CN203974547U - 基于弹性驱动轮的搬运机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于弹性驱动轮的搬运机器人，包括AGV车体以及安装在AGV车体下的四个驱动单元，其特征在于：驱动单元采用弹性驱动轮，该弹性驱动轮包括电机、输入端变速机构、输出端变速机构和车轮，电机和输入端变速机构连接在一起构成动力输入端，输出端变速机构和车轮相连接构成动力输出端，在动力输入端和动力输出端之间安装一弹簧旋转连轴机构，该弹簧旋转连轴机构的一端通过输入端变速机构与电机相连接，该弹簧旋转连轴机构的另一端通过输出端变速机构与车轮相连接。本实用新型采用弹性驱动单元，有效避免了电机启动瞬间因超负载而产生的堵转电流，提高了搬运机器人负载启动时的安全性，节省了搬运机器人负载启动时的能量消耗。

Description

基于弹性驱动轮的搬运机器人

技术领域

本实用新型属于搬运机器人技术领域，尤其是一种基于弹性驱动轮的搬运机器人。

背景技术

目前，搬运机器人通常采用轮式平台作为驱动装置。轮式平台驱动装置一般由作为动力输入源的电机、传动机构以及作为动力输出对象的车轮组成，其连接方式一般采用轴连接方式，即：电机和传动机构、传动机构和车轮之间都是通过连接轴进行连接，这种方式也称为“钢性连接”。钢性连接对于电机载重量很大的场合，例如承载上吨级货物时，将会产生一种“颠覆电流”，所述的颠覆电流也称作电机堵转电流，它会将电机烧毁，其原因是：当电机负载启动瞬间，由于承载货物的车轮和地面之间静摩擦力很大，当静摩擦力超过电机负载能力时，将会产生电机轴瞬间停止不转的状态，然而，在电机轴瞬间停止不转的这段时间内加载给电机的电流却是恒定不变的，该电流并不像电机的启动电流那样随着时间的推移而衰减，导致堵转电流持续下去，其后果对于电机就形成了“颠覆电流”而烧毁电机。因此，现有搬运机器人存在负载启动瞬间由于静摩擦力带给电机的安全性问题以及搬运机器人负载启动瞬间所消耗能量大的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于弹性驱动轮的搬运机器人，解决了搬运机器人负载启动瞬间由于静摩擦力带给电机的安全性问题以及搬运机器人负载启动瞬间所消耗能量大的问题。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于弹性驱动轮的搬运机器人，包括AGV车体以及安装在AGV车体下的四个驱动单元，四个驱动单元沿车体纵向轴、横向轴对称分布并安装在AGV车体前后端制有的驱动单元安装槽内，所述的驱动单元采用弹性驱动轮，该弹性驱动轮包括电机、输入端变速机构、输出端变速机构和车轮，所述的电机和输入端变速机构连接在一起构成动力输入端，所述的输出端变速机构和车轮相连接构成动力输出端，在动力输入端和动力输出端之间安装一弹簧旋转连轴机构，该弹簧旋转连轴机构的一端通过输入端变速机构与电机相连接，该弹簧旋转连轴机构的另一端通过输出端变速机构与车轮相连接。

而且，所述弹性驱动轮的弹簧旋转连轴机构由限定旋转角度的旋转弹簧及安装在旋转弹簧两侧的联轴器构成。

而且，所述弹性驱动轮的弹簧旋转连轴机构与输入端变速机构和输出端变速机构具体连接关系为：输入端变速机构通过输入端变速齿轮小轴与弹簧旋转连轴机构上的一联轴器相连接，输出端变速机构通过输出端变速齿轮小轴与弹簧旋转连轴机构上的另一联轴器相连接，输入端变速齿轮小轴、输出端变速齿轮小轴分别安装在输入端变速机构和输出端变速机构内。

而且，所述弹性驱动轮的联轴器内壁上制有安装凹槽，所述输入端变速齿轮小轴以及输出端变速齿轮小轴上分别制有安装凸块，输入端变速齿轮小轴上的安装凸块以及输出端变速齿轮小轴上的安装凸块分别嵌装在两个联轴器内的安装凹槽内。

而且，所述驱动单元的具体结构为上中下三层结构：

第一层结构包括驱动单元回转支撑和驱动单元编码器；该驱动单元回转支撑通过其内侧的回转支撑安装螺钉向上连接驱动单元安装板、向下连接驱动单元摇摆架；所述的驱动单元编码器通过编码器座和编码器安装螺钉与驱动单元安装板相连接；

第二层结构为驱动单元摇摆架，该驱动单元摇摆架由一个方形上端面和安装在其底部两侧的两个方形侧端面构成，该方形上端面通过回转支撑安装螺钉与驱动单元安装板以及驱动单元回转支撑安装在一起，两个方形侧端面通过小轴与驱动单元固定箱体相连接；

