CN208053107U - 一种高度集成四驱轮式底盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高度集成四驱轮式底盘，包括电动机、同步带、减速机、双路驱动器、锂电池和电源管理系统；电动机水平安装于底盘架上，且靠近前轮一端；电动机输出轴驱动同步带转动；同步带连接同侧的前后轮胎；同步带带动内嵌在轮胎内侧的减速机运动；依次位于电动机一侧、且安装在底盘架上的双路驱动器、锂电池和电源管理系统。本实用新型具有高度集成、功能齐全、便于开发的优点，具有广阔的开发和应用前景。

Description

一种高度集成四驱轮式底盘

技术领域

本实用新型涉及四驱轮式底盘技术领域，更具体的说是涉及一种高度集成四驱轮式底盘。

背景技术

当前，四轮驱动的小型电动底盘大量应用于服务机器人、安防机器人、电力巡检机器人、小型运输车辆，应用十分广泛。

现有的四轮驱动轮式底盘往往由四个电动机减速机构成，需要配置四路驱动器，同时消耗很大的能源，占用更大的内部空间，造成履带车底盘重心过高，降低了爬坡角度等车辆性能参数。并且内部空间的不足使得轮式底盘内部没有合适空间匹配编码器、电磁刹车等机器人必备配件。

因此，如何提供一种高度集中、功能齐全、便于开发的轮式底盘是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种高度集中、功能齐全、便于开发的高度集成四驱轮式底盘。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高度集成四驱轮式底盘，包括底盘架、轮胎，还包括电动机、同步带、减速机、双路驱动器、锂电池和电源管理系统；

所述轮胎分为前轮胎和后轮胎；所述同步带连接同侧的前轮胎和后轮胎；

所述减速机位于所述轮胎与所述底盘架之间，且所述同步带带动所述减速机运动；

所述电动机安装于靠近前轮一端的所述底盘架上；

所述电动机输出轴驱动所述同步带转动；

所述同步带连接同侧的前后轮胎；

所述同步带带动内嵌在轮胎内侧的所述减速机运动；

所述双路驱动器、所述锂电池、所述电源管理系统依次位于所述电动机的一侧，并且均安装在所述底盘架上。

所述电源管理系统与所述电动机、所述同步带、所述减速机、所述双路驱动器和所述锂电池电连接。

采用上述技术方案的有益效果是：目前，四轮驱动轮式底盘主要由电动机、减速机、驱动器、锂电池、控制器、电源管理系统等组成。在结构上常规四轮驱动轮式底盘往往由四个电动机减速机构成，需要配置四路驱动器，消耗很大的能源和占用更大的内部空间，使内部构造向上空间发展，造成履带车底盘重心过高，降低了爬坡角度等车辆性能参数。本方案克服上述缺陷，将四驱轮式底盘的四个电动机减少为两个电动机，通过同步带将同侧前轮和后轮连接，达到四轮驱动的效果，不同于常规车辆；本实用新型的高度集成四驱轮式底盘的电动机先将转矩通过同步带传动给前轮和后轮一定要注意前后结构名称的高度一致，再分别进行减速，这样获得了较小的传动扭矩，无需选择更大型号同步带，减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间。本实用新型将四个减速机内嵌在轮胎轮毂内部和采用两个双路驱动器适配两个电动机，进一步减少了内部空间，降低底盘重心。

通过锂电池充电，为高度集成四驱轮式底盘提供电能，这样不仅节能环保，同时能够可持续利用。

进一步，还包括光电编码器，所述光电编码器安装于连接后轮胎的后轮轮轴上。

采用上述技术方案的有益效果是：目前，由于四驱轮式底盘占用空间大，重心过高，并且内部空间的不足使得四驱轮式底盘内部没有合适空间匹配编码器，本实用新型通过高度集成使高度集成四驱轮式底盘结构紧凑，有足够的空间匹配编码器。

本实用新型采用光电编码器，光电编码器是通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器。在本实用新型中，光电编码器将高度集成四驱轮式底盘的轮轴上的转速数据转换成数字量或脉冲上传到系统的控制中心，实现系统的闭环控制。

