CN105751892A - 紧凑型agv驱动转向一体化装置 - Google Patents

Abstract

一种紧凑型AGV驱动转向一体化装置，包括驱动模块和独立转向模块，驱动模块包括驱动电机和驱动轮，一体化装置还包括传动模块，传动模块包括支撑座和二级减速机构，二级减速机构包括传动大齿轮和齿轴，齿轴可转动地安装在支撑座内，齿轴上固定安装传动大齿轮，齿轴设有外齿，外齿与驱动轮的内齿圈啮合；驱动轮内安装薄壁轴承，薄壁轴承的内圈固定安装在支撑座上，薄壁轴承的外圈固定在带有内齿圈的驱动轮上；驱动电机的输出轴上安装传动小齿轮，传动小齿轮与传动大齿轮啮合，支承座上安装独立转向模块。本发明提供一种简化结构、减少体积、灵活性良好的紧凑型AGV驱动转向一体化装置。

Description

紧凑型AGV驱动转向一体化装置

技术领域

本发明属于自动化运输装备领域，具体是一种AGV驱动转向一体化装置，实现AGV的速度和转向角度的控制。

背景技术

AGV自动引导车，AutomatedGuidedVehicle是自动化物流运输系统和柔性制造系统的关键设备，在非结构化的环境中具有自动驾驶的功能。随着经济技术的发展，我国的机械加工、汽车制造、电子产品装配、物流、烟草等企业也逐步开始应用AGV，并呈现出爆发式的增长。

驱动转向一体化装置是AGV系统的核心部件，传统的AGV驱动系统包括单轮驱动方式和差速驱动方式。单轮驱动AGV具有一个带转向功能的单轮驱动单元，两个从动轮一般为非转向的固定轮，这种结构转弯半径大。差速驱动AGV通过左右对称安装的两个驱动电机的速度差进行转向控制，控制复杂，在高速情况下容易出现速度偏离，导致AGV失控。因此这种差速驱动方式不能满足大载荷和自由度较高的运输场景。

目前，行业市场上也有全方位的驱动系统，且具有自由度高、载重量大的特点。中国专利也公开了一些全方位驱动的装置和方法。如授权公开号为CN103895695A的“舵轮驱动装置”，转向电机的小齿轮旋转带动大齿轮旋转，大齿轮通过转向支架带动驱动轮轮轴，从而使驱动轮总成转向。通过这种方式设计的驱动装置，存在驱动电机在转向过程中与转向电机发生碰撞的风险。另外，转向电机距地面的高度较小，因此在平整度不好的复杂路面环境下，转向电机有与地面摩擦的风险，甚至损坏电机。如果使用大功率的转向电机或者使用更大减速比的减速机，则转向电机与地面的高度则会更小。又如授权公开号为CN202542387U的“多轮系移动机器人转向同步系统”，在驱动支架上安装旋转编码器，旋转编码器的转轴端部连接与固定大齿轮啮合的转角小齿轮。这种通过齿轮传动安装角度反馈传感器的方式，由于编码器检测的是转向电机经减速之后的速度，因此用于控制电机的有效编码器分辨率会下降；另一方面，齿轮传送导致的齿隙误差，使旋转编码器反馈信号误差变大，影响AGV行驶过程中的稳定性，甚至会出现在设定位置附近来回摆动的现象；同样的，转向电机距地面的高度较小，因此在平整度不好的复杂路面环境下，转向电机有与地面摩擦的风险，甚至损坏电机。如果使用大功率的转向电机或者使用更大减速比的减速机，则转向电机与地面的高度则会更小；另外，该设计采用三相交流感应电机，所需的驱动器复杂，需要电流转换，在重载情况下不能满足较大的起动力矩，且控制精度不高，无法满足行车轨迹精度较高的场合。又如授权公开号为CN103895495A的“用于自动引导运输车的电机驱动轮总成”，这种立式的全方位驱动方式，驱动装置结构设计不合理，所占高度较高，从而增加了AGV的整体高度，限制了AGV的应用范围。又如授权公开号为CN104986036A的“AGV舵轮驱动系统模块”，速度反馈单元通过联动轴与传动单元相连，传动单元与驱动轮相连，这样多级传送导致反馈信号偏差较大。另外，这种驱动方式，结构复杂，系统组件较多，维护难度较大。

