一种全转向机器人车轮系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种全转向机器人车轮系统。
【背景技术】
[0002]机器人运动灵活性，如任意角度转向、原地转向等功能是衡量机器人运动性能的重要指标。在中国发明专利文献CN 102129248A《全向运动比赛机器人底盘》中公开了一种可以实现横向、纵向和斜向运动的多向运行的机器人方案。其采用四个全向车轮安装在机器人的四个侧面，每个车轮通过车轮轴安装在车轮架上，再安装到车体上，通过单片机控制系统控制每个车轮的运动方向或运行停止状态组合地实现转向功能，体现了全向轮的一个典型应用场景。
[0003]汽车的转向系统采用复杂的传动机构将外部方向盘发出的机械式信号放大并转换为车轮在水平面上的角度变化，通常两个前轮是联动的，并且无法实现单轮360度独立地转动。这类方案适用于重型机械且转向角度有限的应用场合。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种全转向机器人车轮系统，能够实现车轮的前进、后退，360度转向等运动功能，精确控制前进后退距离以及水平转动角度。
[0005]本实用新型提供的全转向机器人车轮系统，所述全转向机器人车轮系统安装在车轮上，其特征在于:包括支撑架、转向电机、行走驱动电机以及水平编码器;所述支撑架安装在车轮上，该支撑板顶端安装有转向减速器，该转向减速器上安装有转向编码器，所述转向编码器的转动轴固定在所述支撑架上;所述转向电机与转向减速器连接;所述行走驱动电机安装在所述车轮上，所述水平编码器与行走驱动电机同轴连接。
[0006]本实用新型将直行和转向进行分解，使用行走驱动电机为直行提供动力，使用转向电机为转向提供动力;分别设置转向编码器和水平编码器对转向及水平移动的位置进行检测反馈，精确控制水平转动角度及前进后退距离。
[0007]所述支撑架呈U形，包括左支撑板、右支撑板和顶部支撑板，所述转向减速器安装在顶部支撑板上，所述左、右支撑板安装在车轮上。U形支撑架架装在车轮上，左支撑板、右支撑板分列车轮的两侧，顶部支撑板位于车轮的上方，方便其他部件的安装。
[0008]优选地，所述支撑架顶端安装有连接件，所述转向减速器通过所述连接件与所述支撑架连接。
[0009]所述车轮包括实心车胎和车轮骨架，所述车轮骨架内嵌在所述车胎内；所述车轮骨架包括车辋、车辐和车毂;所述车辋与车毂同圆心设置，所述车辐的两端分别连接所述车辋的内壁、车毂的外壁;所述车辐为C弧形。C弧形车辐具有较强韧性，被压缩时产生张力，被拉升时产生拉力。当车轮受到一个方向的冲击时，冲击力作用点一侧的C弧形车辐压缩产生张力，其余C弧形车辐产生拉力，车毂由于惯性，干扰位移较小，从而形成抗冲击效果。
[0010]所述车辐在所述车辋周向上均匀分布，且中心对称设置，中心对称设置的车辐所带来的抗冲击力效果更好。
[0011]为优化车轮系统结构，所述行走驱动电机安装在所述车毂上，使得整体结构更紧凑。
[0012]本实用新型具有以下有益效果:(I)前进、后退，全向转动灵活；(2)位置检测精确，驱动控制方便；(3)结构稳定，一体式方便安装；(4)本实用新型为一个独立模块，可应用于每个车轮，使得机器人每个车轮都可以提供动力，独立控制。(5)车胎、一体化车轮骨架、车辐的设计和选材使得车轮具有较强抗冲击。中心对称地设置若干对C形车辐，车辋、车辐、车毂采用PP材料一体化制造时，车轮具有较好的抗冲击性。(6)将减震功能设计在车轮上，简化机器人机构设计，也可以方便地拓展应用到前期版本的产品，十分方便地拓展应用到其他应用场合，如中国实用新型文献CN 204586367 U《新型变电站巡检机器人车轮》中的应用场景。(7)结构简单，制造方便，安装维护便利。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型整体示意图。
[0014]图2为本实用新型所述车轮示意图；
[0015]图3为本实用新型所述车轮骨架示意图。
[0016]图中:101、车胎；102、车轮骨架；111、转向减速器；112、电机驱动器安装台；113、转向编码器；114、连接件；115、转向电机；121、左支撑板；122、右支撑板；123、顶部支撑板；131、抗冲击车轮；132、行走驱动电机；133、水平编码器；141、车辐；142、车辋；143、副车辐；144、车毂;145、车胎辅助支点；147、安装孔。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本实用新型包括转向系统、支撑架、直行系统;支撑架顶部固定安装转向系统，支撑架、直行系统安装在车轮上;转向系统负责驱动支撑架及直行系统在水平面上360度转向及检测相关转向角度;直行系统负责驱动整个车轮系统前进后退及检测相关运行距离;支撑架将转向系统和直行系统有效连接。
