CN109551989A - 一种重型电驱动舵轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种重型电驱动舵轮，采用电驱动的方式，能够实现自主转向，具备升降或者缓冲功能，能够有效实现对地面的补偿功能，本发明的技术方案包括固定支座、转向支座、转向机构及车轮机构，所述转向支座上方与固定支座连接，下方与转向机构连接，所述转向机构下方连接车轮机构；所述转向机构包括蜗轮蜗杆式回转支撑及与蜗杆连接的转向驱动装置，所述车轮机构包括转向轮架及与转向轮架连接的车轮，所述转向轮架与蜗轮蜗杆式回转支撑固定连接；所述固定支座与转向支座之间设有升降机构或缓冲机构。

Description

一种重型电驱动舵轮
技术领域
本发明涉及行走机构领域，具体为一种重型电驱动舵轮。
背景技术
全方位轮式移动机器人在工业制造领域已开始大量应用。
轻载全方位轮式移动机器人通常用于移动作业平台、场地巡逻执勤等。
重载全方位轮式移动机器人，通常是指全方位搬运车，可用于大型零部件、半成品件和成品件在库房和车间制造区域内的运输。
一般而言，全方位轮式移动机器人的驱动系统可由多个舵轮、或多个全向轮(Omniwheel)、或多个麦克纳姆轮(Mecanum wheel)等构成，采用电机驱动，单轮载荷一般不大于3吨。
舵轮、全向轮和麦克纳姆轮各有其优缺点。相对而言，全向轮和麦克纳姆轮载荷较低，路面平整度要求高，维护成本较高，其优点在于驱动系统构成部件少，结构紧凑，所需布置空间较小，底盘较低。而舵轮的构成部件较多，所需布置空间较大，其优点在于载荷大，路面平整度要求低，维护成本较低。
发明内容
本发明提供了一种新型的舵轮，采用电驱动的方式，能够实现自主转向，具备升降或者缓冲功能，能够有效实现对地面的补偿功能。
本发明的技术方案在于：包括固定支座、转向支座、转向机构及车轮机构，所述转向支座上方与固定支座连接，下方与转向机构连接，所述转向机构下方连接车轮机构；
所述转向机构包括蜗轮蜗杆式回转支撑及与蜗杆连接的转向驱动装置，所述车轮机构包括转向轮架及与转向轮架连接的车轮，所述转向轮架与蜗轮蜗杆式回转支撑固定连接；
所述固定支座与转向支座之间设有升降机构或缓冲机构。
作为上述方案的优选，所述转向支座两端设有纵向的导向孔，所述固定支座下表面两端设有与所述导向孔对应的导向柱，所述导向柱与所述导向孔配合。
作为上述方案的优选，所述转向支座包括主体支座板、辅助支撑板及导向套，所述主体支座板两端各设有两组所述导向孔，所述导向套上端与所述导向孔固定连接，同侧的两组导向孔下方各设有一块辅助支撑板，辅助支撑板上设有与上方导向孔对应的第一通孔，所述导向套下端与对应的第一通孔固定连接，所述导向柱与所述导向套配合，所述辅助支撑板同时通过一根或多根立柱与主体支座板固定连接。
作为上述方案的优选，所述转向支座的辅助支撑板上设有第二通孔，所述第二通孔位于两组第一通孔之间，所述第二通孔内设有液压缸，所述液压缸的缸套与辅助支撑板固定连接，液压缸的活塞杆与上方的固定支座下表面固定连接，所述液压缸配置有液压蓄能器。
作为上述方案的优选，所述转向支座的辅助支撑板上设有第二通孔，所述第二通孔位于两组第一通孔之间，所述第二通孔的上端口处设有固设有一块底板，所述底板与固定支座之间设有一组或多组缓冲装置，所述缓冲装置下端与底板固定连接，上端与固定支座下表面固定连接。
作为上述方案的优选，所述缓冲装置为缓冲胶块或缓冲弹簧。
作为上述方案的优选，所述蜗轮蜗杆式回转支撑的蜗杆连接有电机或马达以及转角传感器，所述转向轮架上端与蜗轮蜗杆式回转支撑的内圈固定连接，转向支座与蜗轮蜗杆式回转支撑外圈固定连接。