发明内容

为了克服已有AGV驱动装置的结构复杂、体积较大、灵活性较差的不足，本发明提供一种简化结构、减少体积、灵活性良好的紧凑型AGV驱动转向一体化装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种紧凑型AGV驱动转向一体化装置，包括驱动模块和独立转向模块，所述驱动模块包括驱动电机和驱动轮，所述一体化装置还包括传动模块，所述传动模块包括支撑座和二级减速机构，所述二级减速机构包括传动大齿轮和齿轴，所述齿轴可转动地安装在所述支撑座内，所述齿轴上固定安装所述传动大齿轮，所述齿轴设有外齿，所述外齿与驱动轮的内齿圈啮合；所述驱动轮内安装薄壁轴承，所述薄壁轴承的内圈固定安装在支撑座上，所述薄壁轴承的外圈固定在带有内齿圈的驱动轮上；所述驱动电机的输出轴上安装传动小齿轮，所述传动小齿轮与所述传动大齿轮啮合，所述支承座上安装所述独立转向模块。

进一步，所述驱动电机集成入所述驱动轮内。

再进一步，所述支撑座内安装第一支撑轴承和第二支撑轴承，所述齿轴套装在所述第一支撑轴承和第二支撑轴承上。

再进一步，所述独立转向模块包括支撑板、回转支撑轴承、转向电机、转角减速机和转向齿轮；所述支撑板固定在支撑座上，所述回转支撑轴承包括内圈和外圈，内圈与支撑板固定连接，外圈设有与AGV机架固定的齿轮，所述转向电机套设在转角减速机的水平输入端，所述转角减速机固定在支撑板下方，转角减速机的输出轴穿过支撑板与转向齿轮同轴安装，所述转向齿轮与回转支撑轴承外圈齿轮啮合。

所述驱动电机为直流伺服电机。

所述驱动模块还包括电磁制动器，所述驱动电机的输出轴的前端安装电磁制动器。

所述驱动电机的输出轴的后端安装速度反馈编码器。

所述转向电机的输出轴上安装角度反馈编码器。

所述内圈固定在支撑板上，所述支撑板上固定安装接近开关，所述接近开关挡块安装在所述回转支撑轴承外圈的下端面。

所述支撑板上安装磁导航传感器。

本发明的技术构思为：通过驱动电机给传动模块提供动力，传动模块输出端连接驱动轮，利用支撑座腔体内二级减速结构，增大输出扭矩，驱动AGV运动；并将速度反馈信号量传送给控制器，实现AGV的速度控制；通过独立转向模块，实现AGV的全方位运动，且使用转角减速机，降低了整个独立转向模块的高度；利用与转向电机同轴安装的角度反馈编码器，增加转向角度反馈信号的精度；采用接近开关限制转向的角度。这种全方位的驱动方式，结构紧凑，行走、转向控制简单，无需差速控制，驱动力能强可以实现AGV重载情况下的高自由度运动。速度、角度反馈单元直接与驱动电机和转向电机相连，反馈信号精确，减少齿轮传送导致的齿隙误差。独立转向模块高度的降低，使AGV可以在更加复杂的工况下运行。

本发明的有益效果主要表现在：1.整个装置结构紧凑，减少了AGV的外形尺寸，扩大了AGV车的适用范围；通过转角减速机使转向电机水平安装，极大的减少了独立转向模块的高度，降低了AGV车对路面平整度的要求，使AGV车运动更加灵活；减少链条机构，提高传动效率，降低能耗；将电机集成入驱动轮，使得AGV空间更加紧凑；加上独立转向结构，无需差速控制，通过正反转控制实现原地转向、横移等全方位动作。

2.速度角度反馈单元直接与驱动电机和转向电机相连，反馈信号精确，减少齿轮传送导致的齿隙误差。防止因角度控制误差而导致设备在设定位置附近来回摆动的现象。设备运动过程平稳，可以适用于不同的工况。

