CN105946915A - 基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车，涉及短途载运小车。本发明包括车架（10）、轮毂电机（20）、控制器（30）、电池仓（40）和万向轮（50）；在车架（10）底部的前后分别设置有轮毂电机（20）和万向轮（50）；在车架（10）上设置有控制器（30）和电池仓（40）；轮毂电机（20）和电池仓（40）分别与控制器（30）连接。与现有技术相比，本发明输出力矩得到放大；轮毂电机极大简化了外部传动结构；轻便，节省空间，进一步减轻了小车的重量；操作简单，容易控制；适用于快递、仓储、超市、医院和酒店等行业的短途搬运。

Description

基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车

技术领域

本发明涉及短途载运小车，尤其涉及一种基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车。

背景技术

近年来，随着电子商务的迅速发展，快递业也蓬勃发展起来。但物流产业的人力、基础设施等投入都赶不上电子商务发展速度，末端运力受到一定限制，所以快递到货周期变长。快递业的蓬勃发展迅速地改变了人们的生活和购物方式，成就了部分企业甚至行业的快速发展。随着快递业的社会需求与日俱增，快递分拣基础设施却得不到改善和发展。货物太重或者货物量太大导致快递员在派发过程中体力透支，从而导致快递分发效率不高。尤其在网络购物节、长假日等特殊情况下，快递公司会出现爆仓现象。这不仅对快递公司造成巨大影响，也使得快递员身心疲惫。在仓储以及超市等空间比较狭小的地方，现有动力机械由于空间的原因难以进入，传统的搬运设备主要依靠人力，造成现有的货物短途搬运不仅工作效率低下而且工作人员的劳动强度很高。

因此改善基础配货设施，设计轻型载运小车减轻短途搬运工作劳动强度是目前快递、仓储、超市、医院和酒店等行业亟待解决的问题。轻型载运小车的出现，不仅可以帮助工作人员减轻工作负担，还能提高分拣效率，保证货物短途搬运快速和省力。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车。

本发明的目的是这样实现的：

基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车简称小车。

具体地说，小车包括车架、轮毂电机、控制器、电池仓和万向轮；

其位置和连接关系是：

在车架底部的前后分别设置有轮毂电机和万向轮；

在车架上设置有控制器和电池仓；

轮毂电机和电池仓分别与控制器连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

①输出力矩得到放大，有利于在载运较重的货物时提供足够的动力，在运送重物时能达到助力的效果；

②轮毂电机极大简化了外部传动结构，使结构更加简单，采用的无刷电机功率大，相比于有刷电机，不会产生电刷烧蚀，且能通过电磁场方便地进行刹车，避免了机械刹车导致的机械磨损，电子刹车是利用磁场对电机进行减速，不会发生摩擦，大大延长电机的使用寿命；

③轻便，节省空间，能在仓库、超市、小区内的复杂路况下使用，使用电子刹车进行减速，避免了使用制动器，进一步减轻了小车的重量；

④操作简单，容易控制，采用摇杆控制和手推助力两种模式，工作模式多样便捷，轮毂电机在使用过程中出现问题时可以直接对轮毂电机进行更换，互换通用性强，可直接对现有的普通小推车进行安装改造；

适用于快递、仓储、超市、医院和酒店等行业的短途搬运。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是轮毂电机的结构爆炸图；

图3是本发明的电路原理方框图；

图4是本发明的的控制流程图。

图中：

10—车架；

11—扶手，22—底板；

20—轮毂电机，

21—左侧轮毂电机，22—右侧轮毂电机；

201—第1固定环，202—第1轴承，203—外圈轴承，204—磁钢组，

205—电机轴，206—定子绕组，207—第2固定环，208—磁钢筒，

209—磁钢架，210—第1行星架，211—第1定子轴承，

212—第2定子轴承，213—行星齿轮，214—中心齿轮，215—垫片，

216—第2行星架，217—齿轮轴，218—外侧套筒，219—轮圈；

30—控制器，

31—启停机开关，32—控制模式选择开关，33—前进后退选择开关，

34—摇杆电位器，35—MSP430单片机，36—左侧电子调速器，

37—右侧电子调速器，38—左侧速度检测器，39—右侧速度检测器；

40—电池仓，

41—18650电池组，42—保护板，43—充电口；

50—万向轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、小车的结构

1、总体

如图1，小车包括车架10、轮毂电机20、控制器30、电池仓40和万向轮50；

其位置和连接关系是：

在车架10底部的前后分别设置有轮毂电机20和万向轮50；；

在车架10上设置有控制器30和电池仓40；

轮毂电机20和电池仓40分别与控制器30连接。

2、功能部件

1）车架10

如图1，所述的车架10是一种由扶手11和底板12垂直连接组成的L型结构。

其功能是起支撑作用。

车架10采用不锈钢材料制作，底板12长140cm、宽80cm、厚3mm；扶手11高100cm。

2）轮毂电机20

如图2，所述的轮毂电机20包括左侧轮毂电机21和右侧轮毂电机22；

是一种微型电机，由第1固定环201、第1轴承202、外圈轴承203、磁钢组204、电机轴205、定子绕组20、第2固定环207、磁钢筒208、磁钢架209、第1行星架210、第1定子轴承211、第2定子轴承212行星齿轮213中心齿轮214垫片215、第2行星架216、齿轮轴217、外侧套筒218、轮圈219组成；