进一步，所述光电编码器与所述电源管理系统电连接。

进一步，所述光电编码器有两个，对称安装在后轮轮轴上。

采用上述技术方案的有益效果是：光电编码器将高度集成四驱轮式底盘的轮轴上的转速数据转换成数字量或脉冲上传到系统控制中心，实现系统的闭环控制。本实用新型光电编码器配置两个，分别检测高度集成四驱轮式底盘的两侧车轮的转速转换成数字量或脉冲上传到系统控制中心，实现系统的闭环控制。

进一步，还包括电磁刹车器，所述电磁刹车器对称安装于后轮轮轴、且位于所述光电编码器外侧。

采用上述技术方案的有益效果是：电磁刹车器是现代工业中一种理想的自动化执行元件，在机械传动系统中主要起传递动力和控制运动等作用。电磁刹车器使机器在很短时间内停止运转，也可在短期内用来减低或调整机器的运转速度，具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。所以本实用新型将电磁刹车器连接在驱动轴上，能够防止在高度集成四驱轮式底盘溜车，保证系统运动的准确性和安全性。

进一步，所述高度集成四驱轮式底盘通过系统控制运动，所述电源管理系统为所述高度集成四驱轮式底盘服务的所述系统提供电源。

进一步，所述电源管理系统提供48V、24V、12V和5V电源。

采用上述技术方案的有益效果是：电源管理系统不仅为系统提供稳定的 48V电源和电池电量信息，还要考虑到用户在使用过程中其他附件传感器、控制板、摄像头等供电，所以电源管理系统还提供24V，12V和5V电源，实现了一源多用的功能，避免使用多种电源，不仅占用空间，还产生资源浪费。通过使用电源管理系统为附件提供电源，不仅大大减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间，还使高度集成四驱轮式底盘的结构更加紧凑。

进一步，所述双路驱动器采用的通讯方式包括：can总线、rs485、pwm 和0～5V通讯方式。

采用上述技术方案的有益效果是：can总线通讯协议是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是应用最广泛的现场总线之一，can协议用于各种不同元件之间的通信，取代了昂贵而笨重的配电线束，简化了高度集成四驱轮式底盘的结构；Rs485接口不仅可以实现点对点的通信方式，还能实现联网功能，只需要两根通讯线，即可以在两个或两个以上的设备之间进行数据传输，能够实现高度集成四驱轮式底盘与系统，或系统与外界的数据传输；采用pwm控制方式能使电源管理系统的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，具有控制简单，灵活和动态响应好的优点。通过采用can总线、rs485、pwm和0～5V等通讯方式，便于客户开发和应用改高度集成四驱轮式底盘。

本实用新型首先通过水平安装在底盘架上的两个电动机的输出轴驱动同步带转动，带动内嵌在轮胎内侧的减速机，从而带动车轮转动，以及通过同步带将同侧前后轮连接，达到了四轮驱动的效果；其次，本实用新型的电动机先将转矩通过同步带传送给四个轮子，再分别进行减速，这样获得了较小的传动扭矩，无需选择更大型号的同步带；大大减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间；再次，将四个减速机内嵌在轮胎轮毂内部，进一步减少了内部空间，降低底盘重心。最后，通过光电编码器、电磁刹车器的设置，增加了四驱轮式底盘的功能，达到了功能齐全的目的。为用户提供can总线、rs485、 pwm和0～5V等的通讯方式，便于客户的开发和应用。因此，本实用新型具有高度集成、功能齐全、便于开发的优点，具有广阔的开发和应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型的主视图；

