CN115431749A - 一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，涉及转向舵轮技术领域。本发明使用两个电机和含有锥齿轮的差动轮系机构，不需要利用电滑环即可实现舵轮航向的无限制转向；设计了开关霍尔传感器与圆盘形磁铁组成的航向复位检测装置，同时利用转向电机输出轴后的磁性角度霍尔传感器来检测转向电机位置信息，从而实现舵轮航向检测；本发明采取模块化设计，将驱动器集成到舵轮中，舵轮从上到下分别为驱动器、电机、差动轮系、包胶轮，结构清晰，易于维护、检测、更换。
Description
技术领域
本发明涉及转向舵轮技术领域，尤其涉及一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮。
背景技术
舵轮是集成了驱动电机、转向电机、减速器等一体化的装置，相比传统差速轮和全向轮，舵轮的机构集成度高、适配性强、动力输出更强、负载能力更高。
为了实现舵轮航向的转动，现有技术使用两个电机分别为轮子自转和轮子转向提供动力。专利CN 216332264 U中，转向电机11通过转向齿轮5与转向大齿轮啮合，为轮子13的转向提供动力，驱动电机12的输出端与轮子13固定连接，从而为轮子13前进提供动力。专利CN216636616U中，转向电机5通过一组齿轮啮合实现轮子3转向，驱动电机1为轮子3前进提供动力。
另外，为解决上述线缆缠绕问题，现有舵轮技术中有用电滑环为前进动力电机进行供电的方式，参考专利CN215244315U及专利CN111301517A。随着舵轮航向的转动，前进动力电机会一同转动，若在调整航向时沿同一方向持续转动，前进动力电机的供电线及信号线势必会产生缠绕，从而有绞断的危险，这使得舵轮航向不能无限制地向同一方向转动，使控制策略受到舵轮性能的限制。
电滑环进行供电的方式虽然解决了上述线缆缠绕问题，使舵轮航向能够无限制旋转，但由于滑环内长期产生摩擦，大大降低了舵轮的使用寿命。同时滑环的供电线路可能由于磨损而出现断路，使舵轮的可靠性下降。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮。
一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，包括轮组件、电机仓、传动仓、轮子自转方向传动组件、轮轴限位件、舵轮转向传动组件、集成驱动模块、驱动器保护端盖、转筒；
所述轮组件包括包胶轮、轮轴，包胶轮通过螺栓连接固定在轮轴上，轮轴与转筒和轮轴限位件通过法兰轴承转动连接，转筒与轮轴限位件通过螺栓连接固定；所述驱动器保护端盖通过螺栓连接固定于电机仓上；
轮子自转方向传动组件包括自转动力电机、自转输入小齿轮、自转输入小齿轮固定件、转接片、自转大齿圈、大锥齿轮及传动小锥齿轮和从动小锥齿轮，其中自转动力电机的定子部分通过螺纹连接安装于电机仓上，径向充磁圆盘形磁铁三固定于自转动力电机的输出轴后端平面上，转接片与自转动力电机的输出端通过螺栓连接固定，自转输入小齿轮与自转输入小齿轮连接件通过激光焊接固定，自转输入小齿轮连接件与转接片通过螺栓连接固定，自转输入小齿轮与自转大齿圈啮合，自转大齿圈与大锥齿轮通过激光焊接固定，大锥齿轮与传动小锥齿轮、从动小锥齿轮啮合。传动小锥齿轮与轮轴通过激光焊接固定，从动小锥齿轮与轮轴通过法兰轴承旋转连接，所述轮子自转方向传动组件通过一组锥齿轮啮合传动使自转动力电机回转轴垂直于水平面，自转动力电机不随航向旋转。
集成驱动模块包括电机驱动器、航向复位检测模块、磁性角度霍尔传感器一、磁性角度霍尔传感器二、径向充磁圆盘形磁铁二、径向充磁圆盘形磁铁三，磁性角度霍尔传感器一和磁性角度霍尔传感器二固定于电机驱动器上，电机驱动器通过螺栓连接固定于电机仓上；径向充磁圆盘形磁铁二固定于自转动力电机输出轴后端平面上，径向充磁圆盘形磁铁三固定于转向电机输出轴后端平面上，所述航向复位检测模块包括开关霍尔传感器、径向充磁圆盘形磁铁一，转向大齿圈上设置有用于固定径向充磁圆盘形磁铁一的圆柱形凹槽，将径向充磁圆盘形磁铁一固定于圆柱形凹槽之中。开关霍尔传感器固定于电机驱动器上；
所述舵轮转向传动组件包括转向电机、转向输入小齿轮、转向大齿圈，其中转向电机的定子部分通过螺栓连接安装于电机仓上，转向输入小齿轮与转向电机的输出端螺纹孔固定，转向大齿圈与转筒通过螺栓连接固定，转向输入小齿轮与转向大齿圈啮合。