作为上述方案的优选，所述蜗轮蜗杆式回转支撑位于转向支座的两组辅助支撑板之间，且蜗杆部分位于转向支座的外侧。
作为上述方案的优选，所述转向轮架上表面对称设有两处第一限位柱，转向支座中央设有一通孔，所述通孔内沿设有一凸起，所述凸起部下表面设有向下伸出的第二限位柱，在转向支座相对于转向轮架回转时，第二限位柱能够与两根第一限位柱的相背的侧面接触，从而对转向支座的转角进行限位。
作为上述方案的优选，所述车轮上设有内置轮毂减速机，所述内置轮毂减速机与驱动电机连接，所述轮胎采用15.5寸聚氨酯胶轮，驱动电机功率6kV，所述固定支座一侧设有拉线式位移传感器，拉线式位移传感器的拉线一端与所述转向支座中央通孔内沿的凸起固定连接。
本发明的技术效果在于：
1、上述结构的舵轮带有液压升降悬挂，配合液压蓄能器的作用，具有一定程度的路面补偿能力，同时具有整车升降、整车姿态调平以及全方位行走和原地转圈等功能。
2、上述结构的舵轮所需布置空间长宽高尺寸仅有920mm×605mm×570mm，整体结构紧凑，满足整车布置要求，能够为电池、泵站、控制箱等其它部件留出足够多的安装空间。
3、转向轮架上设计有转角机械限位，最大转角可达±120°，防止舵轮转角过大损坏电缆和管路，蜗轮蜗杆式回转支撑上安装有转角传感器，可对舵轮转角进行闭环控制。
4、固定支座安装在车架上，转向轮架与蜗轮蜗杆式回转支撑安装在转向支座上，升降导向柱与液压油缸对称布置在转向轮架的前后方，不占用高度空间。
5、转向支座可在液压油缸的推动下沿着导向柱垂直升降，升降行程传感器能监测升降行程，实现升降闭环控制。
附图说明
图1为本发明实施例一的爆炸结构示意图。
图2-4为本发明实施例一的主视图、左视图及俯视图。
图5为本发明实施例一转向支座的结构示意图。
图6为本发明实施例一车轮机构的结构示意图。
图7为本发明实施例一的整体装配立体结构示意图。
图8为本发明实施例二的整体装配立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的实施例。
如图1所示，本发明的结构包括固定支座1、转向支座5、转向机构及车轮机构，所述转向支座5上方与固定支座1连接，下方与转向机构连接，所述转向机构下方连接车轮机构；
所述转向机构包括蜗轮蜗杆式回转支撑7及与蜗杆连接的转向驱动装置，所述车轮机构包括转向轮架9及与转向轮架9连接的车轮，所述转向轮架9与蜗轮蜗杆式回转支撑7固定连接；
所述固定支座1与转向支座5之间设有升降机构。
在本实施例中，所述转向支座5两端设有纵向的导向孔504，所述固定支座1下表面两端设有与所述导向孔504对应的导向柱3，所述导向柱3与所述导向孔504配合。
在本实施例中，所述转向支座5包括主体支座板501、辅助支撑板508及导向套505，所述主体支座板501两端各设有两组所述导向孔504，所述导向套505上端与所述导向孔504固定连接，同侧的两组导向孔504下方各设有一块辅助支撑板508，辅助支撑板508上设有与上方导向孔504对应的第一通孔507，所述导向套505下端与对应的第一通孔507固定连接，所述导向柱3与所述导向套505配合，所述辅助支撑板508同时通过一根或多根立柱509与主体支座板501固定连接。
在本实施例中，所述转向支座5的辅助支撑板508上设有第二通孔506，所述第二通孔506位于两组第一通孔507之间，所述第二通孔506内设有液压缸4，作为固定支座1与转向支座5之间的升降机构；所述液压缸4的缸套与辅助支撑板508固定连接，液压缸4的活塞杆与上方的固定支座1下表面固定连接，所述液压缸4配置有液压蓄能器。
