智能转向装置的转向结构的制作方法

本发明涉及转向控制技术领域，具体涉及一种运用传感器控制万向轮运行状态的智能转向装置的转向结构。

背景技术：

随着生活的水平的提高，扫地机器人因为操作简单、使用方便越来越多地走入了人们生活，和家庭，办公联系在了一起，成为了小家电中重要的一员，深受欢迎。然而，目前市场上在售的扫地机器人一般价格较高，难以普及大众，原因是因为一般的扫地机器人设计较为复杂、运用太多电子元件，使得造价昂贵；此外，大部分的扫地机器人多采用两个驱动轮控制转向，在结构上较为复杂，使得整体结构稳定性较差、成本也较高。

同时，一般在万向轮作为驱动轮的情况下，移动装置无法感测作为动力驱动的万向驱动轮转向运行状态,导致反应慢，给差速器造成较大的摩擦损伤，磨损严重，进而产生较大噪音，严重干扰生活。移动装置也无法知道同周围障碍物的碰撞情况，从而做出合理运行规划。现有设备通过一组反射式光传感器进行转向检测，检测转向模块的转动角度的精度低，不能准确地控制系统的转向。

技术实现要素：

为了解决上述问题，提供一种结构简单，具有较高转向精度的转向装置，本发明设计了一种智能转向装置的转向结构。

本发明所采取的具体技术方案为：一种智能转向装置的转向结构，包括控制模块、感应模块、转向模块及驱动模块，转向模块上设有两套反光感测单元，电性连接控制模块的感应模块对应指向所述反光感测单元；转向模块通过驱动模块驱动，所述反光感测单元随转向模块转动与感应模块发生角度偏差；感应模块将角度偏差信号形成感测信号发送至控制模块，所述控制模块将所述感测信号转化为控制信号发送至驱动模块。

作为优选地，所述转向模块为万向驱动轮，万向驱动轮至少包括通过主轴连接的差速轮和转向轮，所述主轴中部通过锥形齿轮连接有伸向驱动模块的扭臂；所述差速轮通过转动副连接主轴，所述转动副为可相对主轴转动的差速轴套，差速轴套端部设有关于主轴中心对称的波纹状齿槽，主轴上套接有通过弹簧挤压啮合差速轴套的端面齿盘，所述端面齿盘沿主轴轴向滑动装配。

更进一步地，所述两套反光感测单元为两个非同色反光元件，所述两个反光元件相邻布置在转向模块上；所述感应模块为反射式光传感器。

更进一步地，所述反射式光传感器至少包括一个发光端和两个接收端，所述转向模块为正向时发光端指向两个反光元件中部，两个接收端对应分布在发光端两侧。

更进一步地，所述发光端为两个，所述两个发光端相邻布置并相对指向两个反光元件中部。

更进一步地，所述主轴上伸出有对应感应模块的托载机构，所述两个反光元件对应相邻分布在托载机构上端面上；所述托载机构垂直于万向驱动轮主轴。

更进一步地，所述驱动模块为与控制模块电性相连的驱动电机。

更进一步地，所述转向模块对应装配在扫地机上；所述扫地机上设有对应装配转向模块的收容腔，所述收容腔顶部设有相对反光感测单元的感应模块。

更进一步地，扫地机前方设有两组电性连接控制模块的障碍传感器，所述障碍传感器为反射式光传感器，至少包括发光端和接收端。

更进一步地，两套反光感测单元的两种不同颜色的反光元件排列顺序相反，即靠近某个万向驱动轮的一侧是同色。

有益技术效果：

(1)驱动电机通过扭臂连接万向驱动轮，传动方式简单、结构稳定性高，通过在万向驱动轮转向过程中带动反光元件与感应模块发生角度交错偏差形成感测信号，控制模块收到所述感测信息后将所述感测信号转换为控制信号，并将所述控制信号传送至所述驱动电机；所述驱动电机接收所述控制信号，并根据所述控制信息驱动扭臂转动实现转向功能。

(2)所述反光感测单元上设置有两个相邻非同色的反光元件，通过感应模块里对称设置的两个光接收端同时检测反光强度，控制模块通过感应模块检测到的反光强度差及排列，能够高精度地检测转向模块的转动角度，从而高精度地控制系统的转向。

