CN113905972A - 紧凑型自主全向驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自主全向驱动单元，包括：底盘(40)，底盘(40)限定了前三分之一部(41)、中间三分之一部(42)和后三分之一部，其中前三分之一部(41)包含具有第一齿轮箱(13)的第一驱动轮(11)、具有与水平几何轴线(EH)同轴的第二齿轮箱(23)的第二驱动轮(21)，和位于第一驱动轮(11)和第二驱动轮(21)之间的电池(30)；中间三分之一部(42)包含连接到第一和第二驱动轮(11、21)的第一电机(12)和第二电机(22)以及位于第一电机(12)和第二电机(22)之间与竖直几何轴线(12)同心的竖直壳体(70)；并且后三分之一部包含至少一个脚轮(50)，其中第一和第二电机(12、22)由控制装置(80)控制，该控制装置(80)鉴于水平和竖直几何轴线(EH、EV)之间存在的距离(D)生成控制命令。

Description

紧凑型自主全向驱动单元

技术领域

本发明涉及一种紧凑型自主全向驱动单元，即一种能够在没有人为干预的情况下通过其自身的方式遵循特定路径的驱动单元，其可以进一步在水平面内的任何方向上移动。

所提出的自主全向驱动单元属于在物流仓库或工厂中使用的类型，用于在场区内运输货物，通常将驱动单元放置在要运输的负载下，然后通过驱动单元将所述负载抬离地面。

所述驱动单元也可以用于其他用途(例如，监视任务等)，或者通过结合不同附件(例如，机器臂等)，可以执行许多其他任务。

背景技术

自主全向驱动单元是众所周知的。

一种常见的配置包括若干自定向轮和位于其中央的两个驱动组件，每个驱动组件都由一个驱动轮组成，该驱动轮连接到一个独立的电机，该电机由集成在驱动单元本身中的电池供电，两个驱动轮彼此面对并同轴。每个驱动轮独立驱动及其在驱动单元中的中央位置使得所述驱动单元能够旋转、向前移动、向后移动或沿着弯曲路径行进。

这种类型的驱动单元通常包括位于其中央且夹在两个驱动轮之间的竖直壳体，该壳体集成有提升装置，用于提升放置在驱动单元上方的负载，或者至少用于提升将驱动单元与负载相连接的垂直联接销，该负载配备有拖动驱动单元的轮。

在文件US2016209847A1、US2016288687A1、US2016297653A1、EP2168847A1和FR3039104A1中描述了这种类型的驱动单元的示例。

在提到的前四个文件中，两个驱动组件之间存在的空间用于容纳位于上述竖直壳体中的升降机构，电池位于驱动单元的其他外围区域中，通常将电池分成两个对称的电池以在驱动单元中均匀分配其重量。电池的非中央定位会导致驱动单元旋转移动中出现高惯性，这种高惯性限制了旋转速度。

相比之下，清单中编号为FR30391G4A1的最后一份文件提出了横跨驱动单元的整个长度放置两个窄且细长的电池并且使电池从两个相对的驱动组件之间通过，所述两个电池隔开一段距离，从而产生容纳提升装置的所述竖直壳体，该提升装置允许通过联接销将驱动单元连接到带有轮的装载平台。

然而，在该解决方案中，驱动单元的宽度由竖直壳体的尺寸、两个电池的厚度以及两个驱动组件的尺寸决定，在这种情况下，驱动组件包括与驱动轮的轴同心的驱动电机。该整个总成确定了一个自主全向驱动单元，其宽度非常大，因此是一个大尺寸驱动单元。

再者，两节电池的使用使得驱动单元的布线更复杂且更昂贵。

因此需要一种更紧凑的替代解决方案，其允许将电池相对于驱动轮放置在中央位置，从而减小驱动装置在旋转期间的惯性。

还已知了文件EP2744741B1，其描述了这样一种类型的驱动单元，该驱动单元配备有两个相距一定距离的相对且对齐的驱动组件，两个驱动组件之间设有感应装置，该感应装置允许通过地面感应向驱动单元提供电力。

在这种情况下，驱动单元不具有电池或竖直壳体，这是因为在该文件中，整个自主全向驱动单元都可以被提升，其中驱动组件向下移动以实现其与配备有轮的运输平台的连接。

发明内容

本发明涉及一种紧凑型自主全向驱动单元，其以已知的方式包括：

·第一驱动组件，由与水平几何轴线同轴的第一驱动轮构成，所述第一驱动轮通过第一齿轮箱与平行于水平几何轴线的第一电机连接；

·第二驱动组件，由与所述水平几何轴线同轴的第二驱动轮构成，所述第二驱动轮通过第二齿轮箱与平行于水平几何轴线的第二电机连接；

·电池，连接至所述第一和第二电机；

·底盘，限定了自主全向驱动单元的后三分之一部、中间三分之一部和前三分之一部以及位于底盘中央的竖直几何轴线，所述底盘支撑水平几何轴线方向上彼此间隔开的第一驱动组件和第二驱动组件，并支撑一个或多个脚轮；