其位置和连接关系是：

第1固定环201右侧与外圈轴承203的左侧相连，外圈轴承203的右侧与第2固定环207的左侧相连，第1轴承202安装电机轴205在左侧的凸台上，定子绕组206安装在电机轴205上磁钢04）用厌氧胶粘贴在磁钢筒208内侧，磁钢架209左侧与磁钢筒208右侧相连；第1定子轴承211和第2定子轴承212相连，安装在磁钢架209中心孔内，中心齿轮214安装在磁钢架209右端的凸台上，第1行星架210外侧的三个孔与齿轮轴217左侧相连，行星齿轮213安装在齿轮轴217上，齿轮轴217右侧与第2行星架216相连，垫片215右侧与第2行星架216相连，垫片215左侧与第2定子轴承212右侧相连，外侧套筒218右端内壁有内齿，与行星齿轮213啮合，行星齿轮213与中心齿轮214啮合。

3）控制器30

如图3，所述的控制器30包括启停机开关31、控制模式选择开关32、前进后退选择开关33、摇杆电位器34、MSP430单片机35、左侧电子调速器36和右侧电子调速器37、左侧速度检测器38和右侧速度检测器39；

其位置和连接关系是：

左、右侧速度检测器38、39分别安装于左、右轮毂电机21、22的一侧；

启停机开关31、控制模式选择开关32、前进后退选择开关33和摇杆电位器34分别与MSP430单片机35连接，实现开关控制；

左、右侧速度检测器38、39分别与MSP430单片机35连接，检测左、右轮毂电机21、22的转速；

左、右侧电子调速器36、37分别与MSP430单片机35连接，调节左、右轮毂电机21、22的转速。

（1）启停机开关31

启停机开关31采用31KCD1-101船型开关，与MSP430单片机35连接，用于发送开机关机信号。

（2）控制模式选择开关32

控制模式选择开关32采用31KCD1-101船型开关，与MSP430单片机35连接，用于发送控制模式信号。

（3）前进后退选择开关33

前进后退选择开关33采用31KCD1-101船型开关，与MSP430单片机35连接，用于发送前进后退模式信号。

（4）摇杆电位器34

摇杆电位器34采用通用10K欧姆自动复位电位器，长17mm、宽17mm、高10mm，与MSP430单片机35连接，用于发送两路电压信号，分别控制轮毂电机20加速、减速、左转和右转。

