一種全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人運動靈活性，如任意角度轉(zhuǎn)向、原地轉(zhuǎn)向等功能是衡量機器人運動性能的重要指標。在中國發(fā)明專利文獻CN 102129248A《全向運動比賽機器人底盤》中公開了一種可以實現(xiàn)橫向、縱向和斜向運動的多向運行的機器人方案。其采用四個全向車輪安裝在機器人的四個側(cè)面，每個車輪通過車輪軸安裝在車輪架上，再安裝到車體上，通過單片機控制系統(tǒng)控制每個車輪的運動方向或運行停止狀態(tài)組合地實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能，體現(xiàn)了全向輪的一個典型應(yīng)用場景。
[0003]汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用復雜的傳動機構(gòu)將外部方向盤發(fā)出的機械式信號放大并轉(zhuǎn)換為車輪在水平面上的角度變化，通常兩個前輪是聯(lián)動的，并且無法實現(xiàn)單輪360度獨立地轉(zhuǎn)動。這類方案適用于重型機械且轉(zhuǎn)向角度有限的應(yīng)用場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型提供一種全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)車輪的前進、后退，360度轉(zhuǎn)向等運動功能，精確控制前進后退距離以及水平轉(zhuǎn)動角度。
[0005]本實用新型提供的全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，所述全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)安裝在車輪上，其特征在于:包括支撐架、轉(zhuǎn)向電機、行走驅(qū)動電機以及水平編碼器;所述支撐架安裝在車輪上，該支撐板頂端安裝有轉(zhuǎn)向減速器，該轉(zhuǎn)向減速器上安裝有轉(zhuǎn)向編碼器，所述轉(zhuǎn)向編碼器的轉(zhuǎn)動軸固定在所述支撐架上;所述轉(zhuǎn)向電機與轉(zhuǎn)向減速器連接;所述行走驅(qū)動電機安裝在所述車輪上，所述水平編碼器與行走驅(qū)動電機同軸連接。
[0006]本實用新型將直行和轉(zhuǎn)向進行分解，使用行走驅(qū)動電機為直行提供動力，使用轉(zhuǎn)向電機為轉(zhuǎn)向提供動力;分別設(shè)置轉(zhuǎn)向編碼器和水平編碼器對轉(zhuǎn)向及水平移動的位置進行檢測反饋，精確控制水平轉(zhuǎn)動角度及前進后退距離。
[0007]所述支撐架呈U形，包括左支撐板、右支撐板和頂部支撐板，所述轉(zhuǎn)向減速器安裝在頂部支撐板上，所述左、右支撐板安裝在車輪上。U形支撐架架裝在車輪上，左支撐板、右支撐板分列車輪的兩側(cè)，頂部支撐板位于車輪的上方，方便其他部件的安裝。
[0008]優(yōu)選地，所述支撐架頂端安裝有連接件，所述轉(zhuǎn)向減速器通過所述連接件與所述支撐架連接。
[0009]所述車輪包括實心車胎和車輪骨架，所述車輪骨架內(nèi)嵌在所述車胎內(nèi)；所述車輪骨架包括車輞、車輻和車轂;所述車輞與車轂同圓心設(shè)置，所述車輻的兩端分別連接所述車輞的內(nèi)壁、車轂的外壁;所述車輻為C弧形。C弧形車輻具有較強韌性，被壓縮時產(chǎn)生張力，被拉升時產(chǎn)生拉力。當車輪受到一個方向的沖擊時，沖擊力作用點一側(cè)的C弧形車輻壓縮產(chǎn)生張力，其余C弧形車輻產(chǎn)生拉力，車轂由于慣性，干擾位移較小，從而形成抗沖擊效果。
[0010]所述車輻在所述車輞周向上均勻分布，且中心對稱設(shè)置，中心對稱設(shè)置的車輻所帶來的抗沖擊力效果更好。
[0011]為優(yōu)化車輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，所述行走驅(qū)動電機安裝在所述車轂上，使得整體結(jié)構(gòu)更緊湊。