·水平运输平台，位于底盘上用于运输负载；

·竖直壳体，可通过运输平台进入其内，与竖直几何轴线同心，并配置为允许驱动单元至运输平台之间的布线通过和/或用于容纳负载提升装置，该负载提升装置配置为抬起运输平台或沿竖直几何轴线方向提升位于运输平台上的负载；和

·控制装置，配置为通过计算产生的控制命令来控制第一电机和第二电机，以使自主驱动单元围绕竖直几何轴线产生计划平移。

因此，所提出的自主驱动单元由底盘组成，底盘由第一驱动轮和第二驱动轮驱动，第一驱动轮和第二驱动轮与水平几何轴线同轴并由第一电机和第二电机驱动，底盘还由一个或多个脚轮支撑。

脚轮可理解为在驱动单元的向前移动方向上进行自身定向的自定向轮，或者可以在任何方向上可互换地旋转的全向轮，例如球轮。

底盘也可理解为由自主全向驱动单元的具有结构性或保护功能的所有非移动部件形成。

底盘上布置有用于在自主全向驱动单元上接收并运输负载的水平运输平台。

底盘的中央限定有竖直几何轴线和与竖直几何轴线同心的竖直壳体，该竖直几何轴线穿过运输平台，该竖直壳体用于容纳能够提升位于驱动单元上的负载的提升装置和/或用于供电缆进出运输平台。

自主全向驱动单元的这种配置实现了使用灵活性。包含提升装置实现了使用驱动单元来移动货物，例如在物流中心或工厂中通过以下方式来实现：将驱动单元放置在用支腿或轮抬起的负载下方；以及通过提升装置的致动将所述负载连接到驱动单元，可以将负载提升并支撑在驱动单元上来运输负载，或者将负载连接至驱动单元来拖动负载。

替代地，可以在运输平台上放置具有特定功能的固定装置，例如机械臂、监视传感器、信息面板、清洁装置等。在这种情况下，提出了通过竖直壳体将驱动单元连接到固定装置的布线通道，从而能够例如控制或协调固定装置与驱动单元的其余部分和/或通过自主全向驱动单元的电池为固定装置供电。

控制装置通过独立驱动第一和第二电机来计算使驱动单元产生计划平移所需的控制命令。

应理解，计划平移是由自主全向驱动单元沿着给定路径进行的移动。换句话说，计划平移预先定义了自主全向驱动单元在其移动期间将遵循的路径。

最后，定义了对应于底盘的前三分之一部、中间三分之一部和后三分之一部的三个不同区域，这三个三分之一部中的每一个分别对应于底盘的一横向区域，每个横向区域相对于垂直于水平和竖直几何轴线的方向覆盖底盘总长度的三分之一。

还将理解的是，“前”和“后”两个词并不决定自主全向驱动单元的向前移动方向。

本发明还以现有技术中未知的方式提出了：

·所述一个或多个脚轮位于后三分之一部处；

·第一电机和第二电机位于中间三分之一部处，二者之间设置有竖直壳体；

·第一驱动轮和第二驱动轮位于前三分之一部，二者之间容纳有电池，并且水平几何轴线与竖直几何轴线间隔一定距离；以及

·控制装置配置为执行计算，该计算直接或间接地包括将竖直几何轴线和水平几何轴线之间的距离作为计算参数。

通过将第一和第二驱动轮放置在底盘的前三分之一部处并且将水平几何轴线从竖直几何轴线处移开一段距离，允许竖直壳体位于第一和第二驱动轮之间，从而释放该空间。

应当理解，竖直几何轴线和水平几何轴线之间的距离将是在垂直于竖直几何轴线和水平几何轴线的方向上测量的最小距离。

还进一步提出了使第一电机和第二电机位于中间三分之一部处，其中第一电机和第二电机中的每一个的旋转轴均平行于水平几何轴线定位，竖直壳体位于底盘的中间三分之一部处并处于第一和第二电机之间。

通过将第一驱动轮和第二驱动轮放置在底盘的前三分之一部处，同时将第一电机、第二电机和竖直壳体留在中间三分之一部处，可以释放前三分之一部中的第一和第二驱动轮之间的空间，从而允许将电池定位在此处，同时实现紧凑且拥有自主全向驱动单元的低高度结构。