(3)在使用万向驱动轮作为驱动轮时，因方向随时可改变，在转向模块上对称设置两套反光感测单元，两套反光感测单元上的两种不同颜色的反光元件相邻放置，两种不同颜色反光的强度不同，这样控制模块就可以通过感应模块检测到的不同反光强度差及排列判断位于转向模块前面的是哪套反光感测单元，从而知道万向驱动轮中的差速轮位于哪个方向，使控制模块实时掌握运动方向。

附图说明

图1为本发明的模块结构连接示意图；

图2为感应模块与反光感测单元位置简图1；

图3为感应模块与反光感测单元位置简图2；

图4为转向模块结构简图；

图5为本装置设置在扫地机上的结构简图；

图6为驱动模块与转向模块装配简图；

图7为扫地机底部简图；

图8为感应模块与扫地机的安装简图；

图9为两套反光感测单元的示意图。

表1扫地机的各种运动状态；

图例说明：

第一反光元件1

第二反光元件2

感应模块3

收容腔4

扫地机5

障碍传感器6

万向驱动轮7

扭臂8

托载机构9

驱动模块10

发光端3a

接收端3b

差速轮7a

转向轮7b

差速轴套7c

主轴7d

端面齿盘7e

弹簧7f

具体实施方式

实施例1一种智能转向装置的转向结构，参见图1-3：包括控制模块、感应模块3、转向模块及驱动模块10，转向模块上设有两套反光感测单元，电性连接控制模块的感应模块3对应指向所述反光感测单元；转向模块通过驱动模块10驱动，所述反光感测单元随转向模块转动与感应模块3发生角度偏差；感应模块3将角度偏差信号形成感测信号发送至控制模块，所述控制模块将所述感测信号转化为控制信号发送至驱动模块10。

如图9所示，所述反光感测单元为两个非同色反光元件，两个非同色反光元件占反光感测单元的面积相同，所述两个非同色反光元件相邻布置在转向模块的一侧，两套反光感测单元对称设置在转向模块两侧，在两套反光感测单元的两种不同颜色的反光元件排列顺序相反，如图所示，在靠近某个万向驱动轮7的一侧是同色，也就是靠近差速轮7a或转向轮7b的一侧是同色；所述感应模块3为反射式光传感器，以判断万向驱动轮的运转方向。

如图9所示，优选的，所述反光感测单元设置为以扭臂8为中心的长条圆弧状，长条圆弧状以扭臂8为中心向外凸出，两套反光感测单元以扭臂8为中心对称设置，两个非同色的反光元件分布在长条圆弧状的两端，两个非同色的反光元件占反光感测单元的面积相同。因为以扭臂8为中心，所以可以使对应指向所述反光感测单元的感应模块3，在以扭臂8为中心的万向驱动轮7转向时，长条圆弧状的反光感测单元的运行轨迹也是与扭臂8为中心的圆，进而可使感应模块3最大程度的接收到反光感测单元的角度偏差信号。

所述反射式光传感器至少包括一个发光端3a和两个接收端3b，所述转向模块为正向时发光端3a指向两个反光元件中部，两个接收端3b对应分布在发光端3a两侧。

所述转向模块为万向驱动轮7，万向驱动轮7至少包括通过主轴7d连接的差速轮7a和转向轮7b，所述主轴7d中部通过锥形齿轮连接有伸向驱动模块10的扭臂8；所述差速轮7a通过转动副连接主轴7d，所述转动副为可相对主轴7d转动的差速轴套7c，差速轴套7c端部设有关于主轴7d中心对称的波纹状齿槽，主轴7d上套接有通过弹簧7f挤压啮合差速轴套7c的端面齿盘7e，所述端面齿盘7e沿主轴7d轴向滑动装配。端面齿盘通过不可绕主轴相对转动。

当机器人遇到障碍物而卡住时，万向驱动轮7会通过差速轮7a的打滑完成自旋转向，此时差速轮7a在所方向即机器人自旋方向。

通过在万向驱动轮7转向过程中带动反光元件与感应模块3发生角度交错偏差形成感测信号，控制模块收到所述感测信息后将所述感测信号转换为控制信号，并将所述控制信号传送至所述驱动电机；所述驱动电机接收所述控制信号，并根据所述控制信息驱动扭臂8正转或反转实现转向功能；设置两个非同色的反光元件作为反光感测单元，通过感应模块里对称设置的两个光接收端同时检测反光强度，控制模块通过感应模块检测到的反光强度差及排列，能够高精度地检测转向模块的转动角度，从而高精度地控制系统的转向。

