外置式驱动单元及其应用
【专利摘要】一种外置式驱动单元及其应用，包括：外部框架、气源装置、回转机构、平行四边机构、驱动系统以及支撑机构，回转机构、平行四边机构和驱动系统设置于外部框架内，分别与气源装置连接，并通过气源装置提供压缩空气；驱动系统用于驱动外置式驱动单元前进或后退，回转机构和平行四边机构固定于外部框架内，驱动系统悬挂于平行四边机构的下方，回转机构与平行四边机构连接，回转机构用于控制平行四边机构和驱动系统相对于外部框架进行?15°～90°范围的旋转，平行四边机构用于为驱动系统提供与地面接触的下压力；支撑机构位于外部框架的底部。本发明能够提供驱动力，克服气垫悬浮时与地面的摩擦力，实现负载的移动。
【专利说明】
外置式驱动单元及其应用
技术领域
[0001]本发明涉及工业厂房内使用的气垫运输设备，具体涉及配合气垫悬浮系统使用的外置式驱动单元及应用。
【背景技术】
[0002]气垫悬浮系统气垫运输设备是一种用于厂房内搬运产品的特种运输设备，其运作的终端为气垫，工作方式为:由压缩气体驱动，在气垫气囊与地面间形成气膜，将重物浮起，从而减小其与地面间摩擦力，达到较小驱动力运输负载的目的。
[0003]由气垫工作原理可知，使用气垫对负载进行悬浮的目的是减少摩擦力；若负载较轻，则只需人工即可推动负载实现负载搬运目的；若负载较重，仅依靠人工是无法搬运的，此时需要外置的驱动单元提供驱动力。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种外置式驱动单元及其应用，能够提供驱动力，克服气垫悬浮时与地面的摩擦力，实现负载的移动。
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种外置式驱动单元，包括:
[0006]气源装置，所述气源装置为回转机构、平行四边机构和驱动系统提供压缩空气；
[0007]外部框架，设置于所述外部框架内的分别与所述气源装置连接的回转机构、平行四边机构和驱动系统，其中，所述驱动系统用于驱动所述外置式驱动单元前进或后退，所述回转机构和平行四边机构固定于所述外部框架内，所述驱动系统悬挂于所述平行四边机构的下方，所述回转机构与所述平行四边机构连接，所述回转机构用于控制所述平行四边机构和驱动系统相对于外部框架进行-15°?90°范围的旋转，所述平行四边机构用于为所述驱动系统提供与地面接触的下压力；
[0008]支撑于所述外部框架底部的支撑机构。
[0009]进一步的，在上述外置式驱动单元中，所述气源装置为回转机构、平行四边机构和驱动系统提供0.6?0.8MPa的压缩空气。
[0010]进一步的，在上述外置式驱动单元中，所述驱动系统包括:
[0011]与所述气源装置连接的驱动马达；
[0012]皮带与减速器，所述减速器通过所述皮带与驱动马达连接；
[0013]链条、驱动轴、驱动轮与轴承，所述驱动轮通过所述链条和驱动轴与所述减速器连接，所述驱动轮固定于所述轴承上。
[0014]进一步的，在上述外置式驱动单元中，所述平行四边机构包括:
[0015]固定于所述外部框架的连接背板；
[0016]四连杆与机构框架，所述机构框架通过所述四连杆与所述连接背板连接，所述驱动系统悬挂于所述机构框架上，由于重力的作用，所述机构框架通过四连杆绕着连接背板进行旋转；
[0017]气囊，所述气囊与所述气源装置连接，所述四连杆的一端固定于所述连接背板，另一端上安装所述气囊，所述四连杆由所述机构框架带动着连接背板进行旋转，以使所述驱动系统中的驱动轮着地。
[0018]进一步的，在上述外置式驱动单元中，所述连接背板通过螺接或焊接方式固定于所述外部框架。
[0019]进一步的，在上述外置式驱动单元中，与气垫悬浮系统配合使用时，还包括:
[0020]与气垫悬浮系统连接的压力采集装置；
[0021 ]分别与所述压力采集装置和气源装置连接的压力自动切换装置，自动切换装置用于通过采集到气垫悬浮系统内的充气压力和预先设定的压力判据，来判断气垫悬浮系统是否工作，根据判断结果控制所述气源装置向所述气囊输出的压缩空气量。
[0022]进一步的，在上述外置式驱动单元中，所述回转机构包括:
[0023]与所述气源装置连接的转向马达；
[0024]与所述转向马达连接的小齿轮；
[0025]与所述小齿轮啮合的大齿轮，其中，所述大齿轮的静止部分固定于所述外部框架，所述大齿轮的活动部分通过所述连接背板与所述平行四边机构连接。