在本实施例中，所述蜗轮蜗杆式回转支撑7的蜗杆连接有驱动电机6以及转角传感器8(型号IGP10P6501A502)，所述转向轮架9上端与蜗轮蜗杆式回转支撑7的内圈固定连接，转向支座5与蜗轮蜗杆式回转支撑7外圈固定连接。
在本实施例中，所述蜗轮蜗杆式回转支撑7位于转向支座5的两组辅助支撑板508之间，且蜗杆部分位于转向支座5的外侧。
在本实施例中，所述转向轮架9上表面对称设有两处第一限位柱901，转向支座5中央设有一通孔，所述通孔内沿设有一凸起502，所述凸起部下表面设有向下伸出的第二限位柱503，在转向支座5相对于转向轮架9回转时，第二限位柱503能够与两根第一限位柱901的相背的侧面接触，从而对转向支座5的转角进行限位。
在本实施例中，所述车轮11上设有内置轮毂减速机，所述内置轮毂减速机与驱动电机10连接，所述轮胎采用15.5寸聚氨酯胶轮，驱动电机功率6kV，所述固定支座1一侧设有拉线式位移传感器2(采用HG-WY系列)，拉线式位移传感器2的拉线12一端与所述转向支座5中央通孔内沿的凸起502固定连接用于检测舵轮固定支座的升降位移值。
上述结构的工作原理如下：
固定支座1通过螺栓固定在搬运车的车架上，4个升降导向柱3通过螺栓固定在固定支座1上，分两排前后对称布置，不占用高度空间。
转向支座5与升降导向柱3组成滑块机构，2个液压缸4与前后升降导向柱3并排布置，液压缸4的缸筒和活塞杆分别与转向支座5和固定支座1固定连接。转向支座5能在液压缸4的推动下沿升降导向柱3垂直滑动。舵轮行走产生的侧向力主要由升降导向柱3承受，而液压缸4主要承受舵轮上的垂直载荷。
转向轮架9通过蜗轮蜗杆式回转支撑7与转向支座5相连，蜗轮蜗杆式回转支撑7上安装有转向马达或电机和转角传感器，可采用液压或电动方式推动转向轮架9进行转向，利用转角传感器将实际转角反馈，实现舵轮转角闭环控制。转向轮架9和与转向支座5上设计有限位柱，最大转角±120°时限位，防止舵轮转角过大损坏电缆和管路。
车轮采用15.5寸聚氨脂胶轮，单个承载可达12.5吨，它与内置轮毂减速机一起安装固定在转向轮架9的下方。车轮的一侧安装有驱动电机，驱动电机同样固定在转向轮架9的下方，与车轮同轴，驱动电机输出的扭矩经内置轮毂减速机放大后驱动舵轮行走。
使用4个本发明中的舵轮组成的4轮驱动系统，可同时满足前述搬运车布置空间、承载、全方位行走、路面补偿和整车升降的要求。
若搬运车需求更大的载荷，还可使用更多本发明中的舵轮组成6轮、8轮及以上的驱动系统。
在上述实施例中，第一限位柱901和第二限位柱均位于蜗轮蜗杆式回转支撑7内，蜗轮蜗杆式回转支撑7设于两辅助支撑板508之间，能够使得舵轮整体结构紧凑，减少空间占用，扩大使用范围。主体支座板501与辅助支撑板508之间通过导向套505和立柱连接，能够使得导向效果更加平稳，提高舵轮整体的运行稳定性。
实施例二
本实施例是在实施例一基础上的另一种改进：对于不需要升降装置的搬运车，或者另外设计有独立升降装置的搬运车，可将本发明舵轮中的升降油缸替换为缓冲胶块或缓冲弹簧，以起到对路面的补偿作用。其技术方案在于：所述转向支座5的辅助支撑板508上设有第二通孔506，所述第二通孔506位于两组第一通孔507之间，所述第二通孔506的上端口处设有固设有一块底板，所述底板与固定支座1之间设有一组或多组缓冲装置13，所述缓冲装置下端与底板固定连接，上端与固定支座1下表面固定连接。所述缓冲装置为缓冲胶块或缓冲弹簧。
在本实施例中，不能实现转向支架的升降，但是在缓冲胶块或缓冲弹簧的作用下，能够起到对路面的补偿功能，有效提高车架的减震性能。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重型电驱动舵轮，其特征在于：包括固定支座、转向支座、转向机构及车轮机构，所述转向支座上方与固定支座连接，下方与转向机构连接，所述转向机构下方连接车轮机构；