图2附图为本实用新型的左视图；

图3附图为本实用新型的俯视图；

图4附图为本实用新型的结构示意图。

图中：1、轮胎；2、减速机；3、底盘架；4、同步带；5、电动机；6、双路驱动器；7、锂电池；8、电源管理系统；9、光电编码器；10、电磁刹车器；11、后轮轮轴。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种高度集成、功能齐全、便于开发的高度集成四驱轮式底盘。高度集成四驱轮式底盘通过水平安装在底盘架上的两个电动机的输出轴驱动同步带转动，带动内嵌在轮胎内侧的减速机，从而带动车轮转动，以及通过同步带将同侧前后轮连接，达到了四轮驱动的效果；其次，本实用新型的电动机先将转矩通过同步带传送给四个轮子，再分别进行减速，这样获得了较小的传动扭矩，无需选择更大型号的同步带；大大减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间；再次，将四个减速机内嵌在轮胎轮毂内部，进一步减少了内部空间，降低底盘重心。最后，通过光电编码器、电磁刹车器的设置，增加了四驱轮式底盘的功能，达到了功能齐全的目的。为用户提供can总线、rs485、pwm和0～5V等的通讯方式，便于客户的开发和应用。具有高度集成、功能齐全、便于开发的优点，具有广阔的开发和应用前景。

具体实施例1：如图附图1-2所示，本实施例主要为机器人开发者提供一种高度集成、结构紧凑、功能齐全的一种高度集成四驱轮式底盘。

一种高度集成四驱轮式底盘，包括底盘架3、轮胎1，还包括两个电动机 5、同步带4、减速机2、双路驱动器6、锂电池7和电源管理系统8；

轮胎1分为前轮胎和后轮胎；同步带4连接同侧的前轮胎和后轮胎；

减速机2位于轮胎1与底盘架3之间，且同步带4带动减速机2运动；

电动机5安装于靠近前轮一端的所述底盘架3上；

电动机5输出轴驱动所述同步带4转动；

同步带4连接同侧的前后轮胎；

同步带4带动内嵌在轮胎内侧的减速机2运动；

在底盘架3上，除安装有两个电动机5，还依次安装有双路驱动器6、锂电池7和电源管理系统8。

将四驱轮式底盘的四个电动机减少为两个电动机，通过同步带将同侧前后轮连接，达到四轮驱动的效果，电动机先将转矩通过同步带传动给四个轮子，再分别进行减速，这样获得了较小的传动扭矩，无需选择更大型号同步带，减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间。又将四个减速机内嵌在轮胎轮毂内部和采用两个双路驱动器适配两个电动机，进一步减少了内部空间，降低底盘重心。

需要说明的是，电动机不仅仅局限于使用两个。

通过锂电池7可以充电为系统提供电能，节能环保。

为了进一步优化上述技术方案，在后轮轮轴11上安装有光电编码器9；光电编码器9与电源管理系统8电连接；光电编码器9设有两个，对称安装在后轮轮轴11上。

光电编码器9是通过光电转换将高度集成四驱轮式底盘的两侧车轮的的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器。即采集高度集成四驱轮式底盘两侧车轮的转速数据，将转速数据转换成脉冲或者数字量上传到机器人控制中心，机器人控制中心获取当前的车轮转速，与机器人预设的转速作比较是否出现偏差。当出现偏差时，控制中心根据偏差发出新的指令，以纠正偏差。通过光电编码器9的设置，实现了机器人的闭环控制。通过闭环控制，使机器人系统有较强的抗干扰能力，并对偏差进行有效的控制，从而保证机器人预设目标的准确实现。

为了进一步优化上述技术方案，在后轮轮轴11上安装两个电磁刹车器10。

本实施例中将电磁刹车器10连接在驱动轴上，分别控制两侧车轮的运动，能够防止在高度集成四驱轮式底盘运行中溜车，以保证机器人运动的准确性和安全性。

为了进一步优化上述技术方案，电源管理系统8为系统提供48V、24V、 12V和5V电源。

在机器人系统中，除了机器人需要电源管理系统8为其提供稳定的48V电源和电池电量信息外，机器人其他的附件也需要提供电源，机器人系统在运行中还需要各种传感器、控制板、摄像头等附件。这些附件需要的电源电压不一样，基本为24V、12V和5V。如果为每个附件提供一个电源，不仅增加了负载，还占用了空间。本实用新型通过使用电源管理系统8为附件提供电源，不仅大大减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间，还使高度集成四驱轮式底盘的结构更加紧凑，实现了一源多用的功能。