[0026]支撑机构为两个定向轮和两个万向轮。
[0027]上述外置驱动单元在应用中，若采用两个或以上所述外置驱动单元以相向的安装方式进行安装，能够实现负重的前进、后退、左右平移及绕负重自身中心点的360°C回转。
[0028]与现有技术相比，本发明外置驱动单元由于采用低压压缩空气作为动力源，其安全性高；由于采用气动式驱动马达，即使不能拉动负重，马达自身无任何损坏。当与气垫悬浮系统一起使用时，由于采用平行四边形机构，使得驱动单元内驱动轮可在高度方向实现一定范围的调节，可克服气垫将负重抬离地面的高度，确保驱动轮始终与地面接触。若采用两个类似的外置驱动单元以相向的安装方式进行安装，可实现负重的前进、后退、左右平移及绕负重自身中心点的360 °C回转。
【附图说明】
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0030]图1是本发明一实施例的外置式驱动单元的内部结构的主视图；
[0031]图2是图1的仰视图；
[0032]图3是本发明一实施例的外置式驱动单元的外部结构示意图；
[0033]图4是图2的侧视图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0035]图1?图4所示为本发明一实施例的外置式驱动单元的结构示意图。图1和图2中，13为连接背板，I为驱动马达，2为减速器，3为转向马达，4为气囊，5为大齿轮，6为平行四边形机构。图3中，10为外部框架;11为万向轮;12为定向轮。图4中，7为驱动轴，8为驱动轮，9为轴承。
[0036]参照附图，本发明所提供一种外置式驱动单元，包括:
[0037]气源装置，气源装置为回转机构、平行四边机构6和驱动系统提供0.6?0.SMPa的压缩空气；
[0038]外部框架10，设置于外部框架10内、分别与气源装置连接的回转机构、平行四边机构6和驱动系统，其中，驱动系统用于驱动外置式驱动单元前进或后退。回转机构和平行四边机构固定于外部框架10内。驱动系统悬挂于平行四边机构6的下方。回转机构与平行四边机构6连接。回转机构用于控制平行四边机构和驱动系统相对于外部框架进行-15°?90°范围的旋转。平行四边机构6用于为驱动系统提供与地面接触的下压力;在此，外部框架10的作用是固定回转机构、平行四边形机构、驱动系统及其它附件等，外部框架确定了驱动单元的外包络尺寸。
[0039]支撑于外部框架10底部的两个万向轮11和两个定向轮12。由于驱动单元由两个万向轮11和两个定向轮12支撑，当驱动单元不与气垫悬浮系统配合使用，单独纵向行走时，其行走形式为三轮车式行走;当驱动单元不与气垫悬浮系统配合使用，单独横向行走时，其行走形式为驱动单元绕两个定向轮中心进行旋转；当驱动单元与气垫配合使用时，由于气垫具有悬浮功能，驱动单元的两个定向轮和两个万向轮均远离地面，此时只有驱动轮着地，即单轮着地;此时，当两套驱动单元配合使用时，可实现负载的前进、后退、左右平移和绕负载中心的360°旋转。
[0040]本发明一种外置式驱动单元的一优选的实施例中，驱动系统包括:
[0041]与气源装置连接的驱动马达I;在此，气源装置提供压缩空气推动驱动马达产生驱动力；
[0042]皮带与减速器2，减速器2通过皮带与驱动马达I连接；
[0043]链条、驱动轴7、驱动轮8与轴承9，驱动轮通过链条和驱动轴7与减速器2连接，驱动轮8固定于轴承9上;在此，气源装置提供压缩空气进入驱动马达，输入的压缩空气可经过多个控制阀进入驱动马达I，推动马达I内部叶片产生扭矩，通过皮带将扭矩传递给减速器2，并经链条传递给驱动轮8，产生驱动力，最终带动驱动轮8实现前进和后退。
[0044]本发明一种外置式驱动单元的一优选的实施例中，平行四边机构包括:
[0045]通过螺接或焊接方式固定于外部框架10的连接背板13;
[0046]四连杆与机构框架，机构框架通过四连杆与连接背板13连接，驱动系统悬挂于机构框架上，由于重力的作用，机构框架通过四连杆固定在连接背板13—端，绕着连接背板进行旋转；
