CN105730216A - 一体化全向轮及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种一体化全向轮,该全向轮包括全向轮、变速器和无刷EC盘式电机,无刷EC盘式电机及其变速器安放在全向轮内部,无刷EC盘式电机连接变速器,变速器的输出端的齿轮作为太阳齿轮与全向轮内部行星齿轮啮合,带动全向轮运动。其在全向轮内部固定了无刷EC盘式电机,提高了无刷EC盘式电机的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种全向轮及其控制方法,特别是一种电机与全向轮一体化的全向移动装置。
背景技术
目前全向轮普遍应用在AGV小车平台上。全向轮是一种可以用于搭建全方位移动平台的轮子。它的特点是在轮毂周围分布有与轮毂成一定角度的滚轮,轮毂作为主动轮,滚轮作为从动轮,主动轮由电机驱动,滚轮自由滚动。通过控制轮子间的速度组合,即可实现设备在不转向的情况下直接向任意方向的运动。这种全向轮的移动平台相比普通轮系平台,具有更高的运动灵活性,能适应在更狭小的空间中运动。现有的全向轮都是通过皮带传动的,驱动电机是与全向轮分开的,这种传动方式的全向轮精度低、体积较大、运动不够稳定,且全向轮滚轮转动不够顺畅,满足不了应用于当前AGV小车平台的要求。
发明内容
发明目的:
本发明提供一种一体化全向轮及其控制方法,其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案:
一种一体化全向轮,其特征在于:该全向轮包括全向轮、变速器和无刷EC盘式电机,无刷EC盘式电机及其变速器安放在全向轮内部,无刷EC盘式电机连接变速器,变速器的输出端的齿轮作为太阳齿轮与全向轮内部行星齿轮啮合,带动全向轮运动。
所述无刷EC盘式电机变速器输出轴与霍尔传感器同轴相连,霍尔传感器连接至控制器。
全向轮分为内轮毂和外轮毂,内轮毂和外轮毂的直径相同且中心点重合,在内轮毂和外轮毂上均设置有滚轮,内轮毂上的滚轮和外轮毂上的滚轮之间相互交错设置,即:内轮毂上的滚轮的位置对应外轮毂上相邻的两个滚轮之间。
相互交错的滚轮之间形成30°夹角,即:滚轮的中心至轮毂中心之间形成连线,相互交错的滚轮的连线之间的夹角为30°。
无刷EC盘式电机及其变速器固定在所述轴承套内部,所述轴承套以及内部固定无刷EC盘式电机均为静止端并作为驱动装置,轴承套与全向轮内壁之间设置有轴承,使用时通过无刷EC盘式电机转动带动全向轮在轴承的作用下转动。
内轮毂和外轮毂之间相隔5毫米。
利用上述的一体化全向轮所实施的控制方法,其特征在于:该方法步骤如下::系统上电,给定一组触发脉冲信号,使电机转动;:当电机转动时,带动霍尔传感器运动,霍尔传感器检测到无刷EC盘式电机输出的脉冲信号,通过控制器对信号的处理,检测到电机的转速和转子的位置;:检测到的电机转速与给定值经过PI调节,得到给定的直流侧电压,经过处理得到电路所需的PWM波;:利用PWM控制方式,通过调节占空比,驱动电机按给定方式运行。
所述控制器中的控制模块包括数据处理单元、无刷EC盘式电机电源控制单元和功率模块,所述数据处理单元接收霍尔传感器检测的脉冲信号,经过数据处理,输出控制信号给所述的电机电源控制单元,无刷EC盘式电机电源控制单元根据控制信号输出相应的电压给无刷EC盘式电机,实现对无刷EC盘式电机的控制。
优点及效果:
本发明是一种一体化全向轮及其控制方法,所述无刷EC盘式电机是一种具有良好的转矩特性,高功率、非常宽的可调速范围以及非常长的使用寿命;所述无刷EC盘式电机自带霍尔传感器,且无刷EC盘式电机变速器输出轴与霍尔传感器同轴相连,能准确有效的检测出无刷EC盘式电机速度;所述变速器是改变无刷EC盘式电机的转速和转矩的机构,通过改变输出轴和输入轴的传动比,改变全向轮的运动速度。
所述无刷EC盘式电机及其变速器固定在轴承套内部,轴承固定在轴承套外表面,组成一个固定的驱动装置。所述轴承套以及所说内部固定电机都为静止端;所述轴承套外表面固定轴承,并固定于外轮毂内侧,通过电机转动带动外轮毂转动,同时内轮毂带动轴承转动。
所述变速器输出端是全向轮的一种传动机构,所述全向轮外轮毂内部行星齿轮与变速器输出端齿轮完全啮合,使全向轮运动过程中受力平衡,运动平稳。
