一种独立转向轮式智能电力的转向系统的制作方法

本实用新型涉及智能巡检领域，具体涉及一种独立转向轮式智能电力的转向系统。

背景技术：

智能巡检机器人主要应用于室内外变电站代替巡视人员进行巡视检查，完成变电站巡检中遇到的急、难、险、重和重复性工作。智能巡检机器人可以就变电站检测需求配置系统所需要的传感器，及时获取设备运行状态、环境信息、设备故障信息等，构建变电站整体运行信息，在数据量化的基础上，实现运维智能化。智能巡检机器人携带红外热像仪、可见光CCD等有关的电站设备检测装置，以自主和遥控的方式，代替人力对室外高压设备进行巡测，可以及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题如异物、损伤、发热、漏油等，给运行人员提供诊断电力设备运行中的事故隐患和故障先兆的有关数据。智能巡检机器人需要巡检变电站的各个角落，而变电站普遍存在设备数量多、密度大；巡检道路偏窄；道路路况复杂等问题，智能巡检机器人的转向须灵活、转弯半径需很小。

公开号为CN207089493U的中国专利公开了一种带有独立转向系统的巡检机器人，包括巡检小车，巡检小车下方设有四个车轮；每个车轮均带有一独立转向系统，独立转向系统分为转向组件、转臂和驱动组件，转向组件和驱动组件通过转臂相连；转向组件包括转向电机、谐波减速器，转向电机安装在巡检小车上，转向电机和谐波减速器同轴连接，谐波减速器的输出端连接转臂上端；驱动组件包括驱动电机和行星减速机，驱动电机安装在转臂下端，驱动电机、行星减速机和车轮中心同轴连接。该方案采用四轮转向的转向方式，对每个车轮均设置了转向驱动系统，使得每个车轮均可进行独立的转向和移动。

上述巡检机器人的转向系统通过驱动轮之间的差速实现转向，其存在以下问题：1)转向时对于车轮的损耗很大，使用时会极大的增加换车轮的成本；2)转弯半径大，变电站内电气设备较多，空间狭窄，巡检机器人在转向时很容易与设备发生碰撞，会导致设备的损坏。现有技术还有采用机械连杆传动多个驱动轮的方式实现转向的方法，但是其机构复杂，会增大巡检机器人的整体尺寸。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种独立转向轮式智能电力的转向系统，能避免现有转向系统的转向半径大，轮胎易磨损，转向机构结构复杂占用空间较大的问题。

本实用新型提供的基础方案为：一种独立转向轮式智能电力的转向系统，包括：

轮组，包括若干车轮；

轮组驱动装置，用于驱动轮组的车轮转动；

独立转向机构，分别驱动轮组的车轮独立完成任意角度的原地转动；

中央处理单元，用于控制轮组驱动装置和独立转向机构工作。

本实用新型的有益效果：本方案的车轮独立推杆转向系统，使车轮独立完成任意角度的原地转动，极大的提高了巡检机器人的灵活性，解决了现有巡检机器人的转向半径大，轮胎易磨损，转向机构结构复杂占用空间较大的问题。

进一步，还包括：模式切换单元，用于切换并发出行驶信号。

进一步，模式切换单元包括直线行驶模块、转向行驶模块、原地转向行驶模块和斜行行驶模块，分别用于向发出直线行驶信号、转向形式信号、原地转向形式信号和斜行行驶信号。

有益效果：1)在一些空间极为狭窄，且需要调整位姿时，本方案的巡检机器人的车轮独立推杆转向系统使机器人在原地绕着自身的中心完成旋转，可以达到全向、全姿态、零半径转弯。2)遇到及其狭窄的道路(巡检机器人正向无法通过)，可采用斜行行驶使巡检机器人横向通过道路，行驶方式多样，行驶灵活，受空间限止少，有利于日常的巡检工作。

进一步，独立转向机构包括安装在底盘上的推杆电机、与推杆电机输出轴连接的转向止旋支座、转向横拉杆、悬挂摆臂支撑架和与悬挂摆臂支撑架固定连接的车轮安装座；转向横拉杆的第一端设有第一连接件，转向横拉杆第二端设有第二球连接件，转向横拉杆通过第一连接件与转向止旋支座铰接，转向横拉杆通过第二连接件与悬挂摆臂支撑架铰接。

有益效果：独立转向机构控制推杆电机的工作，推杆电机的输出轴的横向动力向左推动转向止旋支座运动，转向止旋支座通过第一连接件和第二连接件依次带动转向横拉杆、悬挂摆臂支撑架和车轮安装座做任意角度的转动，车轮也能实现原地任意角度的转动。推杆电机输出轴运动的距离对应着车轮特定角度的原地转动。

进一步，第一连接件包括与转向止旋支座固定连接第一球枝和与转向横拉杆第一端固定连接的第一球座，第一球枝和第一球座球铰接；第二连接件包括与悬挂摆臂支撑架固定连接第二球枝和与转向横拉杆第二端固定连接的第二球座，第二球枝和第二球座球铰接。

有益效果：球铰接与螺栓铰接和合页铰接等铰接方式相比，优点在于连接不在同一直线上的转动横拉杆与转向止旋支座和悬挂摆臂支撑架，在夹角和距离经常变化的情况下，仍能可靠地传递动力。

进一步，独立转向机构还包括与底盘固定连接的直线轴承和与转向止旋支座固定连接的导向杆，直线轴承与推杆电机平行设置，导向杆与直线轴承的内侧壁滑动配合。

有益效果：转向止旋支座能带动导向杆在直线轴承内滑动，导向杆能使转向止旋支座保持水平运动。

进一步，转向横拉杆的长度可自由调节。

有益效果：通过调节转向横拉杆的长度实现对轮组的车轮转动角度的调节，有利于对转向机构的转向精度进行调整。

附图说明

图1为本实用新型实施例中独立转向轮式智能电力的转向系统的模块示意图；

图2为本实用新型实施例中车轮独立推杆转向系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中轮组原地转向行驶时的俯视图；