[0018]转向系统包括转向编码器113、电机驱动器安装台112、转向电机115、转向减速器111、连接件114;转向电机115安装在电机驱动器安装台112上，转向减速器111安装在连接件114和转向编码器113之间；转向电机115和转向减速器111通过同步带连接传递能量;转向编码器113左右各使用一个安装座子固定在转向减速器111的上表面，其转动轴穿过转向减速器111和连接件114内部固定在支撑架顶部。
[0019]支撑架由左、右支撑板(121、122)、顶部支撑板123组成，呈U形;顶部支撑板123与连接件114的底部固定连接，转向减速器111通过连接件114带动整个支撑架水平转动；左、右支撑板(121、122)顶端分别固定连接在顶部支撑板123的左右端，使支撑架呈一个U型框架。整个支撑架采用轻质铝合金材料制造，同时在支撑架的三个支撑板上设置了外壳安装点，用于安装防护外壳，增强防护作用和美观性。
[0020]直行系统包括行走驱动电机132、水平编码器133;行走驱动电机132固定安装在车轮的车毂中，水平编码器133同轴连接水平驱动电机132，用于检测电机转速;左、右支撑板(121、122)的底部安装在车轮的两侧，与车轮同轴安装。
[0021]如图2、3所示，车轮包括一体化车轮骨架102和实心车胎101。车胎101采用发泡的聚氨酯制成，具有一定的强度和韧性。车轮骨架102为PP材料制成，车胎101牢固地固定在车轮骨架102外围，使得整个车轮形成一个整体。车轮骨架102包括由C弧形车辐141、车毂144、车辋145、副车辐143，车辐、车毂、车辋、副车辐采用PP材料一体制作而成。车毂144和车辋145是具有双沿的圆环。车辋145的外壁以及两侧都对称设置有若干车胎辅助支点145，使得实心车胎可以可靠地固定在车轮骨架上。在车毂144外壁与车辋145内壁之间中心对称地设置了4对C弧形车辐141，C弧形车辐141具有较强韧性，被压缩时产生张力，被拉升时产生拉力，当车轮受到一个方向的冲击时，冲击力作用点一侧的4个弧形车辐压缩产生张力，另外4个弧形车辐产生拉力，车毂144由于惯性，干扰位移较小，从而形成抗冲击效果。在车辋145的内壁设置有3对副车辐144，3对副车辐144形成一个等边三角形，副车辐143的顶端设置有安装孔147，利用螺丝将防护壳安装在副车辐143上，车辋145与防护壳围成一个封闭空间，将车辐、副车辐、车毂封闭起来，防护壳在起到防护作用的同时，增加了车轮整体的强度和韧性，提高了车轮的抗冲击性。
【主权项】
1.一种全转向机器人车轮系统，所述全转向机器人车轮系统安装在车轮上，其特征在于:包括支撑架、转向电机、行走驱动电机以及水平编码器;所述支撑架安装在车轮上，该支撑板顶端安装有转向减速器，该转向减速器上安装有转向编码器，所述转向编码器的转动轴固定在所述支撑架上;所述转向电机与转向减速器连接;所述行走驱动电机安装在所述车轮上，所述水平编码器与行走驱动电机同轴连接。2.如权利要求1所述的全转向机器人车轮系统，其特征在于:所述支撑架呈U形，包括左支撑板、右支撑板和顶部支撑板，所述转向减速器安装在顶部支撑板上，所述左、右支撑板安装在车轮上。3.如权利要求1所述的全转向机器人车轮系统，其特征在于:所述支撑架顶端安装有连接件，所述转向减速器通过所述连接件与所述支撑架连接。4.如权利要求1、2或3所述的全转向机器人车轮系统，其特征在于:所述车轮包括实心车胎和车轮骨架，所述车轮骨架内嵌在所述车胎内；所述车轮骨架包括车辋、车辐和车毂；所述车辋与车毂同圆心设置，所述车辐的两端分别连接所述车辋的内壁、车毂的外壁;所述车辐为C弧形。5.如权利要求4所述的全转向机器人车轮系统，其特征在于:所述车辐在所述车辋周向上均匀分布，且中心对称设置。6.如权利要求4所述的全转向机器人车轮系统，其特征在于:所述行走驱动电机安装在所述车毂上。
【专利摘要】本实用新型提供一种全转向机器人车轮系统，所述全转向机器人车轮系统安装在车轮上，包括支撑架、转向电机、行走驱动电机以及水平编码器；所述支撑架安装在车轮上，该支撑板顶端安装有转向减速器，该转向减速器上安装有转向编码器，所述转向编码器的转动轴固定在所述支撑架上；所述转向电机与转向减速器连接；所述行走驱动电机安装在所述车轮上，所述水平编码器与行走驱动电机同轴连接。本实用新型对车轮的直行和转向进行分解，使用行走驱动电机为直行提供动力，使用转向电机为转向提供动力；分别设置转向编码器和水平编码器对转向及水平移动的位置进行检测反馈，精确控制水平转动角度及前进后退距离。
【IPC分类】B62D5/04, B60B19/00, B60K7/00, B60C7/00
【公开号】CN205168167
【申请号】CN201520864256
【发明人】许春山, 兰新力
【申请人】亿嘉和科技股份有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年10月30日