3.支撑座设计巧妙既起支撑作用，腔体内做二级减速设计又降低转速增大扭矩，增加驱动装置的行驶动力，实现AGV重载情况下的高自由度运动。

4.采用直流伺服电机，控制精度高，起动力矩大，驱动器简单无需电流转换，行走和转向分别配置不同的驱动电机，使得这种全方位驱动方式控制更加简单。

附图说明

图1本发明的正面结构示意图。

图2本发明的侧面结构示意图。

图3本发明的内部剖面结构示意图

图中，1驱动电机2驱动轮3电磁制动器4传动小齿轮5回转支撑轴承51回转支撑轴承内圈52回转支撑轴承外圈齿轮6薄壁轴承7支撑座8内齿圈9速度反馈编码器10传动大齿轮11支撑轴承112支撑轴承213齿轴14支撑板15驱动电机输出轴16转角减速机17转向电机18转向齿轮19角度反馈编码器20接近开关21接近开关挡块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种紧凑型AGV驱动转向一体化装置，包括驱动模块和独立转向模块，所述驱动模块包括驱动电机1和驱动轮2，所述一体化装置还包括传动模块，所述传动模块包括支撑座7和二级减速机构，所述二级减速机构包括传动大齿轮10和齿轴13，所述齿轴13可转动地安装在所述支撑座7内，所述齿轴10上固定安装所述传动大齿轮10，所述齿轴13设有外齿，所述外齿与驱动轮2的内齿圈8啮合；所述驱动轮2内安装薄壁轴承6，所述薄壁轴承6的内圈固定安装在支撑座7上，所述薄壁轴承6的外圈固定在带有内齿圈的驱动轮2上；所述驱动电机1的输出轴上安装传动小齿轮4，所述传动小齿轮4与所述传动大齿轮啮合，所述支承座7上安装所述独立转向模块。

进一步，所述驱动电机1集成入所述驱动轮2内。

再进一步，所述支撑座内安装第一支撑轴承和第二支撑轴承，所述齿轴套装在所述第一支撑轴承和第二支撑轴承上。

所述驱动模块中，所述驱动电机1集成入驱动轮2内，驱动电机输出轴15上配有传动小齿轮4；所述的驱动电机1为直流伺服电机；所述驱动轮2内部装有薄壁轴承6，该薄壁轴承6内壁固定在支撑座7凸台上；所述驱动轮1内部还装有内齿圈8。所述电磁制动器3同轴安装在驱动电机1前端，通过螺丝固定在支撑座7上。当系统上电时，通过电磁感应原理刹车弹片弹出；当AGV驻车停车时，系统断电，弹片闭合起到刹车的作用。

所述速度反馈模块即在驱动电机后端，同轴安装速度反馈编码器9，反馈驱动轮的速度信号，以实现对AGV速度的精确控制。

所述传动模块包括支撑座7，支撑着整个AGV。所述的支撑座7腔体内设二级减速结构，包括传动大齿轮10、第一支撑轴承11、第二支撑轴承12和齿轴13；传动大齿轮10、第一支撑轴承11、第二支撑轴承12套设在齿轴13上；传动动力由驱动电机1提供，通过驱动电机输出轴15上的传动小齿轮4与传动大齿轮10相互啮合，齿轴13与驱动轮内齿圈8相互啮合，使传动小齿轮4带动传动大齿轮10，传动大齿轮10带动齿轴13，齿轴13带动驱动轮内齿圈8，进而使驱动轮2上的薄壁轴承6的内外壁相对运动，促使驱动轮2运动。第一支撑轴承11、第二支撑轴承12起支撑作用。