将电池定位在第一和第二驱动轮之间减少了在自主全向驱动单元旋转期间由电池的重量产生的惯性，从而实现了以更高的速度更精确地旋转。此外，相对于第一和第二驱动轮居中设置的电池的重量确保了所述轮对地板表面的正确抓地，从而增加了所述轮的加速度。

此外，这种布置允许这种类型的驱动单元中使用单个电池，而不是如通常那样使用两个对称电池，这使得减少并简化了布线，因此降低了自主全向驱动单元的成本。

第一和第二驱动轮位于前三分之一部处以及第一和第二电机位于中间三分之一部处的布置使得自主全向驱动单元能够保持较小高度，这是非常有利的，特别是当自主全向驱动单元用于在物流中心进行货物运输时，考虑到驱动单元的高度较小还可以允许在其下方使用具有很小自由空间的架子来放置驱动单元以提升并运输所述架子，因此增加了仓储密度。

自主全向驱动装置优选地围绕位于底盘中心的旋转中心进行移动和旋转，其中该旋转中心与竖直几何轴线重合，如此，放置在运输平台上并相对于所述竖直几何轴线居中设置的负载产生的惯性可减小。

自主全向驱动单元不仅能够向前和向后移动，而且还必须能够横向平移而不需要一定的转弯半径，这也是非常理想的，因为这实现了驱动单元能够在任何环境中移动，并能够在仅比底盘尺寸稍大的空间中进行操纵。

当水平几何轴线与竖直几何轴线相交时，可以通过使第一和第二驱动轮在相反方向上同时进行等量致动来实现自主全向驱动单元的横向平移，从而使驱动单元围绕竖直几何轴线旋转而不行进，进而向前移动。

然而，随着第一和第二驱动轮移动到底盘的前三分之一部处，水平几何轴线远离竖直几何轴线移动，则不再可能发生在不产生向前移动的情况下围绕竖直几何轴线旋转。

尽管如此，利用该解决方案，也可以通过水平几何轴线的横向平移实现向前移动，从而通过精确控制第一和第二驱动轮的致动，使自主全向驱动单元围绕竖直几何轴线旋转的同时向前移动。

计算用于使自主全向驱动单元相对于竖直几何轴线进行平移所需的控制命令需要复杂的计算操作，其必须直接或间接地包括竖直几何轴线与水平几何轴线之间存在的间隔距离。

一旦确定了计划平移，则建议配置控制装置，用于计算第一电机和第二电机致动第一驱动轮和第二驱动轮的控制命令，其中将提到的竖直和水平几何轴线之间的间隔距离作为用于获得控制命令的计算参数之一。

因此，尽管第一和第二驱动轮未与竖直几何轴线对齐，但是自主全向驱动单元也可以在任何方向上行进，包括横向平移而没有转弯半径。

根据本发明的另一个实施例，提出以下建议：

·第一齿轮箱至少部分地被第一驱动轮包围，第一驱动轮通过第一插置轴承支撑在所述第一齿轮箱的机壳上；以及

·第二齿轮箱至少部分地被第二驱动轮包围，第二驱动轮通过第二插置轴承支撑在所述第二齿轮箱的机壳上。

将第一驱动轮围绕第一齿轮箱放置(其中第一驱动轮通过第一空心轴承将支撑在第一齿轮箱的机壳上)能够压实第一驱动组件，从而减小其在水平几何轴线方向上的尺寸。

将第二驱动轮围绕第二齿轮箱放置(其中第二驱动轮通过第二空心轴承支撑在第二齿轮箱的机壳上)能够压实第二驱动组件，从而减小其在水平几何轴线方向上的尺寸。

因此，容纳电池的第一和第二驱动轮之间的可用空间有所增加，从而实现更紧凑的自主全向驱动单元。

提出了第一轴承与齿轮箱的第一输出轴和水平几何轴线同心，第一驱动轮包括连接到所述第一输出轴的轮毂盖或轮辋。针对第二驱动轮也提出了相同的结构。

优选地，第一齿轮箱和第二齿轮箱是行星齿轮箱，其通常非常紧凑和高效。

根据另一个实施例，第一电机通过第一传动带或链连接到第一齿轮箱，并且第二电机通过第二传动带或链连接到第二齿轮箱。

根据该实施例，第一齿轮箱包括配备有轮或齿轮的第一输入轴，并且第一电机也将连接到轮或齿轮。连接第一齿轮箱和第一电机的所述轮或齿轮的传动带或链将第一电机的旋转传递到第一输入轴。该解决方案允许将第一电机与第一齿轮箱隔开，将第一电机放置在第一驱动轮的一侧。