本实用型的有益效果是:在全向轮内部固定了无刷EC盘式电机,提高了无刷EC盘式电机的工作效率;全向轮内部与电机输出端通过行星齿轮啮合,带动整个全向轮运动,提高了全向轮的稳定性和受力平衡;提高了全向轮的全向性能、工作精度和耐用性。霍尔传感器通过检测无刷EC盘式电机的运动状态,传送出相应的信号,实现对无刷EC盘式电机的精确控制,使一体化全向轮电机准确、稳定的运转。
附图说明
图1是本发明一体化全向轮主视图;
图2是本发明一体化全向轮剖视图;
图3是本发明一体化全向轮侧视图;
图4是本发明一体化全向轮立体图;
图5是本发明一体化全向轮另一个角度的立体图;
图6是本发明一体化全向轮侧面剖视图;
图7是本发明电机变速器机构示意图;
图8是本发明无刷EC盘式电机结构示意图;
图9是本发明总驱动装置结构示意图;
图10是本发明总驱动装置剖视图;
图11是本发明轴承示意图;
图12是本发明一体化全向轮滚轮侧视图;
图13图9是本发明行星齿轮结构示意图;
图14是本发明一体化全向轮的控制系统结构框图。
图中:1、全向轮,2、变速器,3、无刷EC盘式电机,4、滚轮,5、滚轴,6、螺钉,7、轴承,8、轴承套,9、行星齿轮,10、变速器输出端齿轮,11、内轮毂,12、外轮毂,21、行星齿轮组,22、变速器内部轴承,23、变速器输出轴,24、保护套,31、电机输出轴,32、霍尔传感器41、滚轮轴承,X、内、外轮毂并行错开角度30°,Y、内、外轮毂间距5毫米。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
如图所示,本发明提出了一种一体化全向轮,该全向轮包括全向轮1、变速器2和无刷EC盘式电机3,无刷EC盘式电机3及其变速器2安放在全向轮1内部,无刷EC盘式电机3连接变速器2,变速器2的输出端的齿轮作为太阳齿轮与全向轮内部行星齿轮9啮合,通过变速器输出端与全向轮内部行星齿轮9啮合,带动全向轮1运动,从而实现电机带动全向轮运行。
所述无刷EC盘式电机变速器输出轴23与霍尔传感器32同轴相连,霍尔传感器32连接至控制器。所述无刷EC盘式电机3自带的霍尔传感器32检测到的信号传送到控制器,通过控制器的处理,获得全向轮1内部无刷EC盘式电机3的转动速度,实现对无刷EC盘式电机3的精确控制,通过调节电机的输入信号,使一体化全向轮精确、稳定的运动。
全向轮1分为内轮毂11和外轮毂12,内轮毂11和外轮毂12的直径相同且中心点重合,在内轮毂11和外轮毂12上均设置有滚轮4,内轮毂11上的滚轮4和外轮毂12上的滚轮4之间相互交错设置,即:内轮毂11上的滚轮4的位置对应外轮毂12上相邻的两个滚轮4之间。
相互交错的滚轮4之间形成30°夹角,即:滚轮4的中心至轮毂中心之间形成连线,相互交错的滚轮4的连线之间的夹角为30°。如图3所示,所述全向轮1轮毂采用内、外轮毂交替错开30°并行排列组成的结构,确保全向轮滚轮4与地面接触,提高了全向轮1的定位精度。内轮毂11和外轮毂12之间相隔Y为5毫米,通过螺钉6直接连接,确保全向轮1的稳定性,所述外轮毂12为主动轮毂,内轮毂11为从动轮毂。
无刷EC盘式电机3及其变速器2固定在所述轴承套8内部,所述轴承套8以及内部固定无刷EC盘式电机3均为静止端并作为驱动装置,轴承套8与全向轮1内壁之间设置有轴承7,使用时通过无刷EC盘式电机3转动带动全向轮1在轴承7的作用下转动。
利用上述的一体化全向轮所实施的控制方法,其特征在于:该方法步骤如下::系统上电,给定一组触发脉冲信号,使电机转动;:当电机转动时,带动霍尔传感器运动,霍尔传感器检测到无刷EC盘式电机输出的脉冲信号,通过控制器对信号的处理,检测到电机的转速和转子的位置;:检测到的电机转速与给定值经过PI调节,得到给定的直流侧电压,经过处理得到电路所需的PWM波;:利用PWM控制方式,通过调节占空比,驱动电机按给定方式运行。
所述控制器中的控制模块包括数据处理单元、无刷EC盘式电机电源控制单元和功率模块,所述数据处理单元接收霍尔传感器检测的脉冲信号,经过数据处理,输出控制信号给所述的电机电源控制单元,无刷EC盘式电机电源控制单元根据控制信号输出相应的电压给无刷EC盘式电机,实现对无刷EC盘式电机的控制。
如图5所示,所述变速器2是改变无刷EC盘式电机3转速和转矩的机构,通过改变输出轴23和电机输入轴31的传动比,改变全向轮1的运动速度。所述变速器输出端齿轮10是全向轮1的一种传动机构。