为了进一步优化上述技术方案，本实用新型采用can总线、rs485、pwm和 0～5V通讯方式。

can总线通讯协议是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是应用最广泛的现场总线之一，can协议用于机器人系统中各种不同元件之间的通信，取代了昂贵而笨重的配电线束，简化了机器人的结构；

Rs485接口不仅可以实现点对点的通信方式，还能实现联网功能，只需要两根通讯线，即可以在两个或两个以上的设备之间进行数据传输，能够实现高度集成四驱轮式底盘与机器人，或机器人与外界的数据传输；

采用pwm控制方式能使电源管理系统的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，具有控制简单，灵活和动态响应好的优点。

通过采用can总线、rs485、pwm和0～5V等通讯方式，便于客户开发和应用该高度集成四驱轮式底盘。

本实施例应用于机器人的高度集成四驱轮式底盘通过安装两个电动机驱动同步带转动，带动内嵌在轮胎内侧的减速机，从而带动车轮转动，以及通过同步带将同侧前后轮连接，达到了四轮驱动的效果；其次，通过选择较小型号的同步带，大大减少了高度集成四驱轮式底盘的占用空间；再次，将四个减速机内嵌在轮胎轮毂内部，进一步减少了内部空间，降低底盘重心。最后，通过光电编码器、电磁刹车器的设置，增加了四驱轮式底盘的功能，达到了功能齐全的目的。为用户提供can总线、rs485、pwm和0～5V等的通讯方式，便于客户的开发和应用。具有高度集成、功能齐全、便于开发的优点，具有广阔的开发和应用前景。

具体实施例2，本实施例主要为移动设备开发者提供一种高度集成、结构紧凑、功能齐全的一种高度集成四驱轮式底盘。其他技术方案与实施例1相同。

具体实施例3，本实施例主要为小型运输车辆开发者提供一种高度集成、结构紧凑、功能齐全的一种高度集成四驱轮式底盘。其他技术方案与实施例1 相同。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种高度集成四驱轮式底盘，包括底盘架(3)、轮胎(1)，其特征在于：还包括电动机(5)、同步带(4)、减速机(2)、双路驱动器(6)、锂电池(7)和电源管理系统(8)；

所述轮胎(1)分为前轮胎和后轮胎；所述同步带(4)连接同侧的前轮胎和后轮胎；

所述减速机(2)位于所述轮胎(1)与所述底盘架(3)之间，且所述同步带(4)带动所述减速机(2)运动；

所述电动机(5)水平安装于靠近前轮一端的所述底盘架(3)上；

所述电动机(5)输出轴驱动所述同步带(4)转动；

所述双路驱动器(6)、所述锂电池(7)、所述电源管理系统(8)依次位于所述电动机(5)的一侧，并且均安装在所述底盘架(3)上；

所述电源管理系统(8)与所述电动机(5)、所述同步带(4)、所述减速机(2)、所述双路驱动器(6)和所述锂电池(7)电连接。

2.如权利要求1所述的一种高度集成四驱轮式底盘，其特征在于：还包括光电编码器(9)，所述光电编码器(9)安装于连接后轮胎的后轮轮轴(11)上。

3.如权利要求2所述的一种高度集成四驱轮式底盘，其特征在于：还包括电磁刹车器(10)，所述电磁刹车器(10)对称安装于后轮轮轴(11)、且位于所述光电编码器(9)外侧。

4.如权利要求1所述的一种高度集成四驱轮式底盘，其特征在于：所述高度集成四驱轮式底盘通过系统控制运动，所述电源管理系统(8)为所述高度集成四驱轮式底盘服务的所述系统提供电源。

5.如权利要求4所述的一种高度集成四驱轮式底盘，其特征在于：所述电源管理系统(8)提供的电源包括48V、24V、12V和5V。

6.如权利要求1所述的一种高度集成四驱轮式底盘，其特征在于：所述双路驱动器(6)采用的通讯方式包括：can总线、rs485、pwm和0～5V通讯方式。