[0047]气囊4，气囊4与气源装置连接，四连杆的一端固定于连接背板0，另一端固定在机构框架侧面。气囊4安装在机构框架上端面，气囊4另一端固定在连接背板13下面，当气囊4内部充气后，会带动机构框架绕着四连杆固定在连接背板13—端进行旋转，以使驱动系统中的驱动轮8着地。在此，依靠平行四边形机构6可实现驱动轮8的悬挂并实现驱动轮竖直方向的一定范围升降。具体的，当驱动系统工作时，机构框架及驱动系统自身重量无法提供足够的下压力，需要额外的下压力，确保驱动轮8不打滑，此时在四连杆上面需要安装气囊4，通过给气囊供气，为驱动轮提供足够的下压力，平行四边形机构的运动机理是:四连杆的一端固定，另一端上面安装气囊4，当对气囊进气时，四连杆会绕着固定的一端摆动，实现驱动轮的着地及附着力的加载，由于气囊具有一定的行程，从而实现驱动轮在竖直方向的一定范围升降。这里独特的平行四边形机构设计，无论是单独行走还是和气垫配合使用，均确保驱动轮与地面接触完好。
[0048]本发明一种外置式驱动单元的一优选的实施例中，还包括:
[0049]与气垫悬浮系统连接的压力采集装置；
[0050]分别与压力采集装置和气源装置连接的压力自动切换装置，压力自动切换装置用于通过采集到气垫悬浮系统内的充气压力和预先设定的压力判据，来判断气垫悬浮系统是否工作，根据判断结果控制气源装置向气囊输出的压缩空气压力大小，给所述驱动轮合适的下压力。在此，通过采集到气垫悬浮系统内的充气压力，压力自动切换装置通过预先设定的压力判据，来判断气垫悬浮系统是否工作，如工作，则压力自动切换装置自动控制气源装置向气囊输出较大压力的压缩空气，以为驱动轮提供足够的下压力，防止驱动轮打滑，如不工作，压力自动切换装置可控制气源装置向气囊输出较小压力的压缩空气，从而实现高低载驱动轮下压力的自动切换。
[0051]本发明一种外置式驱动单元的一优选的实施例中，回转机构包括:
[0052]与气源装置连接的转向马达3;
[0053]与转向马达3连接的小齿轮;在此，转向马达3可正转也可反转；
[0054]与小齿轮啮合的大齿轮5，其中，大齿轮5的静止部分固定于外部框架5，大齿轮的活动部分通过连接背板13与平行四边机构6连接。在此，气源装置以压缩空气推动转向马达3，进而带动大小齿轮，依靠大小齿轮的配合可实现驱动轮8的-15°?90°旋转，从而驱动单元的纵向和横向的移动。
[0055]本发明的工作过程是:当遥控器动作时，压缩空气经控制阀进入驱动马达I，推动马达内部叶片产生扭矩，马达输出轴通过皮带轮与减速器2输入端连接，将扭矩传递给减速器2，减速器2经链条将扭矩传递给驱动轴7，进而带动驱动轮8，从而产生驱动力。
[0056]驱动轮8的悬挂是通过平行四边机构6实现，如图1所示，平行四边机构6—端固定，另一端通过四连杆与固定端进行连接，活动端上面安装气囊4，当给气囊4供气时，活动端以固定端为旋转中心，以四连杆为旋转半径，进行一定角度的旋转，将驱动轮8着地，产生下压力，防止驱动轮8打滑;气囊4的充气压力由气垫内的充气压力自动决定。
[0057]当需要旋转时，压缩空气经控制阀进入转向马达3，带动小齿轮，小齿轮带动大齿轮5，大齿轮5带动平行四边机构6及驱动轮8和驱动马达I等驱动系统进行旋转，从而实现驱动轮的横向和纵向的转动;其转动角度依据工程需要而确定，一般转动范围为-15°?90°。
[0058]本发明的外置式驱动单元为外置式且独立运行或负载一起运行。该外置式驱动单元可作为一个独立运动单元，与压缩空气连接后能独立运行，并实现三轮车式的运动模式；当与负载进行连接后，能拖动负载一起运行;本发明的驱动单元可与气垫悬浮系统配合使用，可实现对负重的搬运。
[0059]与气垫悬浮系统配合使用时，本发明具有如下功能:
[0000]提供驱动力，克服气垫悬浮时与地面的摩擦力，实现负载的移动；
[0061]控制负载运动方向。通过两套驱动单元的组合，实现负载的前进、后退、左右平移、绕负载中心的360°及曲线行走，进而控制负载的任意方向运动，在此，通过一发两收的遥控控制方案，既可控制单套驱动单元的行走又可控制两套驱动单元的同步行走；
[0062]为负载提供自锁功能，防止负载的侧滑。由于地面均存在一定程度的不平整度和倾斜度，当采用气垫进行悬浮时，若无驱动单元，负载会发生侧滑现象，此时只能依靠人工的力量，若负载较重，阻止侧滑所需的力较大，仅依靠人工已经无法完成;而驱动单元具有自锁功能，在无任何解锁的操作动作下，驱动轮由于气囊下压力的作用，与地面存在较大的静摩擦力，该静摩擦力可阻止负载进行侧滑；
[0063]因此，若负载采用气垫悬浮系统进行搬运，需要驱动单元为负载搬运提供驱动力，控制负载的移动方向以及防止负载的侧滑。此外，考虑到负载的内部结构不能改动等原因，该驱动单元须为外置式，即能独立运行又能与负载连接拖动负载进行移动，在于负载一起联动时，驱动单元内的驱动轮具有竖直方向一定范围的调整，以补偿气垫悬浮引起的高度变化。
