CN208263960U - 全向行驶移动平台转向驱动机构和转向驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全向行驶移动平台转向驱动机构和转向驱动系统，转向驱动系统包括电气控制模块和机械执行机构；电气控制模块的指令分配计算器接收由解码器解码的来自主机的指令，并将指令分配给转向部分和驱动部分并最终控制转向或驱动电机调速；转向电机控制机械执行机构内部的舵机的运转，舵机输出轴伸入转向轴，转向轴与舵机输出轴同步转动，舵机固定件与紧压构件相对的面上设有平面轴承座圈，滚针轴承卡入平面轴承座圈内部，滚针轴承内的滚针与转动轴接触，转向轴固定连接转板的一端，转板另一端固定连接车轮转轴。本实用新型公开的转向驱动系统能够自动实现移动平台的全向驱动，并且保证转向过程平稳，不会发生窜动。

Description

全向行驶移动平台转向驱动机构和转向驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种车辆驱动系统，特别是一种全向行驶移动平台转向驱动机构和转向驱动系统。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，全方位移动技术受到人们的广泛关注，并且越来越多的场合需要灵活的运输设备，比如工厂中的自动运输车，机场中的行李运送车，残疾人自动轮椅等都需要较灵活的运输设备。全方位移动是指在平面上实现前后、左右和绕自身旋转三个自由度的运动，日常生活中的汽车由于不具有绕自身旋转这个自由度，因此不是全方位移动，汽车侧方位停车就比较麻烦。

传统全方位轮大致为以下几种牛眼轮、连续切换轮、偏心轮、球形轮和麦克纳姆轮等全方位轮，大部分都是使用轮体的全方位轮。但是以上全方位轮存在以下一些问题，1、力学性能差，传统全方位轮的缺点是靠自身轮子与底面间产生的摩擦力强行移动，轮体的轮轴容易发生失效，从而导致应用受限，承载能力差；而且麦克纳姆轮由于自身结构的原因，移动平台在移动时震动比较大，噪音大，这都会造成不利的影响。2、在越障性能上，传统全方位轮的轮体的越障能力一直受限制，主要是因为被动轮的直径过小，在很小的障碍上被动方可能被卡住，比如麦克纳姆轮，其采用的是轮体结构，麦克纳姆轮在重载方面和被动方向越障能力都较差，这些是传统全方位轮的瓶颈，也限制全方位轮在一些特殊用途方向的发展。3、传统全方位轮控制较复杂，主要原因是轮体受力分立，移动平台在完成一个动作时需要各个轮体之间相互配合，造成控制算法比较复杂且稳定性较差。虽然部分科研院所已经研制出轮式结构的全方位移动平台，但是每个驱动轮都需要一个转角电机来控制转向，电机数目多，使得控制更加复杂，难以保证准确度，动作一致性较差。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型提供了一种全向行驶移动平台转向驱动机构，该驱动机构依靠驱动电机驱动转向，稳定性较好，转向轴与舵机输出轴之间不会发生径向和轴向窜动，故使得移动平台整体移动过程平稳；本实用新型还提供了一种全向行驶移动平台转向驱动系统，该转向驱动系统可针对不同的驱动机构发出相应的指令，其电控部分具有较强的通用性。

技术方案：一种全向行驶移动平台转向驱动系统，该转向驱动系统包括转向驱动机构和电气控制模块；电气控制模块的工业通讯串口将采集到的信息传输至解码器，解码器将信息解码，指令分配运算器截取解码器解码后的与转向驱动系统有关的信息并分配指令至驱动系统的转向模块和驱动模块；转向模块包括速度运算器和转向电机，速度运算器接收来自指令分配运算器和绝对值编码器的数据进行速度运算从而控制转向电机调速，转向电机连接驱动机构的舵机驱动舵机转动；驱动模块包括速度运算器和驱动电机，速度运算器接收来自指令分配运算器和增量编码器的数据进行速度运算从而控制车轮驱动电机调速。

