CN218405598U - 一种用于平整地面的高速舵轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于平整地面的高速舵轮，涉及舵轮技术领域。本实用新型包括舵轮安装板，舵轮安装板的表面安装有驱动机构、转向机构和反馈机构，驱动机构的内部安装有PU包胶轮，驱动机构用于驱动PU包胶轮进行转动，转向机构用于带动PU包胶轮进行转向，反馈机构用于控制PU包胶轮转向的角度。本实用新型通过采用轮毂电机直驱的方式，用电机直接与轮毂连接固定，解决虚位的问题，通过采用外置的多圈绝对式编码器，提高精度与响应速度，通过采用铝合金、碳纤维等轻质材料，减重以达到节能与提高运行速度的目的，通过驱动电机采用大电流无刷驱动器进行驱动，匹配电机的大功率，能够实现舵轮的高速运行。

Description

一种用于平整地面的高速舵轮

技术领域

本实用新型属于舵轮技术领域，特别是涉及一种用于平整地面的高速舵轮。

背景技术

轮式机器人中的关键部件之一是底盘驱动装置，其中一种新兴的驱动形式——舵轮，它是集成了驱动电机、转向电机、减速机等一体化的机械结构，集产品、行走、牵引和转向功能为一体，可以荷载和牵引较重货物。可快速部署AGV、移动式机器人等。

(1)现有舵轮技术驱动采取电机加齿轮组的形式进行传动，动力传递的过程会存在虚位的现象，即存在一小段时间电机转动却不能影响轮子转动。

(2)现有舵轮技术，在转向部分使用电机内置的绝对式编码器进行转向角度测量，精度低，有较大的累积误差。

(3)现有舵轮技术，多采用钢、铁等金属材料，导致舵轮本身质量较重。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于平整地面的高速舵轮，以解决现有的问题：舵轮动力传递的过程会存在虚位，转向角度测量精度低，机构质量较重等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于平整地面的高速舵轮，包括舵轮安装板，所述舵轮安装板的表面安装有驱动机构、转向机构和反馈机构，所述驱动机构的内部安装有PU包胶轮，所述驱动机构用于驱动PU包胶轮进行转动，所述转向机构用于带动PU包胶轮进行转向，所述反馈机构用于控制PU 包胶轮转向的角度；

所述转向机构包括伺服电机、电机输出轴夹片和转向电机齿轮，所述电机输出轴夹片固定在转向电机齿轮的表面，所述舵轮安装板的表面固定有转向电机安装架，所述伺服电机固定在转向电机安装架的表面，所述转向电机齿轮在转向电机安装架的内部通过电机输出轴夹片固定在伺服电机输出端的表面。

进一步地，所述转向机构还包括交叉滚子轴承固定件、转向齿轮板、固定板、交叉滚子轴承和底盖，所述舵轮安装板的内部固定有底盖，所述底盖通过交叉滚子轴承与交叉滚子轴承固定件转动连接，所述固定板固定在交叉滚子轴承固定件的表面所述转向齿轮板固定在固定板的表面，所述转向齿轮板与转向电机齿轮啮合连接。

进一步地，所述驱动机构包括轴承、轴承支架和电机过渡轴，所述轴承支架固定在固定板的表面，所述轴承安装在轴承支架的内部，所述电机过渡轴的一端通过轴承与轴承支架转动连接，所述电机过渡轴的另一端与PU包胶轮的一端固定连接。

进一步地，所述驱动机构还包括驱动器固定件、无刷驱动器、电机固定架、无刷电机和磁铁，所述电机固定架固定在固定板的表面，所述驱动器固定件固定在电机固定架的一侧，所述无刷电机位于PU 包胶轮的内部，所述无刷电机固定在电机固定架的另一侧，所述无刷驱动器固定在驱动器固定件的一侧，所述无刷电机的输出端与电机过渡轴固定连接，所述无刷电机的另一输出端的顶部固定有圆盘，所述磁铁固定在圆盘的表面，所述无刷驱动器的背面安装有同轴磁旋转位置传感器。

进一步地，所述驱动器固定件、无刷驱动器、同轴磁旋转位置传感器和磁铁同轴心，所述同轴磁旋转位置传感器和磁铁的距离为2－ 3mm之间。

进一步地，所述反馈机构包括多圈绝对式编码器、编码器齿轮和联轴器，所述多圈绝对式编码器固定在转向电机安装架的表面，所述编码器齿轮通过联轴器与多圈绝对式编码器的轴心处固定连接，所述编码器齿轮和联轴器均位于转向电机安装架的内部，所述转向电机齿轮与编码器齿轮啮合连接。

进一步地，所述舵轮安装板、转向齿轮板、转向电机齿轮和编码器齿轮的材质为碳纤维材质，所述PU包胶轮、舵轮安装板和电机固定架为镂空式结构设计。

进一步地，所述轴承支架的顶部固定有过线架。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过采用轮毂电机直驱的方式，用电机直接与轮毂连接固定，解决虚位的问题。