（5）MSP430单片机35

其内嵌的软件是使用C语言编写，烧录于MSP430单片机35当中，对小车的运动进行总体控制。

如图4，其流程是：

①开始-401；

②判断启停机开关是否打开-402，是则进入步骤③，否则继续步骤②；

③判断是否选择为摇杆控制模式-403，是则进入步骤④，否则检测左、右侧轮毂电机速度-409，又控制电机加速、减速、左转和右转-410，再进入步骤②；

④判断是否为前进状态-404，是则进入步骤⑤，否则将程序设置为电机反向转动转动状态-411，再进入步骤⑤；

⑤检测摇杆电位器第一路电压-405；

⑥控制电机加减速-406；

⑦检测摇杆电位器第二路电压-407，再分别跳转到步骤②和进入步骤⑧；

⑧控制左转右转-408。

（6）左侧电子调速器36

左侧电子调速器36采用通用型EMAX 60A Simonk固件电调；

MSP430单片机35单片机、左侧电子调速器36、左侧轮毂电机21依次连接，对左侧轮毂电机21的转速进行调节。

（7）右侧电子调速器37

右侧电子调速器37采用通用型EMAX 60A Simonk固件电调；

MSP430单片机35单片机、右侧电子调速器37和右侧轮毂电机22依次连接，对右侧轮毂电机22的转速进行调节。

（8）左侧速度检测器38

左侧速度检测器38采用QTI灰度传感器，安装在左侧轮毂电机21右侧0.5cm处，左侧速度检测器38和单片机35连接，对左侧轮毂电机21进行速度检测。

（9）右侧速度检测器39

右侧速度检测器39采用QTI灰度传感器，安装在右侧轮毂电机22左侧0.5cm处，右侧速度检测器39和单片机35连接，对右侧轮毂电机22进行速度检测。

其工作机理是：

启停机开关31一端与地连接，另一端与MSP430单片机35的P1.0引脚连接，启停机开关31接通时输出低电平；

控制模式选择开关32一端与地连接，另一端与MSP430单片机35的P1.1引脚连接，控制模式选择开关32接通时输出低电平；

前进后退选择开关33一端与地连接，另一端与MSP430单片机41的P1.0引脚连接，前进后退选择开关33接通时输出低电平；

摇杆电位器34对应输出两路电压信号，分别连接MSP430单片机35的两路ADC采集通道，当摇杆向前摇动时，第一路电压升高，摇杆向后摇动时，第一路电压降低；当摇杆向左摇动时，第二路电压升高，摇杆向右摇动时，第二路电压降低；

MSP430单片机35的P1.0、P1.1、P1.2引脚均设置为上拉输入状态，开关断开时，MSP430单片机35对应引脚检测为高电平，开关接通时，MSP430单片机35对应引脚检测为低电平；当P1.0引脚检测为高电平时，小车为停机状态，P1.0引脚检测为低电平时，小车为开机状态；当P1.1引脚检测为高电平时，小车为手推助力模式，P1.0引脚检测为低电平时，小车为摇杆控制模式；当P1.2引脚检测为高电平时，小车为前进模式，P1.2引脚检测为低电平时，小车为后退模式；第一路电压升高时，MSP430单片机35同时对左侧电子调速器36和右侧电子调速器37输出信号控制轮毂电机20加速转动，第一路电压降低时，MSP430单片机35同时对左侧电子调速器36和右侧电子调速器37输出信号控制轮毂电机20减速刹车；第二路电压升高时，MSP430单片机35对右侧电子调速器37发送加速旋转信号，控制右侧轮毂电机22加速旋转，实现小车向左转弯，第二路电压降低时，MSP430单片机35对左侧侧电子调速器41发送加速旋转信号，控制左侧轮毂电机21加速旋转，实现小车向右转弯。左侧速度检测器38向MSP430单片机35发送左侧轮毂电机21速度信息，右侧速度检测器39向MSP430单片机35发送右侧轮毂电机22速度信息，在手推助力模式下，MSP430单片机35依据两个速度信息分别对左侧电子调速器36和右侧电子调速器37发送控制信号，使左侧轮毂电机21和右侧轮毂电机22分别保持当前转速实现助力功能。

4）电池仓40

所述的电池仓40由18650电池组41、保护板42和充电口43组成；

其位置和连接关系是：

18650电池组41安装在电池仓40中部，保护板42安装在电池仓40左侧，充电口43安装在电池仓40右侧；保护板42与18650电池组41相连接，充电口43与保护板42相连接。

其工作机理是：

在放电时，保护板42检测18650电池组41输出电流和输出电压，当输出电流超过20A时或输出电压小于20V时，会切断对外部的供电，以保护电池仓40安全工作；

在充电时，保护板42检测输入电压和输入电流，当输入电压超过32V或输入电流超过2A时，保护板42会切断输入电流，另外保护板42会对18650电池组41中的每一串电池进行电压检测，当一串电池电压达到3.7V时切断对该串电池的充电切换到下一串电池，防止电池的过冲现象，保证电池安全充电。

5）万向轮50

万向轮50采用通用型4寸平板推车万向轮，安装在底板12的底部，用于小车的转向。

3、工作机理

用户通过启停机开关31、控制模式选择开关32、前进后退选择开关33对小车的工作模式进行选择，MSP430单片机35检测到控制信号后对电子调速器发送控制信号，使小车运行；

启停机开关31用于发送开/关机信号，控制模式选择开关32用于发送手推助力/摇杆控制模式信号，前进后退选择开关33用于发送前进后退信号；摇杆电位器34共有两路电压信号，第一路电压信号用于轮毂电机的转速，第二路信号用于控制左右两侧轮毂电机差速旋转，左侧速度检测器38用于检测左侧轮毂电机31速度，右侧速度检测器39用于检测右侧轮毂电机速度；

MSP430单片机35用于对启停机开关31、控制模式选择开关32、前进后退选择开关33、左侧速度检测器38和右侧速度检测器39信号的检测以及对左侧电子调速器36和右侧电子调速器37发送控制信号，实现对轮毂电机20速度的调节。

安装在电池仓40内的18650电池组41用于对控制盒内的MSP430单片机35、左侧电子调速器36和右侧电子调速器37供电；电池仓40内的保护板42用于对18650电池组41进行过流保护、低电压保护和充电保护；电池仓40内的充电口用于对18650电池组41进行充电。