针对第二驱动组件也提出了相同的结构。

根据提出的附加实施例，运输平台可围绕与竖直几何轴线同心的中空平台轴承旋转并且由旋转电机驱动。优选地，旋转电机将由控制装置控制。

如上所述，竖直壳体可通过运输平台进入并与竖直几何轴线同心，因此，所述竖直壳体也将与旋转运输平台的旋转轴线同心，并且所述运输平台的中心处将具有一个允许进入竖直壳体的孔，其中平台轴承围绕该孔设置。

运输平台的旋转与全方位平移相结合能够允许放置在运输平台上的负载在任何方向上移动、在移动时旋转、或在驱动单元旋转时移动，但负载不会通过运输平台的反向旋转而旋转，该反向旋转补偿了驱动单元的旋转。

根据旋转运输平台的优选实施例，该实施例将包括与竖直几何轴线同心的平台齿轮，该平台齿轮与连接到旋转电机的转动齿轮啮合。平台齿轮将优选地是圆环，其限定了带齿的中空内部，并且其外围支撑在平台轴承上。

还提出了竖直壳体进一步包括旋转电连接器，即能够在其两个部分之间(通常通过圆形导电轨道)传输电力的连接器，这两个部分可以相对于彼此自由旋转。在通过电缆将放置在旋转装载平台上的固定负载与自主全向驱动单元的其余部分连接的情况下，这允许将电缆引入竖直壳体中并将其连接到旋转电连接器，从而允许旋转运输平台自由旋转而不会中断连接。

根据另一个提出的实施例，第一驱动轮和第二驱动轮中的每一个均包括角位置传感器，角位置传感器将角位置读数传送到控制装置，并且其中控制装置配置为在生成控制命令并使自主全向驱动单元进行计划平移之后，根据角位置读数来计算自主全向驱动单元的实际平移，并检测实际平移和计划平移之间的差异。

该特征使得控制装置能够验证自主全向驱动单元所经历的实际平移是否与移动之前的计划平移精确对应。

通常存在一些小缺陷或具有一定游隙的部分，这会导致某些控制命令提供的结果与应用所述控制命令获得的实际结果之间存在差异。该差异可能非常小，但在移动的驱动单元中，该差异在每个控制命令后逐渐累积并可能变得相当大。

还提出将控制装置配置为执行用于生成控制命令的计算，此外该计算还包括在先前平移中检测到的上述差异作为参数，这样能够校正驱动单元的实际位置，防止差异累积。

换句话说，如果在根据控制命令使驱动单元平移之后检测到差异，则将控制装置配置为在计算随后的控制命令时考虑所述差异，以便通过自主全向驱动单元的后续平移来校正所述差异。

还提出在平行于水平几何轴线的方向上投射到中间三分之一部的水平面上的投影的平均宽度大于在平行于水平几何轴线的方向上投射到前三分之一部的水平面上的投影的平均宽度并且大于在平行于水平几何轴线的方向上投射到后三分之一部的水平面上的投影的平均宽度。

这决定了底盘在中间三分之一部处具有最大宽度并在端部变窄。在理想情况下，驱动单元必须内接在与竖直几何轴线同心的圆中，该圆尽可能小以利于其旋转，并且减小端部三分之一处的驱动单元的宽度有助于实现这一点。

就自主全向驱动单元在垂直于水平和竖直几何轴线的方向上的最大长度而言，建议该最大长度为自主全向驱动单元在平行于水平几何轴线的方向上测量的最大宽度的长度的至多±15％。也就是说，驱动单元的最大宽度和最大长度相等或相近，最大差值小于15％。

该特征决定了紧凑型驱动单元不是细长的，而是方形或圆形的，从而便于其内接于如上所述的圆形中。

根据本发明的一个优选实施例，脚轮是通过臂相互连接的两个脚轮，并且其中

·该臂是刚性臂，其中心通过铰接件连接到底盘，该铰接件的轴围绕垂直于竖直轴线和水平轴线的轴线旋转；或者

·该臂是刚性臂，其通过一个或多个弹性元件与底盘连接，当该一个或多个弹性元件受到压缩时，通过刚性臂向下推动脚轮抵靠地面；或者

·该臂是柔性臂，其中心附接底盘上，当该柔性臂受到弯曲时，将脚轮向下压在地面上。

这三个实施例中的任何一个都能够充当悬架，悬架决定了脚轮的垂直位置是可以修正的，即使地面不平整，也能够使驱动单元始终保持两个脚轮与地面接触，从而确保两个驱动轮始终保持与地面接触，防止其打滑，这种打滑可能会在平移后使驱动轮的位置产生相当大的偏差。

还提出每个脚轮均通过一个或多个弹性元件连接到底盘，当该一个或多个弹性元件受压缩时，向下弹性地推动脚轮抵靠地面，使得不再需要插置于脚轮和底盘之间的臂。

自主全向驱动单元显然还将包括连接到控制装置的多个传感器，该控制装置配置为通过这些传感器检测障碍物、位置标记、循环轨道、移动目标或允许驱动单元在经调节的环境周围自主移动的其他参数。这些传感器可以包括相机、激光传感器、超声波传感器、条形码或二维码阅读器、磁性天线、射频天线等。