(2)本实用新型通过采用外置的多圈绝对式编码器，提高精度与响应速度。

(3)本实用新型通过采用铝合金、碳纤维等轻质材料，减重以达到节能与提高运行速度的目的。

(4)本实用新型通过驱动电机采用大电流无刷驱动器进行驱动，匹配电机的大功率，能够实现舵轮的高速运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构的示意图；

图2为本实用新型转向机构和反馈机构的连接结构示意图；

图3为本实用新型无刷驱动器的连接结构示意图；

图4为本实用新型驱动机构的连接结构示意图；

图5为本实用新型驱动机构展开的连接结构示意图；

图6为本实用新转向机构和反馈机构展开的连接结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、PU包胶轮；2、多圈绝对式编码器；3、伺服电机；4、转向电机安装架；5、舵轮安装板；6、轴承；7、轴承支架；8、交叉滚子轴承固定件；9、转向齿轮板；10、过线架；11、电机输出轴夹片； 12、转向电机齿轮；13、编码器齿轮；14、联轴器；15、电机过渡轴； 16、驱动器固定件；17、无刷驱动器；18、电机固定架；19、固定板； 20、交叉滚子轴承；21、无刷电机；22、磁铁；23、底盖。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1-6，本实用新型用于公开一种用于平整地面的高速舵轮。

具体的，请参阅图1：

包括舵轮安装板5，舵轮安装板5的表面安装有驱动机构、转向机构和反馈机构，驱动机构的内部安装有PU包胶轮1，驱动机构用于驱动PU包胶轮1进行转动，转向机构用于带动PU包胶轮1进行转向，反馈机构用于控制PU包胶轮1转向的角度。

在一实施例中：

驱动机构带动PU包胶轮1进行运动，由转向机构带动PU包胶轮 1改变方向，并由反馈机构控制PU包胶轮1转向的角度，从而带动舵轮安装板5进行运动。

参阅图1、图2和图6，在一实施例中：

转向机构包括伺服电机3、电机输出轴夹片11和转向电机齿轮 12，电机输出轴夹片11固定在转向电机齿轮12的表面，舵轮安装板 5的表面固定有转向电机安装架4，伺服电机3固定在转向电机安装架4的表面，转向电机齿轮12在转向电机安装架4的内部通过电机输出轴夹片11固定在伺服电机3输出端的表面，由上述结构设计可知，伺服电机3用于带动转向电机齿轮12进行旋转。

在一实施例中：

转向机构还包括交叉滚子轴承固定件8、转向齿轮板9、固定板19、交叉滚子轴承20和底盖23，舵轮安装板5的内部固定有底盖23，底盖23通过交叉滚子轴承20与交叉滚子轴承固定件8转动连接，固定板19固定在交叉滚子轴承固定件8的表面转向齿轮板9固定在固定板19的表面，转向齿轮板9与转向电机齿轮12啮合连接，转向齿轮板9用于带动驱动机构进行转动；

由上述结构设计可知，伺服电机3转动带动转向电机齿轮12进行转动，由于转向齿轮板9与转向电机齿轮12啮合连接，转向齿轮板9、固定板19和交叉滚子轴承固定件8之间固定连接，交叉滚子轴承固定件8与底盖23通过交叉滚子轴承20转动连接，底盖23固定在舵轮安装板5的内部，由此转向电机齿轮12转动并带动转向齿轮板9进行转动，从而带动固定板19与交叉滚子轴承固定件8进行转动，然后带动驱动机构进行转动，并最终带动PU包胶轮1进行转向。

参阅图3-5，在一实施例中：

驱动机构包括轴承6、轴承支架7和电机过渡轴15，轴承支架7 固定在固定板19的表面，当固定板19转动时带动轴承支架7进行转动，轴承6安装在轴承支架7的内部，电机过渡轴15的一端通过轴承6与轴承支架7转动连接，轴承6用于提高电机过渡轴15与轴承支架7之间连接的顺滑性，提高设备的使用寿命，电机过渡轴15的另一端与PU包胶轮1的一端固定连接，电机过渡轴15用于连接PU 包胶轮1，并通过轴承6绕轴承支架7的轴心处进行旋转。

在一实施例中：

驱动机构还包括驱动器固定件16、无刷驱动器17、电机固定架18、无刷电机21和磁铁22，电机固定架18固定在固定板19的表面，驱动器固定件16固定在电机固定架18的一侧，无刷电机21位于PU包胶轮1的内部，无刷电机21固定在电机固定架18的另一侧，无刷驱动器17固定在驱动器固定件16的一侧，无刷电机21的输出端与PU 包胶轮1固定连接，无刷电机21的另一输出端的顶部固定有圆盘，磁铁22固定在圆盘的表面，无刷驱动器17的背面安装有同轴磁旋转位置传感器，

由上述机构设计可知，无刷电机21用于驱动PU包胶轮1与磁铁22进行转动；

驱动器固定件16、无刷驱动器17、同轴磁旋转位置传感器和磁铁22为同轴心，同轴磁旋转位置传感器和磁铁22的距离为2－3mm 之间；

由此，当无刷电机21工作时带动磁铁22进行旋转，同时磁铁22 与同轴磁旋转位置传感器相对旋转，同时无刷驱动器17读取无刷电机21转动数据并对无刷电机21进行驱动控制，并最终带动PU包胶轮1进行旋转；