[0012]本實用新型具有以下有益效果:(I)前進、后退，全向轉(zhuǎn)動靈活；(2)位置檢測精確，驅(qū)動控制方便；(3)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，一體式方便安裝；(4)本實用新型為一個獨立模塊，可應(yīng)用于每個車輪，使得機器人每個車輪都可以提供動力，獨立控制。(5)車胎、一體化車輪骨架、車輻的設(shè)計和選材使得車輪具有較強抗沖擊。中心對稱地設(shè)置若干對C形車輻，車輞、車輻、車轂采用PP材料一體化制造時，車輪具有較好的抗沖擊性。(6)將減震功能設(shè)計在車輪上，簡化機器人機構(gòu)設(shè)計，也可以方便地拓展應(yīng)用到前期版本的產(chǎn)品，十分方便地拓展應(yīng)用到其他應(yīng)用場合，如中國實用新型文獻CN 204586367 U《新型變電站巡檢機器人車輪》中的應(yīng)用場景。(7)結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，安裝維護便利。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型整體示意圖。
[0014]圖2為本實用新型所述車輪示意圖；
[0015]圖3為本實用新型所述車輪骨架示意圖。
[0016]圖中:101、車胎；102、車輪骨架；111、轉(zhuǎn)向減速器；112、電機驅(qū)動器安裝臺；113、轉(zhuǎn)向編碼器；114、連接件；115、轉(zhuǎn)向電機；121、左支撐板；122、右支撐板；123、頂部支撐板；131、抗沖擊車輪；132、行走驅(qū)動電機；133、水平編碼器；141、車輻；142、車輞；143、副車輻；144、車轂;145、車胎輔助支點；147、安裝孔。
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，本實用新型包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、支撐架、直行系統(tǒng);支撐架頂部固定安裝轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，支撐架、直行系統(tǒng)安裝在車輪上;轉(zhuǎn)向系統(tǒng)負責驅(qū)動支撐架及直行系統(tǒng)在水平面上360度轉(zhuǎn)向及檢測相關(guān)轉(zhuǎn)向角度;直行系統(tǒng)負責驅(qū)動整個車輪系統(tǒng)前進后退及檢測相關(guān)運行距離;支撐架將轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和直行系統(tǒng)有效連接。
[0018]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向編碼器113、電機驅(qū)動器安裝臺112、轉(zhuǎn)向電機115、轉(zhuǎn)向減速器111、連接件114;轉(zhuǎn)向電機115安裝在電機驅(qū)動器安裝臺112上，轉(zhuǎn)向減速器111安裝在連接件114和轉(zhuǎn)向編碼器113之間；轉(zhuǎn)向電機115和轉(zhuǎn)向減速器111通過同步帶連接傳遞能量;轉(zhuǎn)向編碼器113左右各使用一個安裝座子固定在轉(zhuǎn)向減速器111的上表面，其轉(zhuǎn)動軸穿過轉(zhuǎn)向減速器111和連接件114內(nèi)部固定在支撐架頂部。
[0019]支撐架由左、右支撐板(121、122)、頂部支撐板123組成，呈U形;頂部支撐板123與連接件114的底部固定連接，轉(zhuǎn)向減速器111通過連接件114帶動整個支撐架水平轉(zhuǎn)動；左、右支撐板(121、122)頂端分別固定連接在頂部支撐板123的左右端，使支撐架呈一個U型框架。整個支撐架采用輕質(zhì)鋁合金材料制造，同時在支撐架的三個支撐板上設(shè)置了外殼安裝點，用于安裝防護外殼，增強防護作用和美觀性。
[0020]直行系統(tǒng)包括行走驅(qū)動電機132、水平編碼器133;行走驅(qū)動電機132固定安裝在車輪的車轂中，水平編碼器133同軸連接水平驅(qū)動電機132，用于檢測電機轉(zhuǎn)速;左、右支撐板(121、122)的底部安裝在車輪的兩側(cè)，與車輪同軸安裝。