应当理解，对几何位置的引用，例如平行、垂直、相切等，允许与上述命名法定义的理论位置的偏差高达±5°。

还应当理解的是，所提供的任何值范围就其端值而言可能不是最佳的，并且可能需要对本发明进行调整以使得所述端值适用，所述调整在本领域技术人员的能力范围内。

根据以下对实施例的详细描述，本发明的其他特征将变得明显。

附图说明

基于以下参考附图对实施例的详细描述，将充分理解前述和其他优点和特征，必须以说明性和非限制性的方式来解释附图，其中：

图1示出了自主全向驱动单元的示意平面图，其用不连续的直线示出了驱动单元不同部件之间的电气和信号连接，用不连续的圆线示出了自主全向驱动单元和每个脚轮的转弯半径；

图2示出了与图1相同的示意性平面图，但包括由箭头指示的驱动单元的横向平移路径以及以微弱的不连续线指示的驱动单元在平移之后的终点位置的示例；

图3示出了自主全向驱动单元的一个实施例的详细分解透视图。

图4是图3所示自主全向驱动单元的详细平面图；

图5示出了图3和图4所示的自主全向驱动单元沿竖直几何轴线的详细剖面图；

图6示出了图3、4和5所示的自主全向驱动单元的后三分之一部的详细正视图；以及

图7示出了对应于三个实施例的自主全向驱动单元的后三分之一部的三个示意性正视图，其中脚轮因包含作为脚轮和底盘之间的悬架的元件而可以自由垂直移动。

具体实施方式

附图示出了本发明的说明性和非限制性实施例。

图1、2和4示出了所提出的自主全向驱动单元的平面图。

除了控制装置80之外，该驱动单元还包括支撑第一驱动组件10和第二驱动组件20的底盘40、电池30和两个脚轮50。

第一驱动组件10包括通过传动带15与第一齿轮箱13连接的第一驱动电机11，第一齿轮箱13又连接到第一驱动轮11。

提出了齿轮箱13是行星齿轮箱，即，配备有行星齿轮并且优选地配备有彼此同心的输入轴和输出轴。

第一驱动轮11将与水平几何轴线EH同心，第一齿轮箱13的输入轴和输出轴也与所述水平几何轴线EH同心。

第一电机12包括平行于水平几何轴线EH的输出轴，第一电机12横向邻近第一驱动轮11，即位于其一侧。第一电机12的输出轴通过皮带与第一齿轮箱13的输入轴相连。

如图4所示，还提出了将第一齿轮箱13穿过第一驱动轮11插置第一驱动轮11中，第一驱动轮11通过第一轴承15支撑在第一齿轮箱13的机壳周围，并且第一齿轮箱13的输入轴位于第一驱动轮11的内侧，第一齿轮箱13的输出轴位于第一驱动轮11的外侧。

第一齿轮箱13的输出轴通过位于第一驱动轮11外侧的圆盘与第一驱动轮11相连，如图3所示。

第二驱动组件20包括第二驱动轮21和通过第二皮带24连接到第二电机22的第二齿轮箱23，其中第二驱动组件20的结构与第一驱动组件10的结构相同，并且第二驱动轮21也与上述水平几何轴线EH同心，第一驱动组件10和第二驱动组件20彼此面对。

第一驱动组件10和第二驱动组件20的这种结构使得其在水平几何轴线EH的方向上非常紧凑，因此，两个驱动组件10、20都可以由底盘40支撑，并且二者之间留出一定距离，从而在第一和第二驱动轮11、21之间形成一个中间空间，用于容置电池30。

所提出的自主全向驱动单元包括用于支撑待运输负载的运输平台60。负载可以是例如待移动的货物，例如包含多个分类货物的架子，例如搁架单元。在这种情况下，驱动单元必须能够放置在负载下方并将其抬升，从而将负载的重量加载到自主全向驱动单元上。

替代地，负载可以是增加自主全向驱动单元特征的设备负载，例如机械臂、监视传感器、信息显示器等。在这种情况下，所述设备将需要为其提供电力和/或控制信号的布线，这些电力和/或控制信号必须能够连接到自主全向驱动单元的其余部分。

