本實用新型屬于移動機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高集成度驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著柔性制造系統(tǒng)和自動化倉儲系統(tǒng)的發(fā)展，對AGV(自動導(dǎo)引運輸車)機(jī)器人的性能、可靠性和智能化水平提出了更高的要求。AGV機(jī)器人最基本的功能是自主運行，驅(qū)動和導(dǎo)向系統(tǒng)是實現(xiàn)該功能的關(guān)鍵部件，也是AGV機(jī)器人的核心技術(shù)之一，其性能及可靠性直接決定著AGV機(jī)器人的性能和可靠性。就目前而言，大多數(shù)AGV機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均采用驅(qū)動器+有刷電機(jī)+固定速比減速器的傳動結(jié)構(gòu)；其中，有刷電機(jī)可靠性較低、體積較大、維護(hù)成本高；驅(qū)動器控制有刷電機(jī)精度不高；驅(qū)動器和結(jié)構(gòu)本體采用不同公司產(chǎn)品，驅(qū)動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)試及使用不便。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種高集成度的驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)，該舵輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，成本低、可靠性好、控制精度高、噪音小、壽命長。

實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)解決方案為：一種高集成度驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)，包括伺服驅(qū)動器、驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、行星減速器、一級齒輪減速器、二級齒輪減速器、限位開關(guān)、舵機(jī)本體的驅(qū)動輪及軸承，所述伺服驅(qū)動器分別與驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、第一編碼器、第二編碼器連接；

第一編碼器和制動器安裝在驅(qū)動電機(jī)上，驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動軸與二級齒輪減速器相連；二級齒輪減速器設(shè)置在舵輪本體的齒輪箱內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)的殼體固定安裝在舵輪本體的齒輪箱上；

第二編碼器安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)內(nèi)，行星減速器安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸上，行星減速器的輸出軸穿過安裝盤通過齒輪與一級齒輪減速器的小齒輪連接，一級齒輪減速器設(shè)置在舵輪本體的頂部；舵輪本體的驅(qū)動輪的內(nèi)齒與二級齒輪減速器連接；

一對限位開關(guān)設(shè)置在安裝盤上，一級齒輪減速器的小齒輪位于一對限位開關(guān)之間，限制轉(zhuǎn)向電機(jī)的位置，電位器設(shè)置在安裝盤上，通過齒輪與一級齒輪減速器連接；轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸同時與安裝盤、驅(qū)動電機(jī)的輸出軸垂直，并且安裝盤與驅(qū)動電機(jī)的輸出軸平行。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：(1)伺服驅(qū)動器與舵輪本體為一體化系統(tǒng)架構(gòu)，改善了傳統(tǒng)驅(qū)動器與舵輪本體由于不匹配帶來的調(diào)試問題，為用戶提供最大的使用便利。(2)伺服驅(qū)動器為“一拖二”控制方式，一臺驅(qū)動器同時實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制，同時具有底面和側(cè)面兩種安裝位置，具有體積小、安裝方便的特點，能夠適應(yīng)狹小空間的使用要求。(3)采用基于永磁同步電機(jī)的空間矢量控制三環(huán)全數(shù)字控制方式，提高了舵輪系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。(4)采用最低24V供電電壓，系統(tǒng)安全性能好。(5)單個系統(tǒng)負(fù)載能力可達(dá)2T以上，同時具有90°以上的轉(zhuǎn)彎能力。(6)系統(tǒng)具有過壓、過流、限位、反饋異常等故障的保護(hù)功能，更加安全可靠。

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本實用新型高集成度驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)的構(gòu)成圖。

圖2是本實用新型高集成度驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型高集成度驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1、圖2和圖3，本實用新型高集成度驅(qū)動轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)，包括伺服驅(qū)動器1、驅(qū)動電機(jī)2、轉(zhuǎn)向電機(jī)3、行星減速器5、一級齒輪減速器9、二級齒輪減速器4、限位開關(guān)11、舵機(jī)本體6的驅(qū)動輪及軸承，所述伺服驅(qū)動器1分別與驅(qū)動電機(jī)2、轉(zhuǎn)向電機(jī)3、第一編碼器7、第二編碼器8連接；

第一編碼器7和制動器10安裝在驅(qū)動電機(jī)2上，驅(qū)動電機(jī)2的驅(qū)動軸與二級齒輪減速器4相連；二級齒輪減速器4設(shè)置在舵輪本體6的齒輪箱內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)2的殼體固定安裝在舵輪本體6的齒輪箱上；