上述全向行驶移动平台转向驱动系统的驱动机构，包括舵机、转向节、转向轴、转板和车轮；舵机的输出轴与转向轴连接，转向轴与舵机的输出轴同步转动；转向节固定在舵机箱体上，转向轴上段的盘状构件卡接在转向节内，转向节包括平行设置且连接固定的舵机固定件和紧压构件，舵机固定件固定连接在舵机箱体上，舵机固定件和紧压构件相对的两面上分别设置有平面轴承座圈，其内分别设置有平面轴承，转向轴上段的盘状构件卡接在平面轴承之间，舵机固定件和紧压构件之间还固定设置有滚针轴承，滚针轴承内的滚针与盘状构件外圆周面相接触；滚针轴承外套入硬质衬套；转向轴输出端与转板一端固定连接，转板有两个且对称设置在转向轴两侧，转板另一端连接在车轮驱动电机的固定板上，车轮位于转向轴的正下方，转向轴中心线位于车轮轮宽的中位面。

有益效果：本实用新型所提供的全向行驶移动平台转向驱动机构横向抗冲击能力较强，移动过程较为平稳，在转向过程中不会由于转向轴和车轮位置不对中而产生额外的摩擦力使得转动过程更加困难；本实用新型所提供的全向行驶移动平台转向驱动系统，该系统电控部分可适应于不同的驱动机构，即使增加或调整驱动机构也无需更改电控部分的配置，通用性较好。

附图说明

图1为本实用新型全向行驶移动平台转向驱动系统的结构示意图；

图2为本实用新型图1的A-A剖面图；

图3为实施例1的驱动机构转向节剖面图的局部放大图；

图4与图5为实施例2的驱动机构转向节剖面图的局部放大图；

图6和图7为转板与固定板的连接结构示意图；

图8为本实用新型的电气控制模块的控制流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，一种全向行驶移动平台转向驱动系统，包括转向驱动机构和电气控制模块9；其中转向驱动机构包括舵机1、转向节2、转向轴3、转板6、车轮8；舵机1的输出轴11伸入转向轴3上段中心开设的键槽内，输出轴11与转向轴3连接，转向轴3与舵机1的输出轴11同步转动。

如图2所示，转向节2包括平行设置且相互连接固定的舵机固定件21和紧压构件22，舵机固定件21固定连接在舵机1箱体上，舵机固定件21和紧压构件22相对的两面上分别设置有平面轴承座圈，其内分别设置有平面轴承4，转向轴3上段的盘状构件卡接在平面轴承4之间，舵机固定件21和紧压构件22之间还固定设置有旋转轴承5，旋转轴承5具体采用无内圈的滚针轴承，滚针轴承内部的滚动表面与盘状构件外圆周面相接触，滚针轴承加强了转向节的可靠性，提高了结构整体的横向抗冲击能力；为了进一步加强滚针轴承的横向抗冲击能力，在滚针轴承外侧设置有硬质衬套。

如图1所示，转向轴3输出端与转板6一端固定连接，转板6另一端连接在车轮驱动电机7的固定板71上，车轮8位于转向轴3的正下方，转向轴3中心线位于车轮8轮宽的中位面使得在转向轴3驱动车轮8实现转向时不会产生额外的摩擦力，从而影响平台转动。为了使得转板6不至于导致在传递转矩时造成偏心使得车轮8不稳，转板6有两个且对称设置在转向轴3两侧。

如图3所示，转板6对称设置在转向轴3下段的两侧，其水平段的下表面与转向轴3的下表面平齐，转板6与转向轴3上对应在竖直方向上设有两个通孔，紧固件穿过通孔将转板6和转向轴3连接固定。

如图6和图7所示，由于车轮驱动电机7的固定板71在某些场合设计的厚度较小，并且转板6若直接焊接在固定板71上焊接精度要求较高故采用了转接板10将转板6与固定板71连接起来，转接板10竖直段可采用固定件穿过转板6和转接板10上的通孔将转接板10固定在两个转板6的下段之间。转接板10的倾斜段与固定板11平行，且可同样适用固定件穿过转接板10和固定板71上的通孔将两者固定。此种设计不仅可以增加转板6与固定板71之间的连接强度而且也便于安装。

如图8所示，电气控制模块的工业通讯串口将采集到的信息传输至解码器，解码器将信息解码，指令分配运算器截取解码器解码后的与转向驱动系统有关的信息并分配指令至所述驱动系统的转向模块和驱动模块；转向模块包括速度运算器和转向电机，速度运算器接收来自指令分配运算器和绝对值编码器的数据进行速度运算从而控制转向电机调速，转向电机连接驱动机构的舵机1驱动舵机1转动；驱动模块包括速度运算器和驱动电机，速度运算器接收来自指令分配运算器和增量编码器的数据进行速度运算从而控制车轮驱动电机调速。

