机器人伺服舵轮的制作方法

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种机器人伺服舵轮。

背景技术：

随着社会的发展，机器人在生活以及工业中有了越加广泛的运用。机器人常用舵轮驱动。

舵轮是一种具备驱动前进后退和主动转向能力的动力模组，其驱动电机只负责驱动，转向电机，只负责转向，可以做到合适的功率选择，实现功率最大化的应用。目前常用的舵机存在以下缺陷：1、目前舵轮位置传感器，普遍采用外置传感器组合使用，角度反馈检测需要使用零位传感器和编码器组合使用，驱动轮速度检测需要外置安装编码器，驱动电机普遍采用多级减速器，结构复杂，连接件多；2、没有减震机构，做单舵轮应用，带减震的舵轮比较少且体积也比较庞大，不能很好应用于小型化设备，不能适应复杂路面，多舵轮结构会存在接触不好，驱动轮打滑的情况；3、普遍采用回转轴承作为支撑和旋转部件，其具有结构简单可靠的特点，但是其扁平结构，使尺寸较大，成本较高，齿轮外漏，不能适用于室外复杂的环境。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单且减震效果好的机器人伺服舵轮。

本发明提供的这种机器人伺服舵轮，它包括驱动轮模块和转向模块；驱动轮模块包括轮体、驱动电机和减震支架，驱动电机通过减震支架与驱动轮相连；转向模块包括转向电机、减速机构和转轴，转向电机的输出轴与减速机构的输入端相连，减速机构的输出端与转轴相连，转轴的另一端与减震支架相连；驱动电机驱动轮体转动；转向电机输出动力经减速机构减速后传递至转轴带动减震支架转向。

在一个具体实施方式中，所述减震支架包括下支架、上支架和减震器；下支架为u型架，两侧板的中部设有通孔；上支架为倾斜向下设置的n型架，其顶端设有一圈连接孔，下端铰接于下支架外；一对减震器关于轮体厚度方向中心面对称设置、分设于上支架和下支架的两侧。

作为优选，所述下支架的两侧焊接有销轴，所述上支架的两侧焊接有销轴，销轴外设径向孔，减震器的两端分别套于销轴外通过穿过径向孔的开口销定位。

在一个具体实施方式中，它还包括铰接座，铰接座的中心设有通孔，四周设有一圈连接孔，通孔内嵌耐磨套；铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连，上支架套于下支架外通过穿过耐磨套的转轴螺栓与下支架相连。

进一步的，所述转轴螺栓包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。

作为优选，所述驱动电机为轮毂电机，其中心轴两端设有螺纹，螺纹段的外端设有平面；驱动电机嵌于轮体内，中心轴穿过下支架上通孔后配合螺母锁紧。

在一个具体实施方式中，所述减速机构包括主减速器和副减速器，主减速器的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连。

为了便于控制转向角度，所述主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套；所述转向电机下对应强磁钢套位置处设有角度传感器。

为了提高装配精度，所述副减速器的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。

为了避免碰撞导致连接件损坏，所述转轴为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的卡爪，副减速器的输出齿轮内设卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞减震胶垫，以其底部与所述减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。

本发明包括驱动轮模块和转向模块两部分，驱动模块包括减震支架，转向模块与减震支架相连，在投入使用时驱动电机驱动轮体转动，转向电机输出动力经减速机构减速后传递至转轴带动减震支架转向；整个舵轮结构简单，且设有减震支架用于吸收地面障碍撞击带来的冲击，使舵轮能适应各种路面。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的轴测示意图。

图2为本优选实施例中驱动轮模块的轴测放大示意图。

图3为图2中a-a的剖视示意图。

图4为图3中b处的放大示意图。

图5为本优选实施例中转向模块的剖视示意图。

图6为图5中c-c的剖视示意图。

图示序号：

1—驱动轮模块，

11—轮体，

12—驱动电机，

13—减震支架、131—下支架、132—上支架、133—减震器、134—销轴、135—铰接座、136—耐磨套、137—转轴螺栓、138—开口销；

2—转向模块，

21—转向电机，

22—减速机构、221—主减速器、222—副减速器，

23—转轴、231—卡爪，

24—强磁钢套，25—角度传感器，26—减震胶垫。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种机器人伺服舵轮，它包括驱动轮模块1和转向模块2；驱动轮模块通过六颗螺钉固定在转向模块的输出轴下，转向模块输出轴的转动直接带动轮驱动轮模块左右偏转。

如图2、图3所示，驱动轮模块1包括轮体11、驱动电机12和减震支架13。轮体11为外圈轮胎。驱动电机12为与外圈轮胎相匹配的轮毂电机，驱动电机嵌于轮体内，通过其本身的中心轴与减震支架13相连，驱动电机的中心轴两端端部外设有螺纹，并在螺纹段外端铣有一对平面以便连接时夹持扳手。