在这两种情况中的任何一种情况下，自主全向驱动单元都需要使其能够执行所述功能的互补装置，从而使自主全向驱动单元保持紧凑和低高度。

底盘40在驱动单元的向前移动方向上分为三个部分，每个部分对应于其长度的三分之一，从而限定了驱动单元的前三分之一部41、中间三分之一部42和后三分之一部43。

第一电机12和第二电机22位于中间三分之一部42处。

为了以高效的方式提升上述负载，并确保负载不会破坏自主全向驱动单元的稳定性并且不会显着增加自主全向驱动单元的平面尺寸或高度，本发明提出了使用单个负载提升装置，该负载提升装置位于底盘40的中间三分之一部42处并且配置成抬升运输平台60或用于在中间三分之一部42的中央竖直几何轴线EV的方向上提升位于运输平台60上的负载。

为了允许结合所述负载提升装置，本发明提出了在底盘40的位于第一电机12和第二电机22之间的中间三分之一部42中包括与竖直几何轴线EV同心的竖直壳体70，该竖直壳体70优选地可通过运输平台60进入并且可以容纳提升装置。

为了允许在自主全向驱动单元和位于运输平台60上的设备之间连接布线，还提出了将竖直壳体70用作布线通道并用于容纳允许简单连接和断开布线的连接器。

在运输平台60可旋转的实施例中，提出了竖直壳体70还包括旋转电连接器71，旋转电连接器71用于传输电力和信号，从而允许运输平台60和支撑在其上的任何设备都能够相对于自主全向驱动单元的其余部分旋转，其中旋转电连接器71与竖直几何轴线EV同心。

可选地，还提出了竖直壳体70包括连接到运输平台60以与其一体旋转的机壳。在这种情况下，包含在竖直壳体70中的提升装置将与运输平台60一起旋转，因此，提升装置与自主全向驱动单元的其余部分之间的电气和信号连接也将通过旋转电连接器71产生。

竖直几何轴线EV和竖直壳体70的位置对应于自主全向驱动单元的旋转中心，即自主全向驱动单元以竖直几何轴线EV为原点和参考点围绕竖直轴线EV进行平移移动，以计算控制装置80产生的控制命令。

由于自主式全向驱动单元结构紧凑且高度低，因此自主全向驱动单元的不同部件不应相互堆叠放置，而应优选地在同一水平面上一个挨一个并排放置，从而降低驱动单元的高度。

竖直壳体70位于中间三分之一部42的中央位置使得无法将诸如电池30的其他装置放置在中间三分之一部42处。

在这些情况下，常规解决方案包括将电池30分成两个以对称方式位于前三分之一部41和后三分之一部43处的电池，以平衡驱动单元，但是这种解决方案使结构复杂化，产生更多的布线，并使驱动单元更加昂贵，此外还使电池的重量远离驱动单元的旋转中心，从而增加了旋转过程中产生的惯性。

本发明提出了设置单个电池30，其大部分容纳在前三分之一部41中。为了防止由于电池30的重量处于非中心位置造成的不利影响，本发明提出将第一驱动轮11和第二驱动轮21也放置在前三分之一部41中，并将其放置在电池30两侧，其中与第一和第二驱动轮11、21同心的水平几何轴线EH从位于中间三分之一部42处的竖直几何轴线EV移动距离D。

这种结构使得电池30的重量能够相对于第一和第二驱动轮11、21居中设置，因此减少了在旋转期间电池30的重量产生的惯性。

然而，第一和第二驱动轮11、21相对于竖直几何轴线EV处于非中心(即自主全向驱动单元的旋转中心)离心位置，需要负责生成决定第一和第二驱动电机12、22的致动的控制命令的控制装置80被配置为考虑所述偏心度，包括距离D作为用于计算控制命令的参数之一。

自主全向驱动单元的全向移动示例如图2所示，该图示出了处于初始位置和终点位置(以不连续线表示)的自主全向驱动单元。该图通过箭头指示第一驱动轮11和第二驱动轮12中的每一个必须遵循以使竖直几何轴线EV进行直线横向移动的大致路径(从竖直几何轴线EV的初始位置沿着平行于水平几何轴线EH的方向)。

从该图中可以看出，必须精确地协调第一和第二驱动轮11和21的路径以使竖直几何轴线EV进行直线横向移动。在该示例中，第二驱动轮21甚至必须在行进期间改变其旋转方向以实现期望的移动。

如上所述，根据图3和图5所示的附加实施例，运输平台60是旋转运输平台。这使得在自主全向驱动单元引起旋转的同时，旋转运输平台60能够相对于自主全向驱动单元的其余部分不断地校正其相对角位置，以抵消所述旋转并保持同一方向不变，从而在不改变其定向的情况下使运输平台60横向平移，并且因此允许通过横向平移(而非旋转)来移动支撑在运输平台60上的货物，即使当自主全向驱动单元必须执行复杂的旋转操作时也是如此。运输平台60和驱动单元的其余部分之间的相对旋转通过旋转电机62的致动来实现。

