一种基于轮毂电机的全地形科研小车平台的制作方法

本实用新型涉及一种基于轮毂电机的全地形科研小车平台。

背景技术：

传统轮式平台采用无驱动的轮毂，为了使小车发生移动必须引入外部的动力源，如电机或者柴油机，再通过传动机构将运动传递到轮毂上，这样在小车体内必须放置电机或者柴油机等装置，同时还需要额外的传动部件，这样增加了小车的复杂度和重量，同时浪费了小车有限的利用空间。

传统轮毂电机没有安装编码器的位置，当小车用于无人驾驶以及测绘等领域时，不能够对小车的位置进行精确的定位。

四轮驱动的小车在原地转弯时，由于车轮的速度与转弯半径不垂直，导致轮胎的打滑，增加了额外的滑动摩擦力，增加了对于电机的扭矩需求增加。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种全地形科研小车平台，该小车平台基于轮毂电机，车架内设置控制器用于控制车轮转向，车轮位置设置编码器用于对小车位置定位，平台设计紧凑，且能够精确定位。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于轮毂电机的全地形科研小车平台，包括车架以及与所述车架固定连接的控制器和支撑驱动机构；所述车架内还设有电源模块，所述控制器和电源模块通过线缆分别与所述支撑驱动机构电连接；

所述支撑驱动机构包括轮毂电机、悬架、连接机构、转向机构和编码器；所述悬架的一端与所述车架连接，所述转向机构通过所述连接机构分别与所述轮毂电机和所述悬架连接；所述编码器安装在所述连接机构上，并与所述轮毂电机连接，用于采集所述轮毂电机的转数；

所述轮毂电机的控制端、转向机构的控制端以及编码器的信号输出端均通过线缆与所述控制器连接，轮毂电机的供电端、转向机构的供电端以及编码器的供电端均通过线缆与所述电源模块连接。

本实用新型的有益效果是：使用轮毂电机可以减少小车的传动部件，并且充分利用小车的空间。引入编码器，将轮毂电机的运动传递给编码器精确测量轮毂电机运动，可以给小车提供精确的位置和速度控制反馈信息。在每个车轮上增加了转向机构，小车转向时，该转向机构通过控制器可以单独调整每个车轮的方向，使车轮始终与小车的转弯半径垂直，这样减小了小车转弯时轮胎的滑动摩擦，进而减小对轮毂电机转矩的要求。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述连接结构包括第一固定板、第二固定板、连接块，所述连接块内设有连接轴；

所述第一固定板与所述悬架的另一端铰接；所述转向舵机和所述连接块设置于所述第一固定板上；

所述连接轴的一端与所述第二固定板固定连接；所述第二固定板与所述轮毂电机的输出轴固定连接。

进一步的，所述转向机构包括转向舵机，所述转向舵机固定安装在所述第一固定板上，且所述转向舵机的输出轴通过安装在所述连接轴另一端的转向齿轮与所述连接轴啮合，所述转向舵机的控制端均通过线缆与所述控制器信号连接，转向机构的供电端通过线缆与所述电源模块电连接。

所述转向舵机的输出轴与所述连接块内设的连接轴平行设置；所述转向舵机的输出轴与所述轮毂电机的输出轴垂直设置。

进一步的，所述编码器固定安装在所述第二固定板上，所述编码器的转轴与固定安装在所述轮毂电机上的传动齿轮啮合。所述传动齿轮同轴套设在所述轮毂电机的输出轴外，并与所述轮毂电机固定连接。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于轮毂电机的全地形科研小车平台的整体装置结构图；

图2为本实用新型实施例提供的支撑驱动机构结构图；

图3为本实用新型实施例提供的支撑驱动机构俯视图；

图4为本实用新型实施例提供的小车平台转向时四轮方向控制示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、车架，2、控制器，3、支撑驱动机构，30、连接轴，31、轮毂电机，32、悬架，33、第一固定板，34、第二固定板，35、编码器，36、传动齿轮，37、转向齿轮，38、转向舵机，39、连接块。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