如图6所示,所述无刷EC盘式电机3具有良好的转矩特性,高功率、非常宽的可调速范围以及非常长的使用寿命,所述无刷EC盘式电机自带霍尔传感器32,且无刷EC盘式电机变速器输出轴23与霍尔传感器32同轴相连,能准确有效的检测出无刷EC盘式电机3的速度。
如图8所示,所述无刷EC盘式电机3及其变速器2固定在所述轴承套8内部,所述轴承7固定在所述轴承套8外表面,使其组成一个固定的驱动装置。所述轴承套8以及内部固定无刷EC盘式电机3均为静止端;所述轴承套8外表面固定轴承7,并固定于全向轮外轮毂12内侧,通过无刷EC盘式电机3转动带动外轮毂12转动,同时内轮毂11带动轴承7转动。
所述变速器输出端10是全向轮1的一种传动机构,如图13所示,所述全向轮外轮毂12内部套有行星齿轮9与变速器输出端齿轮10完全啮合,使全向轮运动过程中受力平衡,运动平稳。
全向轮1内部固定了无刷EC盘式电机3,提高了无刷EC盘式电机3的工作效率;全向轮外轮毂12内部套有行星齿轮9与所述变速器输出端齿轮10完全啮合,提高了全向轮1的稳定性;确保了全向轮1的定位精度,使一体化全向轮电机准确、稳定的运行。
本发明目的是解决全向轮1运动过程的平稳性和准确性,提高了无刷EC盘式电机3的效率,轮机一体化更好的保护了电机3,增加了其使用寿命;提高了全向轮1的全向移动性、工作精度和耐用性,减小了全向轮1的体积。
本发明解决了全向轮运动过程的平稳性和准确性,减小全向轮的总体积。轮机一体化更好的保护了电机,增加了其使用寿命。提高了全向轮的全向性能耐用性。
Claims (8)
1.一种一体化全向轮,其特征在于:该全向轮包括全向轮(1)、变速器(2)和无刷EC盘式电机(3),无刷EC盘式电机(3)及其变速器(2)安放在全向轮(1)内部,无刷EC盘式电机(3)连接变速器(2),变速器(2)的输出端的齿轮作为太阳齿轮与全向轮内部行星齿轮(9)啮合,带动全向轮(1)运动。
2.根据权利要求1所述的一体化全向轮,其特征在于:所述无刷EC盘式电机变速器输出轴(23)与霍尔传感器(32)同轴相连,霍尔传感器(32)连接至控制器。
3.根据权利要求1所述的一体化全向轮,其特征在于:全向轮(1)分为内轮毂(11)和外轮毂(12),内轮毂(11)和外轮毂(12)的直径相同且中心点重合,在内轮毂(11)和外轮毂(12)上均设置有滚轮(4),内轮毂(11)上的滚轮(4)和外轮毂(12)上的滚轮(4)之间相互交错设置,即:内轮毂(11)上的滚轮(4)的位置对应外轮毂(12)上相邻的两个滚轮(4)之间。
4.根据权利要求3所述的一体化全向轮,其特征在于:相互交错的滚轮(4)之间形成30°夹角,即:滚轮(4)的中心至轮毂中心之间形成连线,相互交错的滚轮(4)的连线之间的夹角为30°。
5.根据权利要求1所述的一体化全向轮,其特征在于:无刷EC盘式电机(3)及其变速器(2)固定在所述轴承套(8)内部,所述轴承套(8)以及内部固定无刷EC盘式电机(3)均为静止端并作为驱动装置,轴承套(8)与全向轮(1)内壁之间设置有轴承(7),使用时通过无刷EC盘式电机(3)转动带动全向轮(1)在轴承(7)的作用下转动。
6.根据权利要求3所述的一体化全向轮,其特征在于:内轮毂(11)和外轮毂(12)之间相隔5毫米。
7.利用权利要求1所述的一体化全向轮所实施的控制方法,其特征在于:该方法步骤如下::系统上电,给定一组触发脉冲信号,使电机转动;:当电机转动时,带动霍尔传感器运动,霍尔传感器检测到无刷EC盘式电机输出的脉冲信号,通过控制器对信号的处理,检测到电机的转速和转子的位置;:检测到的电机转速与给定值经过PI调节,得到给定的直流侧电压,经过处理得到电路所需的PWM波;:利用PWM控制方式,通过调节占空比,驱动电机按给定方式运行。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于:所述控制器中的控制模块包括数据处理单元、无刷EC盘式电机电源控制单元和功率模块,所述数据处理单元接收霍尔传感器检测的脉冲信号,经过数据处理,输出控制信号给所述的电机电源控制单元,无刷EC盘式电机电源控制单元根据控制信号输出相应的电压给无刷EC盘式电机,实现对无刷EC盘式电机的控制。
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