第二編碼器8安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)3內(nèi)，行星減速器5安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)3的輸出軸上，行星減速器5的輸出軸穿過安裝盤通過齒輪與一級齒輪減速器9的小齒輪連接，一級齒輪減速器9設(shè)置在舵輪本體6的頂部；舵輪本體6的驅(qū)動輪的內(nèi)齒與二級齒輪減速器4連接；

一對限位開關(guān)11設(shè)置在安裝盤上，一級齒輪減速器9的小齒輪位于一對限位開關(guān)11之間，限制轉(zhuǎn)向電機(jī)3的位置，電位器12設(shè)置在安裝盤上，通過齒輪與一級齒輪減速器9連接，用于轉(zhuǎn)向電機(jī)3的轉(zhuǎn)向角度的最終輸出采集，作為備用裝置進(jìn)行舵輪系統(tǒng)的性能監(jiān)測；轉(zhuǎn)向電機(jī)3的輸出軸同時與安裝盤、驅(qū)動電機(jī)2的輸出軸垂直，并且安裝盤與驅(qū)動電機(jī)2的輸出軸平行。安裝盤的底部設(shè)置第一編碼器8的多圈供電電池。

本實用新型的一級齒輪減速器9通過滾動軸承設(shè)置在舵輪本體6的頂部，所述滾動軸承的外圈與一級齒輪減速器9連接，滾動軸承的內(nèi)圈通過安裝塊固定在安裝盤的安裝面上，該安裝盤固定在舵輪本體6的殼體上。

本實用新型的安裝法蘭與一級齒輪減速器9的大齒輪固定連接，該安裝法蘭的安裝面與AGV機(jī)器人的車架底部連接。

本實用新型伺服驅(qū)動器為“一拖二”控制方式，一臺驅(qū)動器同時實現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)了伺服驅(qū)動器的集成小型化，具有安裝方便、體積小、成本低的特點，同時該驅(qū)動器為低壓大電流工作模式，進(jìn)行了提高散熱性能和工作效率的優(yōu)化設(shè)計。

所述電機(jī)包含驅(qū)動電機(jī)2和轉(zhuǎn)向電機(jī)3，均為永磁同步電機(jī)，通過選用高磁能積的稀土永磁材料，使電機(jī)能同時具有較高的磁通密度和較輕的轉(zhuǎn)子質(zhì)量，從而提高轉(zhuǎn)矩慣量比，有效地提高了永磁同步電動機(jī)的動態(tài)響應(yīng)能力。可以選用高精度絕對值編碼器作為反饋裝置，保證了電機(jī)的控制精度。

所述行星減速器與轉(zhuǎn)向電機(jī)集成一體，以減速電機(jī)形式安裝于舵輪本體。所述一級齒輪減速器、二級齒輪減速器、限位開關(guān)、驅(qū)動輪及軸承等箱體為集成化結(jié)構(gòu)。

本實用新型的伺服驅(qū)動器1包含驅(qū)動功能和轉(zhuǎn)向功能的控制，它可以通過總線接收上級控制器發(fā)出的控制指令，也可以接收電機(jī)編碼器反饋的磁極位置，也可以進(jìn)行相電流等模擬量的數(shù)據(jù)采集。所述的驅(qū)動功能為：當(dāng)伺服驅(qū)動器1接收到上級控制器發(fā)出的驅(qū)動速度指令時，通過輸出PWM波控制驅(qū)動電機(jī)2運轉(zhuǎn)，并通過二級齒輪減速器4帶動舵機(jī)本體6的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，編碼器7實時反饋電機(jī)磁極位置，通過與指令比較后進(jìn)行PID運算，從而實現(xiàn)空間矢量控制兩環(huán)閉環(huán)控制。當(dāng)遇到緊急情況或需要停車時，可通過關(guān)閉制動器10來實現(xiàn)驅(qū)動功能的管理。從而實現(xiàn)AGV機(jī)器人的平穩(wěn)、準(zhǔn)確、靈活的行駛。

所述的轉(zhuǎn)向功能為：當(dāng)伺服驅(qū)動器1接收到上級控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)向位置指令時，通過輸出PWM波控制轉(zhuǎn)向電機(jī)3運轉(zhuǎn)，并通過行星減速器5帶動一級齒輪減速器9，通過一級齒輪減速器9減速增矩，從而帶到舵機(jī)本體6的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，編碼器8實時反饋電機(jī)磁極位置，通過與指令比較后進(jìn)行PID運算，從而實現(xiàn)空間矢量控制全三環(huán)閉環(huán)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)向出現(xiàn)異常位置過大時，可通過限位開關(guān)11進(jìn)行驅(qū)動功能和轉(zhuǎn)向功能的回零操作，確保AGV機(jī)器人的安全性。從而實現(xiàn)AGV機(jī)器人的平穩(wěn)、準(zhǔn)確、靈活的行駛。