实施例2

如图4所示，在本实施例中转向节2包括平行设置且相互连接固定的舵机固定件21和紧压构件22，舵机固定件21固定连接在舵机1箱体上，舵机固定件21与盘状构件上表面和紧压构件22与盘状构件下表面上分别设置有相对应的圆周槽滚道32，在两组圆周槽滚道32内分别设有滚珠组件。相对应的两个圆周槽滚道32的槽形和槽尺寸相同；此结构使得盘状构件与转向节之间的转动更加顺畅。本实施例其余结构均与实施例1相同。

两个圆周槽滚道32的截面形状可以是半圆形，其半径与滚珠的半径大小相等。为了加工简化，截面形状可调差为倒三角形、倒梯形或矩形等，当为倒三角形和倒梯形时要保证槽面与滚珠相切，当为矩形时要保证槽面的内圆面和外圆面都与滚珠相触。由于圆周槽滚道32与滚珠的接触面很小，需根据负载要求的保证与滚珠接触部位的硬度，以保证长期运转下的尺寸稳定。

图4中两组圆周槽滚道32在竖直方向上重合，有的时候转向节的高度需要进行控制，如图5所示，可使两组圆周槽滚道32在转向轴3的轴向相互错开，从而可获得高度较小的转向节2。

Claims (10)

1.一种全向行驶移动平台转向驱动机构，包括舵机(1)、转向节(2)和转向轴(3)，所述舵机(1)的输出轴(11)与转向轴(3)连接，转向轴(3)与舵机(1)的输出轴(11)同步转动；其特征在于：转向节(2)固定在舵机(1)箱体上，转向轴(3)上段的盘状构件卡接在转向节(2)内，转向轴(3)输出端与转板(6)一端固定连接，转板(6)另一端连接在车轮驱动电机(7)的固定板上，车轮(8)位于转向轴(3)的正下方，所述转向轴(3)中心线位于车轮轮宽的中位面。

2.根据权利要求1所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述转向节(2)包括平行设置且连接固定的舵机固定件(21)和紧压构件(22)，所述舵机固定件(21)固定连接在舵机(1)箱体上，所述转向轴(3)的盘状构件卡接于所述舵机固定件(21)和紧压构件(22)之间，所述转向轴(3)的盘状构件外侧设有旋转轴承(5)，所述旋转轴承(5)的内圈或滚轴与盘状构件外圆周面相配合。

3.根据权利要求2所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述舵机固定件(21)和紧压构件(22)相对的两面上分别设置有平面轴承座圈，其内分别设置有平面轴承(4)，所述转向轴(3)上段的盘状构件上下表面与平面轴承(4)配合并可相对转动。

4.根据权利要求2所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述舵机固定件(21)与盘状构件上表面和紧压构件(22)与盘状构件下表面上分别设置有相对应的圆周槽滚道，在两组圆周槽滚道内设有滚珠组件。

5.根据权利要求4所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述两组圆周槽轨道在转向轴(3)的轴向相互错开。

6.根据权利要求2所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述旋转轴承(5)为滚针轴承，其内部滚动表面与盘状构件外圆周面相接触配合。

7.根据权利要求2所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述旋转轴承(5)外侧套入硬质衬套。

8.根据权利要求1所述的全向行驶移动平台转向驱动机构，其特征在于：所述转板(6)有两个且对称设置在转向轴(3)两侧。

9.一种使用如权利要求1～8任一项所述的全向行驶移动平台转向驱动机构的全向行驶移动平台转向驱动系统，所述驱动系统包括转向驱动机构和电气控制模块，其特征在于：所述电气控制模块的工业通讯串口将采集到的信息传输至解码器，所述解码器将信息解码，指令分配运算器截取解码器解码后的与转向驱动系统有关的信息并分配指令至所述驱动系统的转向模块和驱动模块；所述转向模块控制转向电机调速，转向电机连接所述驱动机构的舵机(1)驱动舵机(1)转动；所述驱动模块控制车轮驱动电机(7)调速。

10.根据权利要求9所述的全向行驶移动平台转向驱动系统，其特征在于：所述转向模块包括绝对值编码器和速度运算器，所述速度运算器接收来自指令分配运算器和绝对值编码器的数据进行运算最终驱动舵机(1)转动；所述驱动模块包括增量编码器和速度运算器，所述速度运算器接收来自指令分配运算器和增量编码器的数据进行运算最终驱动车轮驱动电机(7)。