传动仓与电机仓通过螺栓固定连接；轮子保护罩与轮轴限位件通过螺栓固定连接，用来防止包胶轮在自转时将灰尘带入转筒内；
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明提供一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，具备以下有益效果：
(1)通过两个电机和差动轮系，实现轮子航向无限制旋转和轮子自转这两个自由度；
(2)通过开关霍尔传感器与圆盘形磁铁组成的航向复位检测装置，用磁场信号感应来实现舵轮的航向复位，再结合转向电机输出轴后的磁性角度霍尔传感器检测转向电机输出端位置信息，从而实现舵轮航向上绝对角度的感知；
(3)将舵轮模块化，舵轮从上到下分别为驱动板、电机、差动轮系、包胶轮，结构清晰，易于维护、检测、更换。
附图说明
图1为本发明实施例中差动轮系无限制转向舵轮剖视图；
其中，1-驱动器保护端盖，2-电机仓，3-转向电机，4-转向输入小齿轮，5-转向大齿圈，6-大锥齿轮，7-轮轴限位件，8-传动小锥齿轮，9-包胶轮，10-从动小锥齿轮，11-轮轴，12-传动仓，13-转筒，14-自转输入小齿轮，15-自转输入小齿轮固定件，16-转接片，17-自转动力电机，18-自转大齿圈；
图2为本发明实施例中差动轮系无限制转向舵轮内部传动结构示意图；
其中，19-径向充磁圆盘形磁铁一，20-开关霍尔传感器，21-径向充磁圆盘形磁铁二，22-磁性角度霍尔传感器一，23-电机驱动器，24-磁性角度霍尔传感器二，25-径向充磁圆盘形磁铁三，26-轮子保护罩。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，如图1、图2所示，包括轮组件、电机仓2、传动仓12、轮子自转方向传动组件、轮轴限位件7、舵轮转向传动组件、集成驱动模块、驱动器保护端盖1、转筒13；
所述轮组件包括包胶轮9、轮轴11，包胶轮9通过螺栓连接固定在轮轴11上，轮轴11与转筒13和轮轴限位件7通过法兰轴承转动连接，转筒13与轮轴限位件7通过螺栓连接固定；所述驱动器保护端盖1通过螺栓连接固定于电机仓2上；用于防止电机驱动器23受到外部冲击及防尘。
轮子自转方向传动组件包括自转动力电机17、自转输入小齿轮14、自转输入小齿轮固定件15、转接片16、自转大齿圈18、大锥齿轮6及传动小锥齿轮8和从动小锥齿轮10，其中自转动力电机17的定子部分通过螺纹连接安装于电机仓2上，径向充磁圆盘形磁铁三25固定于自转动力电机17的输出轴后端平面上，转接片16与自转动力电机17的输出端通过螺栓连接固定，自转输入小齿轮14与自转输入小齿轮连接件通过激光焊接固定，自转输入小齿轮连接件与转接片16通过螺栓连接固定，自转输入小齿轮14与自转大齿圈18啮合，从而带动自转大齿圈18旋转。自转大齿圈18与大锥齿轮6通过激光焊接固定，大锥齿轮6与传动小锥齿轮8、从动小锥齿轮10啮合。传动小锥齿轮8与轮轴11通过激光焊接固定，从而带动轮轴11旋转。从动小锥齿轮10与轮轴11通过法兰轴承旋转连接，从而使大锥齿轮6、轮轴11的受力对称。所述轮子自转方向传动组件通过一组锥齿轮啮合传动使自转动力电机回转轴垂直于水平面，自转动力电机不随航向旋转。
集成驱动模块包括电机驱动器23、航向复位检测模块、磁性角度霍尔传感器一22、磁性角度霍尔传感器二24、径向充磁圆盘形磁铁二21、径向充磁圆盘形磁铁三25，磁性角度霍尔传感器一22和磁性角度霍尔传感器二24固定于电机驱动器23上，电机驱动器23通过螺栓连接固定于电机仓2上；径向充磁圆盘形磁铁二21固定于自转动力电机17输出轴后端平面上，磁性角度霍尔传感器一22用于检测径向充磁圆盘形磁铁二21的磁场变化，从而感知自转动力电机17输出端的位置信息。径向充磁圆盘形磁铁三25固定于转向电机3输出轴后端平面上，磁性角度霍尔传感器二24用于检测径向充磁圆盘形磁铁三25的磁场变化，从而感知转向电机3输出端的位置信息。所述航向复位检测模块包括开关霍尔传感器20、径向充磁圆盘形磁铁一19，转向大齿圈5上设置有用于固定径向充磁圆盘形磁铁一19的圆柱形凹槽，将径向充磁圆盘形磁铁一19固定于圆柱形凹槽之中。开关霍尔传感器20固定于电机驱动器23上，用于检测径向充磁圆盘形磁铁一19的磁场信息，从而确定转向大齿圈5是否正确复位。