第三层结构包括驱动单元固定箱体、两个驱动单元电机箱体、两台电机、两台电机各自的输入端变速机构、输出端变速机构、安装在各自输入端、输出端变速机构中间并与它们的齿轮端面互为垂直的弹簧旋转联轴机构、弹簧旋转联轴机构与两端变速传动机构相连接的连接小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮，两个驱动单元电机箱体分布在驱动单元固定箱体两侧，该驱动单元固定箱体一组对边的两侧分别通过小轴与驱动单元摇摆架两侧相连接,该驱动单元固定箱体另一组对边的两侧通过行走车轮轴与驱动单元电机箱体相连接；两台电机、两台电机各自的两套变速机构、安装在各自两套变速机构中间并与它们的齿轮端面互为垂直的的弹簧旋转联轴机构、弹簧旋转联轴器机构与两端变速传动机构相连接的连接小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮位于驱动单元固定箱体及驱动单元电机箱体构成的平面内，两台电机的一端与各自的动力输入端变速机构相连接，再通过各自的弹簧旋转联轴机构与各自的动力输出端变速机构相连接，两套动力输出端变速机构分别与各自的行走车轮连接在一起，两个行走车轮与两个电机互为垂直安装，两个行走车轮相对安装在各自传动机构靠近两个电机中心点连线的内侧。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型采用采用弹性驱动单元，在每组驱动的电机和车轮之间增加一个弹簧旋转联轴机构，使得电机在超负载启动瞬间，将电机旋转力传递给弹簧，弹簧在接受电机旋转力作旋转运动时，因受到旋转力而被挤压而产生储能，从而实现了将电机超载产生的热能转变成弹簧的储能，再通过弹簧储能的释放带动动力输出端的车轮转动，有效避免了电机启动瞬间因超负载而产生的堵转电流，提高了搬运机器人负载启动时的安全性。

2、本实用新型采用基于弹性驱动轮四个驱动单元的四驱动八轮紧凑式全方位行走方式，将每两个轮子、两个电机、两套弹簧旋转联轴机构(安装在电机和轮子中间)、两套传动机构(弹簧旋转联轴机构两端的变速机构)为一组，以缩小两车轮距离的方法，将距离远的两车轮差速分解为距离小的若干组两车轮的差速，从根本上解决了车辆转向速度问题以及车辆两车轮距离R值最小化问题，使全方位行走驱动单元的R值缩小到原来几分之一，从而提高整体车辆作任意曲线运动(包括以车体自身中心点为圆点的原地旋转运动、车身不转车轮转动的横向运动、斜向运动)时的旋转速度和稳定度。

3、本实用新型通过在电机启动超负载瞬间将电机旋转力传递给弹簧，使弹簧产生弯曲变形，存储一定的弹性势能，弹簧释放后，将弹性势能转变为带动车轮启动的动能，由此，避免了当电机和车轮刚性连接时产生的热能损耗，有效地节省了搬运机器人负载启动时的能量消耗。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图；

图2为弹性驱动轮的结构示意图；

图3为弹簧旋转连轴机构和两端变速传动机构轴连接的原理图；

图4为本实用新型的弹性驱动单元的俯视图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为图4的B-B剖视图；

图中，1：AGV车体；2：驱动单元安装槽；1-0：驱动单元安装板；1-1：回转支撑；1-2：编码器；1-3：编码器座；1-4：编码器安装螺钉；1-5：回转支撑安装螺钉；2-1：驱动单元摇摆架；2-2：连接小轴；2-3：驱动单元固定箱体；3-0、3-9：电机箱体；3-1、3-10：电机；3-2、3-11：动力输入端变速机构；3-3、3-12：弹簧旋转连轴机构；3-4、3-13：动力输出端变速机构；3-5、3-14：车轮；3-6、3-15：动力输入端变速机构小轴；3-7、3-16：动力输出端变速机构小轴；3-8、3-17：车轮轴；3-18：弹簧旋转联轴机构轴连接凹槽；3-19：变速传动机构轴连接凸块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种基于弹性驱动轮的搬运机器人，如图1所示，包括AGV车体1以及安装在AGV车体下的四个弹性驱动单元，四个弹性驱动单元沿车体纵向轴、横向轴对称分布并安装在AGV车体前后端制有的驱动单元安装槽2内。

