CN105730216A - 一体化全向轮及其控制方法 - Google Patents

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

一体化全向轮及其控制方法

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。