根据图3和图5所示的优选实施例，旋转运输平台60支撑在平台齿轮63上，平台齿轮63与竖直几何轴线EV同心，具有带齿的内部并通过平台轴承61沿其外周连接到底盘。平台齿轮63与连接到旋转电机62的转动齿轮64(在图3中以简化方式示为圆柱体)啮合。

控制装置80用于控制第一电机12、第二电机22和旋转电机62以实现自主全向驱动单元的协同全向移动，这些电机可以是电动伺服电机。

在该实施例中，控制装置80为具有存储器和计算能力的可编程逻辑控制器，并且编程为执行确定第一电机12、第二电机和旋转电机62的精确驱动所需的算法，以使自主全向驱动单元围绕与竖直几何轴线EV重合的旋转中心进行受控移动。

除了其他因素，所述算法将考虑例如第一驱动轮11和第二驱动轮12的直径，以及水平几何轴线EH与竖直几何轴线EV之间的最小距离，即距离D。

脚轮50将放置在底盘40的后三分之一部43中，由于脚轮50与第一和第二驱动轮11、21之间存在距离，从而提高了自主全向驱动单元的稳定性。

脚轮50可以是例如自定向轮，如附图中所示的那些。但是其它类型的轮，例如可以在任何方向上几乎无有摩擦地移动的轮或滚轮，也在考虑之列。

后三分之一部43可包括单个脚轮50，该单个脚轮50与第一和第二驱动轮11、21一起形成三脚架，用于确保所有轮始终与地面持续接触。

优选地，后三分之一部43将包括两个脚轮50，这样能够支撑更大的重量。

在完全平坦的地面上，需要确保两个脚轮50以及第一和第二驱动轮将始终与平坦地面接触，但是，如果地面存在一些坑洼，则其中一个驱动轮可能偶尔会失去牵引力，从而导致驱动单元发生偏移。

为了防止该问题，提出了当有两个脚轮50时，两个脚轮50通过悬架元件连接到底盘40。

提出了悬架元件的不同实施例，其中一些在图7中示出。

根据第一实施例，两个脚轮50固定到刚性臂51的端部，刚性臂51的中心又通过铰接件52连接到底盘40，该铰接件52允许围绕垂直于竖直和水平几何轴线EV、EH的轴线旋转。当臂51枢转时，确保了即使地面存在坑洼，驱动单元的四个轮也将与地面接触。

图7中所示的第二实施例包括相同的臂51，但在这种情况下，臂51通过弹性元件53(例如弹簧、诸如橡胶之类的弹性材料块、气动活塞等)连接到底盘上，这些弹性元件53在平行于竖直几何轴线EV的向下垂直方向上驱动臂51，从而将脚轮50压向地面。优选地，将通过导向装置将臂51的移动限制在竖直方向上。

同样在图7中示出的第三实施例提出了使用柔性臂51，柔性臂51的中心附接到底盘40并且具有脚轮50固定在其端部处。

臂51的柔性允许其端部能够垂直移动，从而使臂51的其余部分发生弹性变形，像弹簧一样起作用，从而将脚轮50推向地面，确保脚轮50与地面持续接触。

应当理解，只要组合不会产生不利情况，在一个实施例中描述的构成本发明的不同部分可以与在其他不同实施例中描述的部分自由地组合，即使所述组合没有被明确描述。

Claims (14)

1.一种紧凑型自主全向驱动单元，包括：

·第一驱动组件(10)，由与水平几何轴线(EH)同轴的第一驱动轮(11)构成，所述第一驱动轮(11)通过第一齿轮箱(13)与平行于所述水平几何轴线(EH)的第一电机(12)连接；

·第二驱动组件(20)，由与所述水平几何轴线(EH)同轴的第二驱动轮(21)构成，所述第二驱动轮(21)通过第二齿轮箱(23)与平行于所述水平几何轴线(EH)的第二电机(22)连接；

·电池(30)，连接到所述第一电机和第二电机(12、22)；

·底盘(40)，限定了所述自主全向驱动单元的前三分之一部(41)、中间三分之一部(42)和后三分之一部(43)以及位于所述底盘(40)的中央位置的竖直几何轴(EV)，所述底盘(40)支撑所述水平几何轴线(EH)方向上彼此间隔开的所述第一驱动组件(10)和所述第二驱动组件(20)，并支撑一个或多个脚轮(50)；

·水平运输平台(60)，位于所述底盘(40)上用于运输负载；

·竖直壳体(70)，与所述竖直几何轴线(EV)同心，并配置为允许所述驱动单元至所述运输平台(60)之间的布线通过和/或用于容纳负载提升装置，所述负载提升装置配置为抬起所述运输平台(60)或沿所述竖直几何轴线(EV)方向提升位于所述运输平台(60)上的负载；和