[0021]如圖2、3所示，車輪包括一體化車輪骨架102和實心車胎101。車胎101采用發(fā)泡的聚氨酯制成，具有一定的強度和韌性。車輪骨架102為PP材料制成，車胎101牢固地固定在車輪骨架102外圍，使得整個車輪形成一個整體。車輪骨架102包括由C弧形車輻141、車轂144、車輞145、副車輻143，車輻、車轂、車輞、副車輻采用PP材料一體制作而成。車轂144和車輞145是具有雙沿的圓環(huán)。車輞145的外壁以及兩側(cè)都對稱設(shè)置有若干車胎輔助支點145，使得實心車胎可以可靠地固定在車輪骨架上。在車轂144外壁與車輞145內(nèi)壁之間中心對稱地設(shè)置了4對C弧形車輻141，C弧形車輻141具有較強韌性，被壓縮時產(chǎn)生張力，被拉升時產(chǎn)生拉力，當車輪受到一個方向的沖擊時，沖擊力作用點一側(cè)的4個弧形車輻壓縮產(chǎn)生張力，另外4個弧形車輻產(chǎn)生拉力，車轂144由于慣性，干擾位移較小，從而形成抗沖擊效果。在車輞145的內(nèi)壁設(shè)置有3對副車輻144，3對副車輻144形成一個等邊三角形，副車輻143的頂端設(shè)置有安裝孔147，利用螺絲將防護殼安裝在副車輻143上，車輞145與防護殼圍成一個封閉空間，將車輻、副車輻、車轂封閉起來，防護殼在起到防護作用的同時，增加了車輪整體的強度和韌性，提高了車輪的抗沖擊性。
【主權(quán)項】
1.一種全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，所述全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)安裝在車輪上，其特征在于:包括支撐架、轉(zhuǎn)向電機、行走驅(qū)動電機以及水平編碼器;所述支撐架安裝在車輪上，該支撐板頂端安裝有轉(zhuǎn)向減速器，該轉(zhuǎn)向減速器上安裝有轉(zhuǎn)向編碼器，所述轉(zhuǎn)向編碼器的轉(zhuǎn)動軸固定在所述支撐架上;所述轉(zhuǎn)向電機與轉(zhuǎn)向減速器連接;所述行走驅(qū)動電機安裝在所述車輪上，所述水平編碼器與行走驅(qū)動電機同軸連接。2.如權(quán)利要求1所述的全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，其特征在于:所述支撐架呈U形，包括左支撐板、右支撐板和頂部支撐板，所述轉(zhuǎn)向減速器安裝在頂部支撐板上，所述左、右支撐板安裝在車輪上。3.如權(quán)利要求1所述的全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，其特征在于:所述支撐架頂端安裝有連接件，所述轉(zhuǎn)向減速器通過所述連接件與所述支撐架連接。4.如權(quán)利要求1、2或3所述的全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，其特征在于:所述車輪包括實心車胎和車輪骨架，所述車輪骨架內(nèi)嵌在所述車胎內(nèi)；所述車輪骨架包括車輞、車輻和車轂；所述車輞與車轂同圓心設(shè)置，所述車輻的兩端分別連接所述車輞的內(nèi)壁、車轂的外壁;所述車輻為C弧形。5.如權(quán)利要求4所述的全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，其特征在于:所述車輻在所述車輞周向上均勻分布，且中心對稱設(shè)置。6.如權(quán)利要求4所述的全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，其特征在于:所述行走驅(qū)動電機安裝在所述車轂上。
【專利摘要】本實用新型提供一種全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)，所述全轉(zhuǎn)向機器人車輪系統(tǒng)安裝在車輪上，包括支撐架、轉(zhuǎn)向電機、行走驅(qū)動電機以及水平編碼器；所述支撐架安裝在車輪上，該支撐板頂端安裝有轉(zhuǎn)向減速器，該轉(zhuǎn)向減速器上安裝有轉(zhuǎn)向編碼器，所述轉(zhuǎn)向編碼器的轉(zhuǎn)動軸固定在所述支撐架上；所述轉(zhuǎn)向電機與轉(zhuǎn)向減速器連接；所述行走驅(qū)動電機安裝在所述車輪上，所述水平編碼器與行走驅(qū)動電機同軸連接。本實用新型對車輪的直行和轉(zhuǎn)向進行分解，使用行走驅(qū)動電機為直行提供動力，使用轉(zhuǎn)向電機為轉(zhuǎn)向提供動力；分別設(shè)置轉(zhuǎn)向編碼器和水平編碼器對轉(zhuǎn)向及水平移動的位置進行檢測反饋，精確控制水平轉(zhuǎn)動角度及前進后退距離。
【IPC分類】B62D5/04, B60B19/00, B60K7/00, B60C7/00
【公開號】CN205168167
【申請?zhí)枴緾N201520864256
【發(fā)明人】許春山, 蘭新力
【申請人】億嘉和科技股份有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年10月30日