所述的独立转向模块包括支撑板14、回转支撑轴承5、转向电机17、转角减速机16和转向齿轮18；所述支撑板14固定在支撑座7上，用于连接传动模块和独立转向模块；所述回转支撑轴承5包括可以相对运动的内圈52和外圈；内圈52与支撑板14固定连接，使驱动模块、传动模块和独立转向模块为相互固定的一个整体；外圈设有齿轮51，外圈齿轮51设有螺丝孔，与AGV机架未示出连接固定；所述转向电机17套设在转角减速机16的水平输入端，使转向电机17水平安装；所述转角减速机16固定在支撑板14下方，转角减速机16输出轴穿过支撑板14与转向齿轮18同轴安装；转向齿轮18与回转支撑轴承外圈齿轮51相互啮合。当控制器控制AGV转向时，由于回转支撑轴承外圈齿轮51与AGV机架固定不动，转向电机17经转角减速机16减速增大力矩之后，使转向齿轮18绕回转支撑轴承外圈齿轮51运动，进而使得独立转向机构的支撑板14、回转支撑轴承内圈52、转向电机17、转角减速机16及支撑座7、驱动轮2、驱动电机1随着转向齿轮18一起围绕回转支撑轴承外圈齿轮51转动，实现AGV转向，且驱动电机1和转向电机17的相对位置始终固定不变。

所述角度反馈模块即在转向电机17后端，同轴安装角度反馈编码器19。当控制器设定要转动的角度之后，角度反馈编码器19记录转向的角度信号，并反馈给控制器，当反馈的角度信号和预设的转动角度一致时，停止转向。

通过控制器对驱动电机1和转向电机17的控制，实现装置同步前进、后退、原地转向、横移、斜移等全方位动作。

所述传感器单元的接近开关20固定在支撑板14上，接近开关挡块21安装在回转支撑轴承外圈下端面，开关信号传送至控制器，限制转向角度的范围。

所述传感器单元还包括磁导航传感器(附图中未画出)，所述磁导航传感器通过支架固定在支撑板上，输出导航位置信号，并传送至控制器。

上述实施例仅代表了本发明的一种实施方式，并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是在本领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干种变形设计，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种紧凑型AGV驱动转向一体化装置，包括驱动模块和独立转向模块，所述驱动模块包括驱动电机和驱动轮，其特征在于：所述一体化装置还包括传动模块，所述传动模块包括支撑座和二级减速机构，所述二级减速机构包括传动大齿轮和齿轴，所述齿轴可转动地安装在所述支撑座内，所述齿轴上固定安装所述传动大齿轮，所述齿轴设有外齿，所述外齿与驱动轮的内齿圈啮合；所述驱动轮内安装薄壁轴承，所述薄壁轴承的内圈固定安装在支撑座上，所述薄壁轴承的外圈固定在带有内齿圈的驱动轮上；所述驱动电机的输出轴上安装传动小齿轮，所述传动小齿轮与所述传动大齿轮啮合，所述支承座上安装所述独立转向模块。

2.如权利要求1所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述驱动电机集成入所述驱动轮内。

3.如权利要求1或2所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述支撑座内安装第一支撑轴承和第二支撑轴承，所述齿轴套装在所述第一支撑轴承和第二支撑轴承上。

4.如权利要求1或2所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述独立转向模块包括支撑板、回转支撑轴承、转向电机、转角减速机和转向齿轮；所述支撑板固定在支撑座上，所述回转支撑轴承包括内圈和外圈，内圈与支撑板固定连接，外圈设有与AGV机架固定的齿轮，所述转向电机套设在转角减速机的水平输入端，所述转角减速机固定在支撑板下方，转角减速机的输出轴穿过支撑板与转向齿轮同轴安装，所述转向齿轮与回转支撑轴承外圈齿轮啮合。

5.如权利要求1或2所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述驱动电机为直流伺服电机。

6.如权利要求1或2所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述驱动模块还包括电磁制动器，所述驱动电机的输出轴的前端安装电磁制动器。

7.如权利要求6所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述驱动电机的输出轴的后端安装速度反馈编码器。

8.如权利要求4所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述转向电机的输出轴上安装角度反馈编码器。

9.如权利要求4所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述内圈固定在支撑板上，所述支撑板上固定安装接近开关，所述接近开关挡块安装在所述回转支撑轴承外圈的下端面。

10.如权利要求1或2所述的紧凑型AGV驱动转向一体化装置，其特征在于：所述支撑板上安装磁导航传感器。