[发明专利]一种用于重载搬运小车的主动独立转向装置

说明书

本发明涉及一种用于重载搬运小车的主动独立转向装置，主要面向于重载搬运无人驾驶小车，包括转向电机、电机控制器、减速器、电机支架、花键套筒、转轴、车身连接板、圆锥滚子轴承、深沟球轴承、锁紧螺母、实心轮胎和防松螺母。电机控制器可以通过CAN通讯，实时解析CAN总线中的转向轮角度位置信号，并驱动转向电机旋转，电机通过减速器进行降速增扭，采用闭环控制方法使转轴旋转至对应的角度。区别于传统的单轮，本发明转轴上安装有两个实心轮胎，能提升转向系统的承载能力并减少转轴所需的转向力矩；转向电机的控制系统采用增加干扰控制量以及饱和控制方法，增强了该转向系统在多种工况条件下的适用性和性能，适用于重载搬运无人驾驶小车。

技术领域

本发明涉及一种主动独立转向装置，尤其是涉及一种用于重载搬运小车的主动独立转向装置。

背景技术

搬运机器人已在各个行业的生产车间内大范围应用，成为当代物品流通过程中重要的技术环节。在一些恶劣环境或者危险工况，虽然在工作现场已不断加强安全教育宣传，工作人员由于疲劳或者失误还是经常会发生安全事故。而且部分工作环境下容易导致慢性疾病，影响工作人员的身体健康。因此，许多国家都在积极使用自动化机械取代人工劳动，尤其是在生产车间，已大面积使用AGV自动搬运小车。然而，无人驾驶搬运小车的发展，必须很大程度上依赖主动转向技术，保证搬运小车能够按照规划的路径行驶，到达指定目标位置。

无人驾驶技术近年逐渐受到大量科研人员的重视，良好的线控底盘技术为无人驾驶提供硬件基础。线控主动转向最早于20世纪50年代提出概念，主要是在汽车领域内进行研发和推广。主动转向系统大量应用于搬运机器人领域，主要因为主动转向能够保证机器人实现转弯和其他复杂路径行驶。目前搬运机器人的转向系统通常采用舵机驱动，并在转向轴的轴端安装光栅编码器形成闭环控制系统，控制系统主要采用普通PID控制。主要表现为：

第一、传统搬运机器人所使用的转向系统通常采用单轮模型，且轮胎使用聚氨酯材质。根据单轮模型转向特性，在静止或者低速情况下驱动轮胎转动，大部分轮胎与地面的接触表面之间为相对滑动，轮胎的摩擦损耗较大，轮胎的使用寿命较短，在重载工况下表现尤为明显；而且较大的摩擦力使选用的转向电机需具有较大转向力矩，从而增加电机的功率和外形尺寸；聚氨酯材质无法满足室外场景。

第二、转向系统通常在旋转轴的轴端安装光栅编码器，通过记录光栅脉冲计算出转轴旋转的角度，将角度信号反馈给控制器并与舵机形成闭环角度控制系统。该系统的编码器通常安装在轴端，增加轴向的尺寸，且经常容易受发生碰撞损坏，影响整个系统的稳定性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于重载搬运小车的主动独立转向装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于重载搬运小车的主动独立转向装置，包括转向电机、电机控制器、减速器、电机支架、花键套筒、转轴、车身连接板、圆锥滚子轴承、深沟球轴承、锁紧螺母、实心轮胎和防松螺母，所述转向电机的传动轴与所述减速器相连接，所述减速器的输出轴设有花键，所述花键通过所述花键套筒与所述转轴的顶端连接，能够承受较大的传输扭矩，输出轴与所述花键套筒、所述转轴与所述花键套筒均采用间隙配合，以弥补加工和装配误差，所述转轴通过所述圆锥滚子轴承和所述深沟球轴承与所述车身连接板相连接，并通过所述锁紧螺母与所述车身连接板形成轴向固定，所述车身连接板上设置有所述电机支架，所述电机支架的内侧和外侧分别设置有由所述转向电机和所述减速器组成的转向动力总成和所述电机控制器，所述转轴的底部两端通过所述防松螺母固定有所述实心轮胎。

进一步地，所述的转向电机的传动轴通过用于抵消装配时产生的形位公差并减少工作时的振动的梅花联轴器与所述减速器的传动轴相连接，两者通过螺栓紧固，所述转向电机采用普通的直流电机，性能稳定且市场上产品比较成熟，适用于大批量低成本量产的产品开发。