实施例2一种智能转向装置的转向结构，参见图1-4、6：在本实施例中，感测模块、控制模块、驱动电机及转向模块的连接关系跟基本动作原理与前述实施例相同，在此不再加以赘述。

不同之处在于，所述扭臂8上伸出有对应感应模块3的托载机构9，所述两个反光元件对应相邻分布在托载机构9上端面上；所述托载机构9垂直于万向驱动轮7的主轴7d；所述驱动模块10为与控制模块电性相连的驱动电机。

反射式光传感器指向两套反光感测单元，反射式光传感器以设定好的频率持续不断的发出强光信号，两个非同色的反光元件能将强光信号反射回反射式光传感器；在使用万向驱动轮作为驱动轮时，因方向随时可改变，在转向模块上对称设置两套反光感测单元，两套反光感测单元上的两种不同颜色的反光元件相邻放置，两种不同颜色反光的强度不同，两套反光感测单元上的两种颜色的反光元件排列顺序不同，这样控制模块就可以通过感应模块检测到的不同反光强度差及排列判断位于转向模块前面的是哪套反光感测单元，从而知道万向驱动轮中的差速轮位于哪个方向，使控制模块实时掌握运动方向。

当万向驱动轮7沿着直线前进时，反射式光传感器接收端3b接收到反光感测单元反射的发光端3a发出的强光信号，将强光信号转换为电信号输出至控制模块，控制模块接收到电信号，发出继续直线前进的控制指令给驱动电机；当扫地机器人碰到障碍物引起转向时，反光感测单元与感应模块3发生相对角度变化，通过在万向驱动轮7转向过程中带动反光元件与感应模块3发生角度交错偏差形成感测信号，控制模块收到所述感测信息后对转向角度及方向进行确认，控制模块确认转向角度和方向后将决定主驱动电机是继续运行还是立即反转并将所述控制信号传送至所述驱动电机，从而控制扫地机器人的运行方向。

实施例3一种智能转向装置的转向结构，参见图1-8：在本实施例中，感测模块、控制模块、驱动电机及转向模块的连接关系跟基本动作原理与前述实施例相同，在此不再加以赘述。

不同之处在于，驱动电机通过减速器连接扭臂8，所述转向模块对应装配在扫地机5上；所述扫地机5上设有对应装配转向模块的收容腔4，所述收容腔4顶部设有相对反光感测单元的感应模块3。

扫地机5前方设有两个电性连接控制模块的障碍传感器6，所述障碍传感器6为反射式光传感器，至少包括发光端3a和接收端3b。

具体来说，当扫地机5在前进过程中遇到了障碍物被卡住时，万向驱动轮7，会通过差速轮7a的打滑完成自旋转向，而差速轮7a在哪边，就会往哪边自旋，进而扫地机5就会向哪边转向。当扫地机5前进时，万向驱动轮7旋转方向是不确定的，也就是差速轮在哪边不确定，由感应模块3产生不同强度及排列的电信号从而判断。当扫地机5在前进过程中遇到了障碍物，安装于扫地机5前方的障碍传感器6将障碍信号传输至控制模块，控制扫地机5减速运行，当扫地机器人碰到障碍物引起转向时，反光感测单元与感应模块3发生相对角度变化，通过在万向驱动轮7转向过程中带动反光元件与感应模块3发生角度交错偏差形成感测信号，控制模块收到所述感测信息后对转向角度及方向进行确认，控制模块确认转向角度和方向后将决定主驱动电机是继续运行还是立即反转并将所述控制信号传送至所述驱动电机，从而控制扫地机器人的运行方向。

根据障碍物不同的情况，可总结如下：以机器人前进方向为正方向，当遇到障碍物在左时，若差速轮7a在左时，驱动电机驱动扭臂8反转，若差速轮7a在右时，万向驱动轮7自主转向；当遇到障碍物在右时，差速轮7a在左时，万向驱动轮7自主转向，差速轮7a在右时，驱动电机驱动扭臂8反转；当遇到障碍物在前时，驱动电机驱动扭臂8反转。下表为扫地机5遇见各种情况的运动状态：

表1

当预设时间内控制模块不再接收到障碍传感器6的障碍信息时，表明转向成功，扫地机5避开障碍物；若多次转向仍未实现转向操作，则控制模块发出停止指令使驱动电机停止，并通过与控制模块连接的报警模块(图中未表示)进行报警。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。