弹性驱动单元为采用弹性驱动轮的两轮驱动单元。如图2所示，所述的弹性驱动轮包括电机3-1、输入端变速机构3-2、输出端变速机构3-4和车轮3-5，所述的电机3-1和输入端变速机构3-2连接在一起构成动力输入端，所述的输出端变速机构3-4和车轮3-5相连接构成动力输出端，在动力输入端和动力输出端之间安装一弹簧旋转连轴机构3-3，该弹簧旋转连轴机构的一端通过输入端变速机构3-2与电机3-1相连接，该弹簧旋转连轴机构的另一端通过输出端变速机构3-4与车轮3-5相连接；所述弹性驱动轮的弹簧旋转连轴机构3-3由限定旋转角度的旋转弹簧及安装在旋转弹簧两侧的联轴器构成。

所述弹性驱动轮的弹簧旋转连轴机构3-3与输入端变速机构3-2和输出端变速机构3-4具体连接关系为：输入端变速机构3-2通过输入端变速齿轮小轴3-6与弹簧旋转连轴机构3-3上的一联轴器相连接，输出端变速机构3-4通过输出端变速齿轮小轴3-7与弹簧旋转连轴机构3-3上的另一联轴器相连接，输入端变速齿轮小轴3-6、输出端变速齿轮小轴3-7分别安装在输入端变速机构3-2和输出端变速机构内3-4内。弹簧旋转联轴机构的联轴器与变速齿轮小轴内部的具体安装结构，如图3所示，在弹性驱动轮的联轴器内壁上制有安装凹槽3-18，所述输入端变速齿轮小轴以及输出端变速齿轮小轴上分别制有安装凸块3-19，输入端变速齿轮小轴上的安装凸块以及输出端变速齿轮小轴上的安装凸块分别嵌装在两个联轴器内的安装凹槽内。

采用弹性驱动轮的两轮驱动单元为上下三层结构，如图4、图5、图6所示，包括上中下三层结构，下面分别说明：

第一层结构包括驱动单元回转支撑1-1和驱动单元编码器1-2；该驱动单元回转支撑1-1通过其内侧的回转支撑安装螺钉1-5向上连接驱动单元安装板1-0、向下连接驱动单元摇摆架2-1；所述的驱动单元编码器1-2通过编码器座1-3和编码器安装螺钉1-4与驱动单元安装板1-0相连接。

第二层结构为驱动单元摇摆架2-1，该驱动单元摇摆架2-1由一个方形上端面和安装在其底部两侧的两个方形侧端面构成，该方形上端面通过回转支撑安装螺钉1-5与驱动单元安装板1-0以及驱动单元回转支撑1-1安装在一起，两个方形侧端面通过连接小轴2-2、2-4与驱动单元固定箱体2-3相连接。

第三层结构包括驱动单元固定箱体2-3、两个驱动单元电机箱体3-0、3-9、两台电机3-1、3-10、两台电机各自的输入端变速机构3-2、3-11、输出端变速机构3-4、3-13、安装在各自输入端、输出端变速机构中间并与它们的齿轮端面互为垂直的弹簧旋转联轴机构3-3、3-12、弹簧旋转联轴器机构与两端变速传动机构相连接的输入端连接小轴3-6、3-15和输出端连接小轴3-7、3-16；两个行走车轮轴3-8、3-17、两个行走车轮3-5、3-14，两个驱动单元电机箱体3-0、3-9分布在驱动单元固定箱体2-3两侧，该驱动单元固定箱体2-3一组对边的两侧分别通过连接小轴2-2、2-4与驱动单元摇摆架2-1两侧相连接,该驱动单元固定箱体另一组对边的两侧通过行走车轮轴3-5、3-14与驱动单元电机箱体2-1相连接；两台电机3-1、3-10、两台电机各自的两套变速机构(输入端变速机构3-2、3-11、输出端变速机构3-7、3-16)、安装在各自两套变速机构中间的弹簧旋转联轴机构3-3、3-12、弹簧旋转联轴器机构3-3、3-12与两端变速传动机构相连接的输入端变速机构小轴3-6、3-15、输出端变速机构小轴3-7、3-16、两个行走车轮轴3-5、3-14、两个行走车轮3-5、3-14位于驱动单元固定箱体2-3及驱动单元电机箱体3-0、3-9构成的平面内，两台电机的一端与各自的动力输入端变速机构相连接，再通过各自的弹簧旋转联轴机构与各自的动力输出端变速机构相连接，两套动力输出端变速机构3-4、3-13分别与各自的行走车轮3-5、3-14连接在一起，两个行走车轮3-5、3-14与两个电机3-1、3-10互为垂直安装，两个行走车轮相对安装在各自传动机构靠近两个电机中心点连线的内侧。

