CN106598050B - 高集成度驱动转向一体化舵轮系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高集成度驱动转向一体化舵轮系统，包括伺服驱动器、驱动电机、转向电机、行星减速器、一级齿轮减速器、二级齿轮减速器、限位开关、舵机本体的驱动轮及轴承，所述伺服驱动器分别与驱动电机、转向电机、第一编码器、第二编码器连接。本发明伺服驱动器与舵轮本体为一体化系统架构，改善了传统驱动器与舵轮本体由于不匹配带来的调试问题，为用户提供最大的使用便利；伺服驱动器为“一拖二”控制方式，一台驱动器同时实现驱动系统和转向系统的控制，同时具有底面和侧面两种安装位置，具有体积小、安装方便的特点，能够适应狭小空间的使用要求。
Description
技术领域
本发明属于移动机器人技术领域，特别是一种高集成度驱动转向一体化舵轮系统。
背景技术
随着柔性制造系统和自动化仓储系统的发展，对AGV(自动导引运输车)机器人的性能、可靠性和智能化水平提出了更高的要求。AGV机器人最基本的功能是自主运行，驱动和导向系统是实现该功能的关键部件，也是AGV机器人的核心技术之一，其性能及可靠性直接决定着AGV机器人的性能和可靠性。就目前而言，大多数AGV机器人的驱动系统和转向系统均采用驱动器+有刷电机+固定速比减速器的传动结构；其中，有刷电机可靠性较低、体积较大、维护成本高；驱动器控制有刷电机精度不高；驱动器和结构本体采用不同公司产品，驱动和转向系统调试及使用不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高集成度的驱动转向一体化舵轮系统，该舵轮系统结构紧凑、重量轻，成本低、可靠性好、控制精度高、噪音小、寿命长。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种高集成度驱动转向一体化舵轮系统，包括伺服驱动器、驱动电机、转向电机、行星减速器、一级齿轮减速器、二级齿轮减速器、限位开关、舵轮本体的驱动轮及轴承，所述伺服驱动器分别与驱动电机、转向电机、第一编码器、第二编码器连接；
第一编码器和制动器安装在驱动电机上，驱动电机的驱动轴与二级齿轮减速器相连；二级齿轮减速器设置在舵轮本体的齿轮箱内，驱动电机的壳体固定安装在舵轮本体的齿轮箱上；
第二编码器安装在转向电机内，行星减速器安装在转向电机的输出轴上，行星减速器的输出轴穿过安装盘通过齿轮与一级齿轮减速器的小齿轮连接，一级齿轮减速器设置在舵轮本体的顶部；舵轮本体的驱动轮的内齿与二级齿轮减速器连接；
一对限位开关设置在安装盘上，一级齿轮减速器的小齿轮位于一对限位开关之间，限制转向电机的位置，电位器设置在安装盘上，通过齿轮与一级齿轮减速器连接；转向电机的输出轴同时与安装盘、驱动电机的输出轴垂直，并且安装盘与驱动电机的输出轴平行。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)伺服驱动器与舵轮本体为一体化系统架构，改善了传统驱动器与舵轮本体由于不匹配带来的调试问题，为用户提供最大的使用便利。(2)伺服驱动器为“一拖二”控制方式，一台驱动器同时实现驱动系统和转向系统的控制，同时具有底面和侧面两种安装位置，具有体积小、安装方便的特点，能够适应狭小空间的使用要求。(3)采用基于永磁同步电机的空间矢量控制三环全数字控制方式，提高了舵轮系统的控制精度和稳定性。(4)采用最低24V供电电压，系统安全性能好。(5)单个系统负载能力可达2T以上，同时具有90°以上的转弯能力。(6)系统具有过压、过流、限位、反馈异常等故障的保护功能，更加安全可靠。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明高集成度驱动转向一体化舵轮系统的构成图。
图2是本发明高集成度驱动转向一体化舵轮系统的结构示意图。
图3是本发明高集成度驱动转向一体化舵轮系统的结构剖视图。
具体实施方式
结合图1、图2和图3，本发明高集成度驱动转向一体化舵轮系统，包括伺服驱动器1、驱动电机2、转向电机3、行星减速器5、一级齿轮减速器9、二级齿轮减速器4、限位开关11、舵轮本体6的驱动轮及轴承，所述伺服驱动器1分别与驱动电机2、转向电机3、第一编码器7、第二编码器8连接；
第一编码器7和制动器10安装在驱动电机2上，驱动电机2的驱动轴与二级齿轮减速器4相连；二级齿轮减速器4设置在舵轮本体6的齿轮箱内，驱动电机2的壳体固定安装在舵轮本体6的齿轮箱上；
第二编码器8安装在转向电机3内，行星减速器5安装在转向电机3的输出轴上，行星减速器5的输出轴穿过安装盘通过齿轮与一级齿轮减速器9的小齿轮连接，一级齿轮减速器9设置在舵轮本体6的顶部；舵轮本体6的驱动轮的内齿与二级齿轮减速器4连接；