减震支架13包括下支架131、上支架132和减震器133。下支架131为u型架，其两侧板的根部焊接有销轴134、中部设有通孔、端部设有螺纹孔。上支架为n型架，其顶端设有一圈连接孔、底端两侧连接有铰接座14。如图4所示，铰接座135为圆筒型座体，其中心嵌有耐磨套136，实体上设有一圈关于轴向中心呈环形阵列布置的连接孔，铰接座通过穿过连接孔的螺栓与上支架相连。下支架水平布置，中心轴两端分别穿过下支架两侧的通孔配合相应的螺母锁紧完成下支架的安装；然后将上支架向下倾斜设置套于下支架外通过穿过铰接座135的转轴螺栓137铰接，上支架与下支架之间设有铜垫片，铜垫片与铰接座和耐磨套接触限位，使上支架与下支架之间存在间隙，不会直接磨损。转轴螺栓137包括外径依次递减的圆柱头、光杆段和螺纹段，圆柱头为内六角头，转轴螺栓以其光杆段套于耐磨套内，螺纹段与下支架螺纹连接。上支架与下支架安装完成后，将减震器133的两端分别套于销轴134外通过穿过径向孔的开口销138定位。转向模块2安装于上支架的顶部，通过穿过连接孔的螺栓连接。

驱动轮模块1装配完成后，减震器与上支架、下支架呈三角形，上支架与下支架铰接，设计有耐磨灵活的转轴结构，可以自由转动，在遇到障碍时减震器压缩，下支架和轮毂电机可以绕转轴位置向上旋转，减少震动，并且能承受较大冲击。对于铰接点，由于铰接座内安装有耐磨套，耐磨套与铰接座为过盈配合。转轴螺栓一端为螺纹段，中间段为精密加工的圆柱，一端为内六角的圆柱头，螺纹段和中间段有一个台阶。转轴螺栓圆柱段安装在铜套孔内，螺纹段穿过铜垫片固定在驱动电机下支架上。转轴螺栓和铜套为间隙配合，可以自由转动，铜垫片与铰接座和铜套接触限位，使上电机支座和下电机支座之间存在间隙，不会直接磨损。

如图5、图6所示，转向模块2包括转向电机21、减速机构22和转轴23。减速机构22包括主减速器221和副减速器222。主减速器221的输入端与转向电机相连，输出轴与副减速器的输入齿轮相连，副减速器的输出端与转轴相连。主减速器的输出轴两端均伸至主减速器外，顶端外设强磁钢套24并在转向电机下对应位置处设有角度传感器25，以便控制转向角度。副减速器222的外壳包括上壳和下壳，上壳外缘设有一圈凹槽，下壳外缘设有相匹配的凸起，上壳和下壳通过凹槽与凸起的配合提高安装精度。转轴23为阶梯轴，转轴的顶端设有外凸的四个卡爪231，副减速器的输出齿轮内设四个卡槽，转轴以其顶端与副减速器相连，卡爪伸至卡槽内并填塞八只减震胶垫26，可以承受正反转两个方向冲击，防止撞击时导致齿轮损坏。转轴以其底部与减震支架通过穿过连接孔的螺栓相连。

主减速器的输出轴下端与副减速器的输入齿轮采用d型孔轴配合安装。输出端，转轴与输出齿轮之间沿轴向依次设有小深沟球轴承，推力球轴承，大深沟球轴承，三个轴承安装在副减速器上壳和下壳组成的腔体内。转轴为一个阶梯轴，推力球轴承安装在齿圈上方，主要承受轴向力，大深沟球轴承，和小深沟球轴承安装在输出轴两端，承受径向力，使输出轴始终保持竖着。

相较于现有舵轮而言，本发明将各部件集成为一体，可适用于各类自动移动设备。将驱动电机采用轮毂电机，集成为一体，结构简单可靠，防护性好，无齿轮传动，在冲击和紧急加减速环境下不会出现齿轮损坏。转向模块采用支撑结构，转向电机和角度传感器一体式布置，体积较小，控制简单。转轴与减速机构之间的支撑采用组合轴承设计，承载力强，横向尺寸小，间隙小，虚位角度小。布置有减震器，相比于其它无减震舵轮或带减震的机器人底盘，在整个舵轮外部增加减震系统，具有体积小，结构简单，簧下质量小的优点，并在转轴与输出齿轮之间设置有减震胶垫，能够起到缓冲的作用，用于吸收地面障碍撞击带来的冲击，使舵轮能适应各种路面。