二、使用方法

用户通过启停机开关31控制小车的开机与关机，通过控制模式选择开关32控制小车的手推助力模式和摇杆控制模式，通过前进后退选择开关33控制小车的前进与后退；通过拨动摇杆电位器控制小车的前进左转右转以及刹车；当用户打开启停机开关31后选择摇杆控制模式，选择为前进模式时，向前拨动摇杆电位器，小车加速前进，向左拨动摇杆电位器，小车左转，向右拨动摇杆电位器，小车右转，向后拨动摇杆电位器，小车刹车；选择为后退模式时与前进模式操作相同；当模式选择为手推助力时，用手推动小车，小车会自动释放动力，使用户推动小车更为轻松。

Claims (4)

1.一种基于轮毂电机和控制器的手扶电动轻型载运小车，其特征在于：

包括车架（10）、轮毂电机（20）、控制器（30）、电池仓（40）和万向轮（50）；

其位置和连接关系是：

在车架（10）底部的前后分别设置有轮毂电机（20）和万向轮（50）；

在车架（10）上设置有控制器（30）和电池仓（40）；

轮毂电机（20）和电池仓（40）分别与控制器（30）连接。

2.按权利要求1所述的手扶电动轻型载运小车，其特征在于：

所述的轮毂电机20包括左侧轮毂电机21和右侧轮毂电机22；

是一种微型电机，由第1固定环（201）、第1轴承（202）、外圈轴承（203）、磁钢组（204）、电机轴（205）、定子绕组（20）、第2固定环（207）、磁钢筒（208）、磁钢架（209、）第1行星架（210）、第1定子轴承（211）、第2定子轴承（212）行星齿轮（213）、中心齿轮214、垫片（215）、第2行星架（216）、齿轮轴（217）、外侧套筒（218）、轮圈（219）组成；

其位置和连接关系是：

第1固定环（201）右侧与外圈轴承（203）的左侧相连，外圈轴承（203）的右侧与第2固定环（207）的左侧相连，第1轴承（202）安装电机轴（205）在左侧的凸台上，定子绕组（206）安装在电机轴（205）上磁钢（204）用厌氧胶粘贴在磁钢筒（208）内侧，磁钢架（209）左侧与磁钢筒（208）右侧相连；第1定子轴承（211）和第2定子轴承（212）相连，安装在磁钢架（209）中心孔内，中心齿轮（214）安装在磁钢架（209）右端的凸台上，第1行星架（210）外侧的三个孔与齿轮轴（217）左侧相连，行星齿轮（213）安装在齿轮轴（217）上，齿轮轴（217）右侧与第2行星架（216）相连，垫片（215）右侧与第2行星架（216）相连，垫片（215）左侧与第2定子轴承（212）右侧相连，外侧套筒（218）右端内壁有内齿，与行星齿轮（213）啮合，行星齿轮（213）与中心齿轮（214）啮合。

3.按权利要求1所述的手扶电动轻型载运小车，其特征在于：

所述的控制器（30）包括启停机开关（31）、控制模式选择开关（32）、前进后退选择开关（33）、摇杆电位器（34）、MSP430单片机（35）、左侧电子调速器（36）和右侧电子调速器（37）、左侧速度检测器（38）和右侧速度检测器（39）；

其位置和连接关系是：

左、右侧速度检测器（38、39）分别安装于左、右轮毂电机（21、22）的一侧；

启停机开关（31）、控制模式选择开关（32）、前进后退选择开关（33）和摇杆电位器（34）分别与MSP430单片机（35连接），实现开关控制；

左、右侧速度检测器（38、39）分别与MSP430单片机35连接，检测左、右轮毂电机（21、22）的转速；

左、右侧电子调速器（36、37）分别与MSP430单片机（35）连接，调节左、右轮毂电机（21、22）的转速。

4.按权利要求1-3所述的手扶电动轻型载运小车，其特征在于：

所述MSP430单片机（35）其内嵌的软件是使用C语言编写，烧录于MSP430单片机（35）当中，对小车的运动进行总体控制；

其流程是：

①开始（401）；

②判断启停机开关是否打开（402），是则进入步骤③，否则继续步骤②；

③判断是否选择为摇杆控制模式（403），是则进入步骤④，否则检测左、右侧轮毂电机速度（409），又控制电机加速、减速、左转和右转（410），再进入步骤②；

④判断是否为前进状态（404），是则进入步骤⑤，否则将程序设置为电机反向转动转动状态（411），再进入步骤⑤；

⑤检测摇杆电位器第一路电压（405）；

⑥控制电机加减速（406）；

⑦检测摇杆电位器第二路电压（407），再分别跳转到步骤②和进入步骤⑧；

⑧控制左转右转-408。