反馈机构包括多圈绝对式编码器2、编码器齿轮13和联轴器14，多圈绝对式编码器2固定在转向电机安装架4的表面，编码器齿轮 13通过联轴器14与多圈绝对式编码器2的轴心处固定连接，编码器齿轮13和联轴器14均位于转向电机安装架4的内部，转向电机齿轮12与编码器齿轮13啮合连接。

在一实施例中：多圈绝对式编码器2是在单圈编码器的基础上，通过机械传动结构制成，通过将编码器轴的旋转转为脉冲的变化，最终转码成旋转的角度数值，传入控制器进行反馈控制，绝对式编码器具有断电记录的特性，编码器齿轮13与转向齿轮板9相互啮合的传动比为3：1，编码器齿轮13的旋转通过联轴器14传到多圈绝对式编码器2，进行角度变化量的记录与反馈，来控制转向机构的转向角度；

舵轮安装板5、转向齿轮板9、转向电机齿轮12和编码器齿轮13 的材质为碳纤维材质，并且PU包胶轮1、舵轮安装板5和电机固定架18为镂空式结构设计，在保证强度同时可有效的减轻机构质量；

轴承支架7的顶部固定有过线架10，过线架10用于使线束从PU 包胶轮1的上方经过，防止PU包胶轮1旋转时与线束磨损导致损坏。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，包括舵轮安装板(5)，所述舵轮安装板(5)的表面安装有驱动机构、转向机构和反馈机构，所述驱动机构的内部安装有PU包胶轮(1)，所述驱动机构用于驱动PU包胶轮(1)进行转动，所述转向机构用于带动PU包胶轮(1)进行转向，所述反馈机构用于控制PU包胶轮(1)转向的角度；

所述转向机构包括伺服电机(3)、电机输出轴夹片(11)和转向电机齿轮(12)，所述电机输出轴夹片(11)固定在转向电机齿轮(12)的表面，所述舵轮安装板(5)的表面固定有转向电机安装架(4)，所述伺服电机(3)固定在转向电机安装架(4)的表面，所述转向电机齿轮(12)在转向电机安装架(4)的内部通过电机输出轴夹片(11)固定在伺服电机(3)输出端的表面。

2.根据权利要求1所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述转向机构还包括交叉滚子轴承固定件(8)、转向齿轮板(9)、固定板(19)、交叉滚子轴承(20)和底盖(23)，所述舵轮安装板(5)的内部固定有底盖(23)，所述底盖(23)通过交叉滚子轴承(20)与交叉滚子轴承固定件(8)转动连接，所述固定板(19)固定在交叉滚子轴承固定件(8)的表面所述转向齿轮板(9)固定在固定板(19)的表面，所述转向齿轮板(9)与转向电机齿轮(12)啮合连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述驱动机构包括轴承(6)、轴承支架(7)和电机过渡轴(15)，所述轴承支架(7)固定在固定板(19)的表面，所述轴承(6)安装在轴承支架(7)的内部，所述电机过渡轴(15)的一端通过轴承(6)与轴承支架(7)转动连接，所述电机过渡轴(15)的另一端与PU包胶轮(1)的一端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述驱动机构还包括驱动器固定件(16)、无刷驱动器(17)、电机固定架(18)、无刷电机(21)和磁铁(22)，所述电机固定架(18)固定在固定板(19)的表面，所述驱动器固定件(16)固定在电机固定架(18)的一侧，所述无刷电机(21)位于PU包胶轮(1)的内部，所述无刷电机(21)固定在电机固定架(18)的另一侧，所述无刷驱动器(17)固定在驱动器固定件(16)的一侧，所述无刷电机(21)的输出端与电机过渡轴(15)固定连接，所述无刷电机(21)的另一输出端的顶部固定有圆盘，所述磁铁(22)固定在圆盘的表面，所述无刷驱动器(17)的背面安装有同轴磁旋转位置传感器。

5.根据权利要求4所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述驱动器固定件(16)、无刷驱动器(17)、同轴磁旋转位置传感器和磁铁(22)同轴心，所述同轴磁旋转位置传感器和磁铁(22)的距离为2－3mm之间。

6.根据权利要求5所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述反馈机构包括多圈绝对式编码器(2)、编码器齿轮(13)和联轴器(14)，所述多圈绝对式编码器(2)固定在转向电机安装架(4)的表面，所述编码器齿轮(13)通过联轴器(14)与多圈绝对式编码器(2)的轴心处固定连接，所述编码器齿轮(13)和联轴器(14)均位于转向电机安装架(4)的内部，所述转向电机齿轮(12)与编码器齿轮(13)啮合连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述舵轮安装板(5)、转向齿轮板(9)、转向电机齿轮(12)和编码器齿轮(13)的材质为碳纤维材质，所述PU包胶轮(1)、舵轮安装板(5)和电机固定架(18)为镂空式结构设计。

8.根据权利要求7所述的一种用于平整地面的高速舵轮，其特征在于，所述轴承支架(7)的顶部固定有过线架(10)。

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