所述转向机构包括蜗轮蜗杆式回转支撑及与蜗杆连接的转向驱动装置，所述车轮机构包括转向轮架及与转向轮架连接的车轮，所述转向轮架与蜗轮蜗杆式回转支撑固定连接；
所述固定支座与转向支座之间设有升降机构或缓冲机构。
2.根据权利要求1所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述转向支座两端设有纵向的导向孔，所述固定支座下表面两端设有与所述导向孔对应的导向柱，所述导向柱与所述导向孔配合。
3.根据权利要求2所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述转向支座包括主体支座板、辅助支撑板及导向套，所述主体支座板两端各设有两组所述导向孔，所述导向套上端与所述导向孔固定连接，同侧的两组导向孔下方各设有一块辅助支撑板，辅助支撑板上设有与上方导向孔对应的第一通孔，所述导向套下端与对应的第一通孔固定连接，所述导向柱与所述导向套配合，所述辅助支撑板同时通过一根或多根立柱与主体支座板固定连接。
4.根据权利要求3所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述转向支座的辅助支撑板上设有第二通孔，所述第二通孔位于两组第一通孔之间，所述第二通孔内设有液压缸，所述液压缸的缸套与辅助支撑板固定连接，液压缸的活塞杆与上方的固定支座下表面固定连接，所述液压缸配置有液压蓄能器。
5.根据权利要求3所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述转向支座的辅助支撑板上设有第二通孔，所述第二通孔位于两组第一通孔之间，所述第二通孔的上端口处设有固设有一块底板，所述底板与固定支座之间设有一组或多组缓冲装置，所述缓冲装置下端与底板固定连接，上端与固定支座下表面固定连接。
6.根据权利要求5所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述缓冲装置为缓冲胶块或缓冲弹簧。
7.根据权利要求4或6所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述蜗轮蜗杆式回转支撑的蜗杆连接有电机或马达以及转角传感器，所述转向轮架上端与蜗轮蜗杆式回转支撑的内圈固定连接，转向支座与蜗轮蜗杆式回转支撑外圈固定连接。
8.根据权利要求7所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述蜗轮蜗杆式回转支撑位于转向支座的两组辅助支撑板之间，且蜗杆部分位于转向支座的外侧。
9.根据权利要求7所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述转向轮架上表面对称设有两处第一限位柱，转向支座中央设有一通孔，所述通孔内沿设有一凸起，所述凸起部下表面设有向下伸出的第二限位柱，在转向支座相对于转向轮架回转时，第二限位柱能够与两根第一限位柱的相背的侧面接触，从而对转向支座的转角进行限位。
10.根据权利要求9所述的重型电驱动舵轮，其特征在于：所述车轮上设有内置轮毂减速机，所述内置轮毂减速机与驱动电机连接，所述固定支座一侧设有拉线式位移传感器，拉线式位移传感器的拉线一端与所述转向支座中央通孔内沿的凸起固定连接。
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