[0064]相比电机提供驱动力，本发明外置驱动单元由于采用低压压缩空气作为动力源，其安全性高；由于采用气动式驱动马达，即使不能拉动负重，马达自身无任何损坏。当与气垫悬浮系统一起使用时，由于采用平行四边形机构，使得驱动单元内驱动轮可在高度方向实现一定范围的调节，可克服气垫将负重抬离地面的高度，确保驱动轮始终与地面接触。若采用两个类似的外置驱动单元以相向的安装方式进行安装，可实现负重的前进、后退、左右平移及绕负重自身中心点的360 °C回转。
[0065]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0066]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种外置式驱动单元，其特征在于，包括:外部框架、气源装置、回转机构、平行四边机构、驱动系统以及支撑机构，其中: 所述气源装置与所述回转机构、平行四边机构和驱动系统连接，为所述回转机构、平行四边机构和驱动系统提供压缩空气； 所述回转机构、平行四边机构和驱动系统设置于所述外部框架内，其中，所述驱动系统用于驱动所述外置式驱动单元前进或后退，所述回转机构和平行四边机构固定于所述外部框架内，所述驱动系统悬挂于所述平行四边机构的下方，所述回转机构与所述平行四边机构连接，所述回转机构用于控制所述平行四边机构和驱动系统相对于外部框架进行-15°?90°范围的旋转，所述平行四边机构用于为所述驱动系统提供与地面接触的下压力； 所述支撑机构位于所述外部框架的底部。2.根据权利要求1所述的外置式驱动单元，其特征在于，所述气源装置为回转机构、平行四边机构和驱动系统提供0.6?0.SMPa的压缩空气。3.根据权利要求1所述的外置式驱动单元，其特征在于，所述驱动系统包括: 驱动马达，与所述气源装置连接； 皮带与减速器，所述减速器通过所述皮带与驱动马达连接； 链条、驱动轴、驱动轮与轴承，所述驱动轮通过所述链条和驱动轴与所述减速器连接，所述驱动轮固定于所述轴承上。4.根据权利要求3所述的外置式驱动单元，其特征在于，所述平行四边机构包括: 连接背板，固定于所述外部框架； 四连杆与机构框架，所述机构框架通过所述四连杆与所述连接背板连接，所述驱动系统悬挂于所述机构框架上； 气囊，所述气囊与所述气源装置连接，所述四连杆的一端固定于所述连接背板，另一端上安装所述气囊，当所述气囊内部充气后，所述四连杆带动机构框架绕着连接背板进行旋转，以使所述驱动系统中的驱动轮着地。5.根据权利要求4所述的外置式驱动单元，其特征在于，所述连接背板通过螺接或焊接方式固定于所述外部框架。6.根据权利要求5所述的外置式驱动单元，其特征在于，与气垫悬浮系统配合使用时，还包括: 压力采集装置，与气垫悬浮系统连接； 压力自动切换装置，与所述压力采集装置和气源装置连接，通过采集到气垫悬浮系统内的充气压力和预先设定的压力判据，来判断气垫悬浮系统是否工作，根据判断结果控制所述气源装置向所述气囊输出的压缩空气量。7.根据权利要求5所述的外置式驱动单元，其特征在于，所述回转机构包括: 转向马达，与所述气源装置连接； 小齿轮，与所述转向马达连接； 大齿轮，与所述小齿轮啮合，其中，所述大齿轮的静止部分固定于所述外部框架，所述大齿轮的活动部分通过所述连接背板与所述平行四边机构连接。8.根据权利要求1所述的外置式驱动单元，其特征在于，所述支撑机构为支撑于所述外部框架底部的两个定向轮和两个万向轮。9.根据权利要求1至8所述任一外置式驱动单元的应用，其特征在于，包括: 独立运行，所述外置式驱动单元作为一个独立运动单元，与压缩空气连接后能独立运行，并实现三轮车式的运动模式； 带负载运行，与负载进行连接后，能拖动负载一起运行； 与气垫悬浮系统配合使用。10.根据权利要求9所述的外置式驱动单元的应用，与气垫悬浮系统配合使用时，采用两个或以上所述外置驱动单元以相向的安装方式进行安装，能够实现负重的前进、后退、左右平移及绕负重自身中心点的360 °C回转。
【文档编号】B62D9/00GK106080181SQ201610546576
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】吴剑, 张银勇, 廖云龙, 赵滋阳, 汪卉, 王晋
【申请人】上海空间推进研究所