本实用新型的弹性驱动轮的工作原理如下：电机产生旋转运动，并通过输入端变速机构和输入端变速齿轮小轴把旋转运动传递给弹簧旋转连轴机构，弹簧旋转连轴机构的旋转弹簧在受到电机的旋转力时将产生一种对于旋转弹簧的挤压力并导致弹簧在一定范围内变形，旋转弹簧因受到挤压力和变形而产生储能，当旋转弹簧释放这个储能时，将带动作为动力输出对象车轮转动。本实用新型通过以上弹簧储能的方法将电流产生的热能转变成弹簧的储能，从而有效避免了电机启动瞬间因超负载而产生的堵转电流，最大限度地提高了电机的安全性。从根本上解决了搬运机器人负载启动瞬间由于静摩擦力带给电机的安全性问题以及搬运机器人负载启动瞬间所消耗能量大的问题

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于弹性驱动轮的搬运机器人，包括AGV车体以及安装在AGV车体下的四个驱动单元，四个驱动单元沿车体纵向轴、横向轴对称分布并安装在AGV车体前后端制有的驱动单元安装槽内，其特征在于：所述的驱动单元采用弹性驱动轮，该弹性驱动轮包括电机、输入端变速机构、输出端变速机构和车轮，所述的电机和输入端变速机构连接在一起构成动力输入端，所述的输出端变速机构和车轮相连接构成动力输出端，在动力输入端和动力输出端之间安装一弹簧旋转连轴机构，该弹簧旋转连轴机构的一端通过输入端变速机构与电机相连接，该弹簧旋转连轴机构的另一端通过输出端变速机构与车轮相连接。

2.根据权利要求1所述的基于弹性驱动轮的搬运机器人，其特征在于：所述弹性驱动轮的弹簧旋转连轴机构由限定旋转角度的旋转弹簧及安装在旋转弹簧两侧的联轴器构成。

3.根据权利要求1所述的基于弹性驱动轮的搬运机器人，其特征在于：所述弹性驱动轮的弹簧旋转连轴机构与输入端变速机构和输出端变速机构具体连接关系为：输入端变速机构通过输入端变速齿轮小轴与弹簧旋转连轴机构上的一联轴器相连接，输出端变速机构通过输出端变速齿轮小轴与弹簧旋转连轴机构上的另一联轴器相连接，输入端变速齿轮小轴、输出端变速齿轮小轴分别安装在输入端变速机构和输出端变速机构内。

4.根据权利要求1所述的基于弹性驱动轮的搬运机器人，其特征在于：所述弹性驱动轮的联轴器内壁上制有安装凹槽，所述输入端变速齿轮小轴以及输出端变速齿轮小轴上分别制有安装凸块，输入端变速齿轮小轴上的安装凸块以及输出端变速齿轮小轴上的安装凸块分别嵌装在两个联轴器内的安装凹槽内。

5.根据权利要求1所述的基于弹性驱动轮的搬运机器人，其特征在于：所述驱动单元的具体结构为上中下三层结构：

第一层结构包括驱动单元回转支撑和驱动单元编码器；该驱动单元回转支撑通过其内侧的回转支撑安装螺钉向上连接驱动单元安装板、向下连接驱动单元摇摆架；所述的驱动单元编码器通过编码器座和编码器安装螺钉与驱动单元安装板相连接；

第二层结构为驱动单元摇摆架，该驱动单元摇摆架由一个方形上端面和安装在其底部两侧的两个方形侧端面构成，该方形上端面通过回转支撑安装螺钉与驱动单元安装板以及驱动单元回转支撑安装在一起，两个方形侧端面通过小轴与驱动单元固定箱体相连接；

第三层结构包括驱动单元固定箱体、两个驱动单元电机箱体、两台电机、两台电机各自的输入端变速机构、输出端变速机构、安装在各自输入端、输出端变速机构中间并与它们的齿轮端面互为垂直的弹簧旋转联轴机构、弹簧旋转联轴机构与两端变速传动机构相连接的连接小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮，两个驱动单元电机箱体分布在驱动单元固定箱体两侧，该驱动单元固定箱体一组对边的两侧分别通过小轴与驱动单元摇摆架两侧相连接,该驱动单元固定箱体另一组对边的两侧通过行走车轮轴与驱动单元电机箱体相连接；两台电机、两台电机各自的两套变速机构、安装在各自两套变速机构中间并与它们的齿轮端面互为垂直的的弹簧旋转联轴机构、弹簧旋转联轴器机构与两端变速传动机构相连接的连接小轴、两个行走车轮轴、两个行走车轮位于驱动单元固定箱体及驱动单元电机箱体构成的平面内，两台电机的一端与各自的动力输入端变速机构相连接，再通过各自的弹簧旋转联轴机构与各自的动力输出端变速机构相连接，两套动力输出端变速机构分别与各自的行走车轮连接在一起，两个行走车轮与两个电机互为垂直安装，两个行走车轮相对安装在各自传动机构靠近两个电机中心点连线的内侧。