[发明专利]一种机电一体式新型全向结构轮装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人底盘移动技术领域，涉及一种搭建机器人移动平台，自带动力能全向移动控制的新型轮系装置。

背景技术

目前，在机械行业和高端工控系统装备制造行业中，随着机器人技术的发展，以全方位移动平台为代表的轮式移动机器人底盘得到了越来越广泛的应用，而全方位移动平台是以全向轮为运动部件的底盘移动机构。全向轮也是平台实现全方位运动的关键部件，现有的全向轮其基本原理是驱动轮可以通过轮子轮缘上的若干滚子沿轮子轴线方向上做自由滚动，以实现驱动轮在前进和平移两个自由度上综合运动的效果。

常见的底盘移动机构能实现全向移动的轮系部件主要分为两种：一种Mecanum轮：其轮缘上与轮毂轴线呈一定角度均匀分布多个可以自由转动的从动辊子，（一般轮毂轴线与辊子轴线呈 45°夹角），当辊子绕着固定转轴的轴心旋转时，各个滚子的包络线为圆柱面，使得该全向轮能够前后滚动，通常以四个Mecanum轮搭建一个机器人移动平台，通过各个轮子间的速度控制，便可实现不改变平台姿态使平台全方位移动。另一种为Omni轮，其轮缘上横向分布着若干可以自由转动的从动辊子，轮毂轴线与辊子转轴轴线相互垂直，当辊子绕着固定转轴的轴线旋转时，各个滚子的包络线也为圆柱面，使得该轮能够前后滚动，通常omni轮也是以四个omni轮搭建一个机器人移动平台，通过各个轮子间的速度控制，亦可以实现机器人移动平台的全方位移动。

以上两种轮优势在于结构紧凑，均可以实现全方位移动，但是上述两种轮系的轮缘上分布的若干个从动辊子之间也不可避免地存在结构间隙，单排应用时轮子连续滚动性较差，轮子在滚动时由于轮缘上辊子间存在间隙，必然会发生颤抖和振动，尤为突出的缺陷是单个这种全向轮跟普通万向轮组合搭建移动平台时只能满足在X或Y单方向移动，需要四个以上组合应用才能不改变平台姿态实现全向移动。此外，在非X、Y方向而且需要成某一角度移动时，由于每个轮体部件运动所产生力矩不均衡，其中某个电机的功率会出现高峰值，容易出现控制失效，而且控制算法难度比较大，生产制造工艺复杂困难，需要专用设备制作。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种自带动力任意方向可控，而且能精准定位的机电一体式新型全向结构轮部件；以实现控制简便，转动自然、平稳，避免结构间隙所导致的颤抖和震动，尤其能单个或多个轮子跟普通万向轮组合使用时，在不改变平台姿态前提下，非X、Y方向移动时每个轮子力矩能保持均衡，避免某个电机功率会出现高峰值的现象，特别改善了制造工艺不需要专用设备就能生产制造。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种机电一体式新型全向结构轮装置，包括可控的减速电机（1）、固定电机的底座（2）、定位电磁铁（7）、定位滑环（3）、换向滑环（8）、换向电磁铁（9）、传动轴（10） 轮架端盖（11）、与传动轴（10）相配合的滚动轴承A（12）、传动轴（10）与蜗杆（5）之间的传动副（13）、固定蜗杆的上下承座（17）、轮架（4）、蜗轮（6）、蜗杆（5）、组成轮毂的两个轮片（14）、滚动轴承B（15），轮轴（16）。

减速电机（1）安装在底座（2）上面，底座（1）背面则安装定位电磁铁（7）和定位滑环（3），减速电机（1）的输出轴直连传动轴（10）上端轴颈；换向滑环（8）与传动轴（10）是以键连接使其实现同步转动；传动轴（10）固定在换向电磁铁（9）内设的滚动轴承A（12）上并与换向电磁铁（9）位置同心，传动轴（10）下轴颈连接传动副（13）给蜗杆（5）传递力矩；换向电磁铁（9）则固定在轮架端盖（11）上面，轮架端盖（11）又固定在轮架（4）上部，两个蜗杆轴承座（17）分别安装在轮架端盖（11）上面和轮架（4）底部起支撑蜗杆旋转作用并构成整体轮架；蜗杆（5）的上端轴颈与定位滑环（3）衔接孔是动配合连接；两个几何尺寸一致的轮片（14）对称布置于蜗轮（6）的两侧，经螺栓连接构成轮毂总成；两个轮片（14）内设有滚动轴承B（15），轮轴（16）通过滚动轴承（15）起支撑轮架（4）及承载作用；轮轴（16）又经轮架（4）上的安装孔用轴卡环固定，使蜗轮（6）与蜗杆（5）垂直交错形成啮合式传动，轮毂总成亦能绕轮轴旋转。