专利名称：采用电感角位移测量反馈的轮边驱动全向轮的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全向轮，尤其涉及一种采用电感角位移测量反馈的轮边驱动 全向轮。
背景技术：
近年来，随着移动机器人学和相关技术的发展，使得移动机器人在很多行业的应 用逐渐深入和拓宽。在平面上移动的物体可以实现前后、左右和自转3个自由度的运动称 为全方位移动机器人。其不仅可以在任意方向上移动，并且保持本体姿态不变.，也可以像 普通车辆那样改变机体方位。目前全向移动已经被应用在各个领域。工业方向主要是为全 方位的工业品传输系统和工厂的全方位叉车，工作环境较为理想。实验室运用全向运动，主 要是完成环境探索，机器人导航定位等方面的研究。全向轮的独特性能赋予了它巨大的科 学研究价值和商业价值，应用最为广泛的全方位移动机构有两种全轮偏转式全方位移动 机构(全向轮)和麦卡纳姆轮。全方位轮是在普通的四轮基础上，增加一套偏转装置，使车 轮可以全方位旋转。因此，结构简单可靠，还可以模拟普通四轮机构的运行状态，而麦卡纳 姆轮是在车轮的轮毂外缘按一定倾斜方向均勻分布多个被动的辊子，它操作灵活，反应迅 速，但是对加工设计提出很高的要求然而，全向轮与麦卡纳姆轮相比，全向轮为实现全向运动而改变轮子的角度，这 个角度测量是一个难题，用目前现有的角度传感器总是不能有很高的性价比，有的传感器 安装空间过大，妨碍了真个系统的运作，有的传感器精度不够，使得真个系统部能实现预定 的运动，有的传感器价格太高，为了角度够准确就必须大幅度提高整个系统的成本，这些影 响了全向轮的普及。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是全向轮现有转向机构结构复杂、角位移测量不准 确或是为了保证角位移测量的准确度付出成本过高。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种采用电感角位移测量 反馈的轮边驱动全向轮，包括轮轴、套接在轮轴上的轮子、与轮轴连接的换向机构、与换向 机构连接的舵向电机、位于轮子一侧并与换向机构连接的电感角位移传感器。所述的电感 角位移传感器包括外壳、贯穿外壳两端的传感器转轴、位于外壳内的线圈及骨架和磁芯；磁 芯与传感器转轴连接，线圈及骨架套接在传感器转轴上，线圈及骨架包括两个主线圈和两 个次线圈，磁芯轮廓由两条对称的阿基米德螺旋线组成，旋转时其伸入线圈的长度会随之 改变，且长度变化的大小与转角成正比；所述驱动电机的输出轴与轮子的轴线重合，并与轮 轴连接，驱动轮子旋转；所述舵向电机垂直于轮子轴线，舵向电机通过换向机构与轮轴连 接，并驱动轮子变向。本实用新型中，电感角位移传感器利用差动变压器原理设计，当换向转轴转动时， 换向转轴的转动会带动传感器转轴转动；磁芯销连接在传感器转轴上，当轮子的姿态有改变，磁芯也会有相应的姿态改变；磁芯的姿态改变会进一步改变磁芯伸入次线圈的长度，此 时，次线圈的输出电压就会改变，根据两个次线圈的电压差来确定轮子当前的姿态，可以控 制轮子的姿态。与现有技术相比，本结构的电感角位移传感器具有数字量传感器(如编码 器)的精度，同时其输出的信号又是模拟量，从而实现任意位置的控制。作为本实用新型的一种改进方案，所述传感器转轴一端还设有同步带轮，所述换 向机构包括一根换向转轴和两个角接触球轴承，换向转轴的下端也设有同步带轮，两同步 带轮通过同步带连接，把同步带轮加工在转轴上，使得产品结构更加紧凑，且减小了传动部 件引入的误差。本实用新型的优点是建构简单紧凑、测量精度高，且可实现对轮子全方位控制。