动结构制成，通过将编码器轴的旋转转为脉冲的变化，最终转码成旋转的角度数值，传入控制器进行反馈控制，绝对式编码器具有断电记录的特性，整个驱动轮的转动通过大转向齿轮板9输出，编码器齿轮13与大转向齿轮板9相互啮合，传动比为3：1，编码器齿轮13的旋转通过联轴器14传到多圈绝对式编码器轴，进行角度变化量的记录与反馈。

本发明中，更具体地，还包括过线架10，过线架10安装在轴承支架7上。

本发明中，更具体地，交叉滚子轴承固定件8通过交叉滚子轴承20转动设置在舵轮安装板5上。

本发明中，更具体地，舵轮安装板5上安装有底盖23。

本发明中，更具体地，大转向齿轮板9的顶部固定连接有固定板19，轴承支架7和电机固定架18均固定安装在固定板19的顶部。

本发明中，更具体地，舵轮安装板5、大转向齿轮板9、转向电机齿轮12和编码器齿轮13的材质均为碳纤维，质量轻，减重以达到节能与提高运行速度的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。