如图1所示，一种基于轮毂电机的全地形科研小车平台，车架由型材焊接或螺栓拼接而成。四个车轮都是由轮毂电机驱动(即车轮与电机是一体)，四个车轮都是通过悬挂系统与车架进行连接。轮毂电机的电源线和控制线接到车架上的电池和控制器中。

具体的，所述小车平台包括车架1以及与所述车架1固定连接的控制器2和四组支撑驱动机构3；所述四组支撑驱动机构两两分设与所述车架1两侧；所述车架1内还设有电源模块(图中未示出)，所述控制器2和电源模块通过线缆分别与所述支撑驱动机构3电连接；

所述支撑驱动机构3包括轮毂电机31、悬架32、第一固定板33、第二固定板34、编码器35、传动齿轮36、转向齿轮37、转向舵机38和连接块39。

所述悬架32用于连接车轮轮毂与车架，其一端与所述车架1铰接，如图2图3所示，本实施例中的悬架32包括上下两个悬臂和一个用于减震的减震弹簧。应当注意的是，悬架的结构并非只此一种，本实施例仅列举出一种较常见的实施方式。

所述第一固定板33与所述悬架32的另一端铰接；所述转向舵机38和所述连接块39设置于所述第一固定板33上，所述连接块39内设有一连接轴30，所述连接轴30的一端与所述第二固定板34固定连接，所述连接轴30的另一端通过所述转向齿轮37与所述转向舵机38的输出轴啮合。应当注意的是，转向舵机38与连接轴30之间的传动，除了齿轮啮合的形式，还可以是带轮、链条等形式，在此不再赘述。

所述轮毂电机31的输出轴与所述第二固定板34固定连接；所述编码器35固定安装在所述第二固定板34上，所述编码器35的转轴与固定安装在所述轮毂电机31上的所述传动齿轮36啮合；传动齿轮36同轴套设在所述轮毂电机的输出轴外，并与所述轮毂电机31固定连接，轮毂电机31带动车轮每旋转一周，传动齿轮36即同步旋转一周，通过所述传动齿轮36啮合的编码器35可以准确获取小车的移动距离。

由于单个轮毂电机是通过电机轴固定连接在悬挂下固定板上的。小车前进时，悬挂不动，轮毂电机转动。为了测量轮毂电机的转速以控制其位置和速度，在悬挂下固定板上安装一个编码器，编码器通过齿轮或皮带轮与固定在轮毂上的齿轮或皮带轮连接。轮毂电机的运动即可传递到编码器上，实现对车速的精确测量。

所述转向舵机38的输出轴与所述连接块39内设的连接轴平行设置。所述转向舵机38的输出轴与所述轮毂电机31的输出轴垂直设置。

轮毂电机31的控制端、转向舵机38的控制端以及编码器的信号输出端均通过线缆与所述控制器2连接，轮毂电机31的供电端、转向舵机38的供电端以及编码器的供电端均通过线缆与所述电源模块连接。

当小车进行转弯时，通过控制器控制转向舵机控制每个轮子的转向，使其行进方向与转弯半径相垂直，避免车轮的打滑，减小轮毂电机转向时所需要的扭矩。

传统轮式平台采用无驱动的轮毂，必须引入外部的动力源，如电机或者柴油机，再通过传动机构将运动传递到轮毂上，这样在小车体内必须放置电机或者柴油机等元器件，同时还需要额外的传动部件，这样增加了小车的复杂度和重量，同时浪费了小车有限的利用空间。使用轮毂电机可以减少小车的传动部件，并且充分利用小车的空间。

传统轮毂电机没有安装编码器的位置，该实施例中引入了编码器，并通过传动机构将轮毂电机的运动传递给编码器精确测量轮毂电机运动，可以给小车提供精确的位置和速度控制反馈信息。

四轮驱动的小车在原地转弯时，由于车轮的速度与转弯半径不垂直，导致轮胎的打滑，增加了额外的滑动摩擦力，对于电机的扭矩需求高。该实施例在每个车轮上增加了转向机构，小车转向时，该转向机构通过控制器可以单独调整每个车轮的方向，使车轮始终与小车的转弯半径垂直，如图4所示，这样减小了小车转弯时轮胎的滑动摩擦，进而减小对轮毂电机转矩的要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。