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型换向机构的结构示意图；图3是本实用新型电感角位移传感器的结构示意图；图4是本实用新型电感角位移传感器的磁芯轮廓示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1、图2和图3所示，本实用新型包括轮轴8、套接在轮轴8上的轮子1、与轮轴 8连接的换向机构2、与换向机构2连接的舵向电机3、位于轮子1 一侧并与换向机构2连接 的电感角位移传感器6 ；电感角位移传感器6包括外壳65、贯穿外壳65两端的传感器转轴 64、位于外壳65内的线圈及骨架62和磁芯63 ；磁芯63与传感器转轴64连接，线圈及骨架 62套接在外壳内，线圈及骨架62包括两个主线圈和两个次线圈，磁芯63轮廓由两条对称的 阿基米德螺旋线组成，旋转时其伸入线圈的长度会随之改变，且长度变化的大小与转角成 正比；所述驱动电机7与轮子1的轴线重合，并与轮轴8连接，驱动轮子1旋转；所述舵向电 机3垂直于轮子1轴线，舵向电机3通过转轴23与轮轴8连接，并驱动轮子1变向；传感 器转轴64 —端还设有同步带轮61，所述换向机构2包括一根换向转轴23和两个角接触球 轴承，换向转轴23的下端也设有同步带轮61，两同步带轮61通过同步带5连接。工作时，驱动电机7驱动轮子1沿地面滚动，即主运动；轮子方向的转动由换向机 构2和舵向电机3实现。当换向转轴23转动时，其转动会同步带动传感器转轴64转动，而 磁芯63是通过销连接在传感器转轴64上的，所以只要轮子1的姿态有改变，传感器的磁芯 63也会有相应的姿态改变，从而进一步改变磁芯伸入次线圈的长度，此时，次线圈的输出电 压就会改变，因此，根据两个次线圈的电压差即可确定轮子当前的姿态，从而可以控制轮子 的姿态。当电感角位移传感器6检测到的轮子所处的姿态后，其将信号传递给舵向电机3， 舵向电机3连接换向转轴23，并通过换向转轴23改变轮子1的姿态，从而实现轮子任意姿 态的准确控制。
权利要求1.一种采用电感角位移测量反馈的轮边驱动全向轮，包括轮轴(8)、套接在轮轴(8)上 的轮子(1)、与轮轴(8)连接的换向机构(2)、与换向机构(2)连接的舵向电机(3)、位于轮子 (1) 一侧并与换向机构(2)连接的电感角位移传感器(6)，其特征在于所述的电感角位移传感器(6)包括外壳(65)、贯穿外壳(6 两端的传感器转轴(64)、 位于外壳(65)内的线圈及骨架(62)和磁芯(63);磁芯(63)与传感器转轴(64)连接，线圈 及骨架(62)套接在传感器转轴(64)上，线圈及骨架(62)包括两个主线圈和两个次线圈， 磁芯(63)轮廓由两条对称的阿基米德螺旋线组成，旋转时其伸入线圈的长度会随之改变， 且长度变化的大小与转角成正比；所述驱动电机(7)的输出轴与轮子(1)的轴线重合，并与轮轴(8)连接，驱动轮子(1) 旋转；所述舵向电机(3)垂直于轮子轴线，舵向电机(3)通过换向机构(2)与轮轴(8)连 接，并驱动轮子(1)变向。
2.根据权利要求1所述的采用电感角位移测量反馈的轮边驱动全向轮，其特征在于， 所述传感器转轴(64 ) —端还设有同步带轮(61)，所述换向机构(2 )包括一根换向转轴03) 和两个角接触球轴承，换向转轴03)的下端也设有同步带轮(61)，两同步带轮(61)通过同 步带(5)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种采用电感角位移测量反馈的轮边驱动全向轮，包括轮轴、套接在轮轴上的轮子、与轮轴连接的换向机构、与换向机构连接的舵向电机、位于轮子一侧并与换向机构连接的电感角位移传感器。所述的电感角位移传感器包括外壳、贯穿外壳两端的传感器转轴、位于外壳内的线圈及骨架和磁芯；磁芯与传感器转轴连接，线圈及骨架套接在传感器转轴上，线圈及骨架包括两个主线圈和两个次线圈，磁芯轮廓由两条对称的阿基米德螺旋线组成，旋转时其伸入线圈的长度会随之改变，且长度变化的大小与转角成正比；所述驱动电机的输出轴与轮子的轴线重合，并与轮轴连接，驱动轮子旋转；所述舵向电机垂直于轮子轴线，舵向电机通过换向机构与轮轴连接，并驱动轮子变向。本实用新型结构简单紧凑、测量精度高，且可实现对轮子全方位控制。
文档编号G05D3/00GK201886353SQ20102066614
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者吴继平, 王兴松 申请人:东南大学