所述舵轮转向传动组件包括转向电机3、转向输入小齿轮4、转向大齿圈5，其中转向电机3的定子部分通过螺栓连接安装于电机仓2上，用于驱动舵轮航向调整；，转向输入小齿轮4与转向电机3的输出端螺纹孔固定，转向大齿圈5与转筒13通过螺栓连接固定，转向输入小齿轮4与转向大齿圈5啮合；从而带动轮轴固定组件转向，轮轴固定组件进而带动轮组件实现航向调整。
传动仓12与电机仓2通过螺栓固定连接；轮子保护罩26与轮轴限位件7通过螺栓固定连接，用来防止包胶轮在自转时将灰尘带入转筒13内；
本发明通过开关霍尔传感器与圆盘形磁铁组成的航向复位检测模块，用磁场信号感应来实现舵轮的航向复位，再结合转向电机输出轴后的磁性角度霍尔传感器检测转向电机输出端位置信息，从而实现舵轮航向上绝对角度的感知。
本发明整体形成一个独立的舵轮模块，只引出两根供电线和一根信号线。可使用多个舵轮模块并配合激光雷达、正交编码轮式平面定位系统等其它传感器组成全方位走行机构。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，包括轮组件、电机仓、传动仓、轮子自转方向传动组件、轮轴限位件、舵轮转向传动组件、集成驱动模块、驱动器保护端盖、转筒；
所述舵轮转向传动组件包括转向电机、转向输入小齿轮、转向大齿圈，其中转向电机的定子部分通过螺栓连接安装于电机仓上，转向输入小齿轮与转向电机的输出端螺纹孔固定，转向大齿圈与转筒通过螺栓连接固定，转向输入小齿轮与转向大齿圈啮合；传动仓与电机仓通过螺栓固定连接；轮子保护罩与轮轴限位件通过螺栓固定连接；所述驱动器保护端盖通过螺栓连接固定于电机仓上。
2.根据权利要求1所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述轮组件包括包胶轮、轮轴，包胶轮通过螺栓连接固定在轮轴上，轮轴与转筒和轮轴限位件通过法兰轴承转动连接，转筒与轮轴限位件通过螺栓连接固定。
3.根据权利要求1所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述轮子自转方向传动组件包括自转动力电机、自转输入小齿轮、自转输入小齿轮固定件、转接片、自转大齿圈、大锥齿轮及传动小锥齿轮和从动小锥齿轮，其中自转动力电机的定子部分通过螺纹连接安装于电机仓上，径向充磁圆盘形磁铁三固定于自转动力电机的输出轴后端平面上，转接片与自转动力电机的输出端通过螺栓连接固定，自转输入小齿轮连接件与转接片通过螺栓连接固定，自转输入小齿轮与自转大齿圈啮合，大锥齿轮与传动小锥齿轮、从动小锥齿轮啮合；从动小锥齿轮与轮轴通过法兰轴承旋转连接。
4.根据权利要求1所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述集成驱动模块包括电机驱动器、航向复位检测模块、磁性角度霍尔传感器一、磁性角度霍尔传感器二、径向充磁圆盘形磁铁二、径向充磁圆盘形磁铁三，磁性角度霍尔传感器一和磁性角度霍尔传感器二固定于电机驱动器上，电机驱动器通过螺栓连接固定于电机仓上；径向充磁圆盘形磁铁二固定于自转动力电机输出轴后端平面上，径向充磁圆盘形磁铁三固定于转向电机输出轴后端平面上。
5.根据权利要求3所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述轮子自转方向传动组件通过一组锥齿轮啮合传动使自转动力电机回转轴垂直于水平面，自转动力电机不随航向旋转。
6.根据权利要求1所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述舵轮转向传动组件的转向输入小齿轮与转向电机输出端固定，通过转向输入小齿轮和转向大齿圈的啮合实现舵轮航向的调整。
7.根据权利要求3所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述自转输入小齿轮与自转输入小齿轮连接件通过激光焊接固定，自转大齿圈与大锥齿轮通过激光焊接固定，传动小锥齿轮与轮轴通过激光焊接固定。
8.根据权利要求4所述的一种集成驱动器及航向检测的差动轮系无限制转向舵轮，其特征在于，所述航向复位检测模块包括开关霍尔传感器、径向充磁圆盘形磁铁一，开关霍尔传感器固定于电机驱动器上；转向大齿圈上设置有用于固定径向充磁圆盘形磁铁一的圆柱形凹槽，将径向充磁圆盘形磁铁一固定于圆柱形凹槽之中。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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