·控制装置(80)，配置为通过计算产生的控制命令来控制所述第一电机(12)和所述第二电机(22)，以使所述自主驱动单元围绕所述竖直几何轴线(EV)产生计划平移；

其特征在于：

·所述一个或多个脚轮(50)位于所述后三分之一部(43)处；

·所述第一电机(11)和所述第二电机(21)位于所述中间三分之一部(42)处，二者之间设置有所述竖直壳体(70)；

·所述第一驱动轮(11)和所述第二驱动轮(21)位于所述前三分之一部(41)处，二者之间容纳有所述电池(30)，并且所述水平几何轴线(EH)与所述竖直几何轴线(EV)间隔一定距离(D)；并且

·所述控制装置(80)配置为执行所述计算，所述计算直接或间接地包括将所述距离(D)作为计算参数。

2.根据权利要求1所述的自主全向驱动单元，其中：

·所述第一齿轮箱(13)至少部分地被所述第一驱动轮(11)包围，所述第一驱动轮(11)通过第一插置轴承(15)支撑在所述第一齿轮箱(13)的机壳上；并且

·所述第二齿轮箱(23)至少部分地被所述第二驱动轮(21)包围，所述第二驱动轮(21)通过第二插置轴承(25)支撑在所述第二齿轮箱(23)的机壳上。

3.根据权利要求2所述的自主全向驱动单元，其中所述第一齿轮箱(13)和所述第二齿轮箱(23)是行星齿轮箱。

4.根据权利要求1、2或3所述的自主全向驱动单元，其中所述第一电机(12)通过第一传动带或链(14)连接到所述第一齿轮箱(13)，并且其中所述第二电机(22)通过第二传动带或链(24)连接到所述第二齿轮箱(23)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中所述运输平台(60)能够围绕与所述竖直几何轴线(EV)同心的中空平台轴承(61)旋转，并由旋转电机(62)致动。

6.根据权利要求5所述的自主全向驱动单元，其中所述运输平台(60)包括与所述竖直几何轴线(EV)同心的平台齿轮(63)，所述平台齿轮(63)与连接到所述旋转电机(62)的转动齿轮(64)啮合。

7.根据权利要求6所述的自主全向驱动单元，其中所述平台齿轮(63)为圆环，其限定了带齿的中空内部，并且其外围支撑在所述平台轴承(61)上。

8.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中所述竖直壳体(70)还包括旋转电连接器(71)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中所述第一驱动轮(11)和所述第二驱动轮(21)中的每一个均包括角位置传感器，所述角位置传感器将角位置读数传送到所述控制装置(80)，并且其中所述控制装置(80)配置为在生成所述控制命令并使所述自主全向驱动单元进行所述计划平移之后，根据所述角位置读数来计算所述自主全向驱动单元的实际平移，并检测所述实际平移和所述计划平移之间的差异。

10.根据权利要求9所述的自主全向驱动单元，其中所述控制装置(80)配置为执行用于生成控制命令的所述计算，所述计算还包括在先前平移中检测到的所述差异作为计算参数。

11.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中在平行于所述水平几何轴线(EH)的方向上投射到所述中间三分之一部(42)的水平面上的投影的平均宽度大于在平行于所述水平几何轴线(EH)的方向上投射到所述前三分之一部(41)的水平面上的投影的平均宽度，并且大于在平行于所述水平几何轴线(EH)的方向上投射到所述后三分之一部(43)的水平面上的投影的平均宽度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中所述自主全向驱动单元在垂直于所述水平几何轴线和竖直几何轴线(EH、EV)的方向上的最大长度为所述自主全向驱动单元在平行于所述水平几何轴线(EH)的方向上测量的最大宽度的长度的至多±15％。

13.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中所述脚轮(50)是通过臂(51)彼此连接的两个脚轮(50)，并且其中

·所述臂(51)是刚性臂，其中心通过围绕垂直于所述竖直轴线和水平轴线(EH、EV)的轴线的铰接件(52)附接到所述底盘(40)；或者

·所述臂(51)是刚性臂，其通过一个或多个弹性元件(53)与所述底盘(40)连接，当所述一个或多个弹性元件(53)受到压缩时，通过刚性臂向下推动所述脚轮(50)抵靠地面；或者

·所述臂(51)是柔性臂，其中心附接到所述底盘(40)，当所述柔性臂受到弯曲时，将所述脚轮(50)向下压在地面上。

14.根据前述权利要求中任一项所述的自主全向驱动单元，其中每个所述脚轮(50)通过一个或多个弹性元件(53)与所述底盘(40)连接，当所述一个或多个弹性元件(53)受到压缩时，向下弹性地推动所述脚轮(50)抵靠地面。

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