一对限位开关11设置在安装盘上，一级齿轮减速器9的小齿轮位于一对限位开关11之间，限制转向电机3的位置，电位器12设置在安装盘上，通过齿轮与一级齿轮减速器9连接，用于转向电机3的转向角度的最终输出采集，作为备用装置进行舵轮系统的性能监测；转向电机3的输出轴同时与安装盘、驱动电机2的输出轴垂直，并且安装盘与驱动电机2的输出轴平行。安装盘的底部设置第二编码器8的多圈供电电池。
本发明的一级齿轮减速器9通过滚动轴承设置在舵轮本体6的顶部，所述滚动轴承的外圈与一级齿轮减速器9连接，滚动轴承的内圈通过安装块固定在安装盘的安装面上，该安装盘固定在舵轮本体6的壳体上。
本发明的安装法兰与一级齿轮减速器9的大齿轮固定连接，该安装法兰的安装面与AGV机器人的车架底部连接。
本发明伺服驱动器为“一拖二”控制方式，一台驱动器同时实现驱动系统和转向系统的控制，实现了伺服驱动器的集成小型化，具有安装方便、体积小、成本低的特点，同时该驱动器为低压大电流工作模式，进行了提高散热性能和工作效率的优化设计。
所述电机包含驱动电机2和转向电机3，均为永磁同步电机，通过选用高磁能积的稀土永磁材料，使电机能同时具有较高的磁通密度和较轻的转子质量，从而提高转矩惯量比，有效地提高了永磁同步电动机的动态响应能力。可以选用高精度绝对值编码器作为反馈装置，保证了电机的控制精度。
所述行星减速器与转向电机集成一体，以减速电机形式安装于舵轮本体。所述一级齿轮减速器、二级齿轮减速器、限位开关、驱动轮及轴承等箱体为集成化结构。
本发明的伺服驱动器1包含驱动功能和转向功能的控制，它可以通过总线接收上级控制器发出的控制指令，也可以接收电机编码器反馈的磁极位置，也可以进行相电流等模拟量的数据采集。所述的驱动功能为：当伺服驱动器1接收到上级控制器发出的驱动速度指令时，通过输出PWM波控制驱动电机2运转，并通过二级齿轮减速器4带动舵轮本体6的驱动轮转动，第一编码器7实时反馈电机磁极位置，通过与指令比较后进行PID运算，从而实现空间矢量控制两环闭环控制。当遇到紧急情况或需要停车时，可通过关闭制动器10来实现驱动功能的管理。从而实现AGV机器人的平稳、准确、灵活的行驶。
所述的转向功能为：当伺服驱动器1接收到上级控制器发出的转向位置指令时，通过输出PWM波控制转向电机3运转，并通过行星减速器5带动一级齿轮减速器9，通过一级齿轮减速器9减速增矩，从而带到舵轮本体6的驱动轮转动，第二编码器8实时反馈电机磁极位置，通过与指令比较后进行PID运算，从而实现空间矢量控制全三环闭环控制。当转向出现异常位置过大时，可通过限位开关11进行驱动功能和转向功能的回零操作，确保AGV机器人的安全性。从而实现AGV机器人的平稳、准确、灵活的行驶。
Claims (6)
1.一种高集成度驱动转向一体化舵轮系统，其特征在于包括伺服驱动器(1)、驱动电机(2)、转向电机(3)、行星减速器(5)、一级齿轮减速器(9)、二级齿轮减速器(4)、限位开关(11)、舵轮本体(6)的驱动轮及轴承，所述伺服驱动器(1)分别与驱动电机(2)、转向电机(3)、第一编码器(7)、第二编码器(8)连接；
第一编码器(7)和制动器(10)安装在驱动电机(2)上，驱动电机(2)的驱动轴与二级齿轮减速器(4)相连；二级齿轮减速器(4)设置在舵轮本体(6)的齿轮箱内，驱动电机(2)的壳体固定安装在舵轮本体(6)的齿轮箱上；
第二编码器(8)安装在转向电机(3)内，行星减速器(5)安装在转向电机(3)的输出轴上，行星减速器(5)的输出轴穿过安装盘通过齿轮与一级齿轮减速器(9)的小齿轮连接，一级齿轮减速器(9)设置在舵轮本体(6)的顶部；舵轮本体(6)的驱动轮的内齿与二级齿轮减速器(4)连接；
一对限位开关(11)设置在安装盘上，一级齿轮减速器(9)的小齿轮位于一对限位开关(11)之间，限制转向电机(3)的位置，电位器(12)设置在安装盘上，通过齿轮与一级齿轮减速器(9)连接；转向电机(3)的输出轴同时与安装盘、驱动电机(2)的输出轴垂直，并且安装盘与驱动电机(2)的输出轴平行。
2.根据权利要求1所述的高集成度驱动转向一体化舵轮系统，其特征在于一级齿轮减速器(9)通过滚动轴承设置在舵轮本体(6)的顶部，所述滚动轴承的外圈与一级齿轮减速器(9)连接，滚动轴承的内圈通过安装块固定在安装盘的安装面上，该安装盘固定在舵轮本体(6)的壳体上。
3.根据权利要求1所述的高集成度驱动转向一体化舵轮系统，其特征在于安装法兰与一级齿轮减速器(9)的大齿轮固定连接，该安装法兰的安装面与AGV机器人的车架底部连接。
4.根据权利要求1所述的高集成度驱动转向一体化舵轮系统，其特征在于安装盘的底部设置第二编码器(8)的多圈供电电池。
5.根据权利要求1所述的高集成度驱动转向一体化舵轮系统，其特征在于所述驱动电机(2)和转向电机(3)均为永磁同步电机。
6.根据权利要求1所述的高集成度驱动转向一体化舵轮系统，其特征在于所述一级齿轮减速器(9)、二级齿轮减速器(4)、限位开关(11)、舵轮本体(6)的驱动轮及轴承的箱体为集成化结构。
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