图4为本实用新型实施例中轮组斜行行驶时的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：底盘1、安装室111、推杆电机2、直线轴承31、导向杆32、转向止旋支座4、第一球枝51、第一球座52、第二球枝53、第二球座54、转向横拉杆6、悬挂摆臂支撑架7、车轮安装座8、左前轮101、右前轮102、左后轮103、右后轮104。

如图1所示：一种独立转向轮式智能电力的转向系统，包括中央控制单元、轮组驱动装置、独立转向机构和独立转向单元。还包括为转向系统供电的电源，电源为贝士特的移动电源。

模式切换模块，用于切换并发出轮组的行驶信号，包括直线行驶模块、转向行驶模块、原地转向行驶模块和斜行行驶模块，分别用于向中央处理模块发送直线行驶信号、转向形式信号、原地转向形式信号和斜行行驶信号。模式切换模块通过现有的程序来切换行驶信号。

中央控制单元，用于控制动力装置和独立转向单元的工作，本实施例中采用Arduino UNO R3控制板。

轮组，包括四个车轮，分别为左前轮101、右前轮102、左后轮103和右后轮104；每个车轮安装有一个车轮独立推杆转向机构。

独立转向机构，用于带动轮组的四个车轮分别独立完成任意角度的原地转动；包括用于驱动左前轮101的第一独立转向机构、用于驱动右前轮102的第二独立转向机构、用于驱动左后轮103的第三独立转向机构和用于驱动右后轮104的第四独立转向机构。

轮组驱动装置，用于驱动轮组四个车轮旋转。本实施例中轮组驱动装置采用Bosch的GSR14.4-2-LI型直流马达。

轮组驱动单元，受控制单元的控制，用于驱动轮组电机工作，轮组驱动单元通过现有的控制程序来控制轮组电机工作，本实施例中采用Berica的JJ263型电动车中的轮组驱动模块

独立转向单元，用于驱动独立转向机构动作，包括用于驱动第一独立转向机构的第一独立转向模块、用于驱动第二独立转向机构的第二独立转向模块、用于驱动第三独立转向机构的第三独立转向模块和用于驱动四独立转向机构的第四独立转向模块。

如图2所示：独立转向机构包括，包括固定安装在底盘1上的安装室111，安装室111内安装有推杆电机2、直线轴承31和导向杆32。推杆电机2机体垂直且固定安装于底盘1上，推杆电机2的输出轴贯穿安装室111且位于底盘1的左侧。直线轴承31固定安装于底盘1上且与推杆电机2平行设置。导向杆32位于直线轴承31内部且与直线轴承31内侧壁滑动配合，导向杆32的左端贯穿安装室111且位于底盘1的左侧，导向杆32的左端与推杆电机2的输出轴位于同一纵截面上。

独立转向机构还包括转向止旋支座4、悬挂摆臂支撑架7和转向横拉杆6。转向止旋支座4的上端与推杆电机2的输出轴垂直且固定连接，转向止旋支座4的下端与导向杆32的左端垂直且固定连接，转向止旋支座4上还固定安装有第一球枝51。悬挂摆臂支撑架7固定安装有用于安装车轮的车轮安装座8；悬挂摆臂支撑架7的右端还固定安装有第二球枝53。转向横拉杆6的右端焊接固定有第一球座52，转向横拉杆6的左端焊接固定有第二球座54，第一球座52与第一球枝51球铰接，第二球座54与第二球枝53球铰接。本实施例中，推杆电机2采用龙翔的DTL一拖一型推杆电机。

本实施例的工作过程：

1)正常行驶

模式控制单元发送直线行驶信号给中央控制单元，中央控制单元控制轮组驱动装置，轮组驱动装置带动轮组的车轮旋转，实现巡检机器人的行驶。

2)转向行驶

模式控制单元发送转向行驶信号给中央控制单元，中央控制单元发出转向行驶命令给独立转向单元和轮组驱动单元，通过控制独立转向机构和轮组驱动装置工作实现巡检机器人的转向行驶：独立转向机构带动轮组的车轮完成任意角度的转动，轮组驱动装置带动轮组的车轮旋转。

独立转向机构的工作过程：控制推杆电机2的工作，推杆电机2的输出轴的横向动力向左推动转向止旋支座4水平运动，转向止旋支座4能带动导向杆32在直线轴承31内滑动，导向杆32能使转向止旋支座4保持水平运动。转向止旋支座4运动时，通过第一球枝51、第一球座52、第二球枝53和第二球座54依次带动转向横拉杆6、悬挂摆臂支撑架7和车轮安装座8做任意角度的转动，车轮也能实现原地任意角度的转动。推杆电机2输出轴运动的距离对应着车轮特定角度的原地转动。

本实施例中的巡检机器人除了能实现普通的转向行驶之外，还能完成原地转向行驶和斜行行驶。

原地转向：模式控制单元发送原地转向行驶信号给中央控制单元，中央控制单元控制车轮转向到如图3所示的位置：控制左前轮101的第一车轮独立推杆转向系统动作，使左前轮101沿顺时针方向转动到与横轴线的夹角为45度的位置；控制右前轮102的第二车轮独立推杆转向系统动作，使右前轮102沿逆时针方向转动到与横轴线的夹角为45度的位置；控制左后轮103的第三车轮独立推杆转向系统动作，使左后轮103沿逆时针方向转动到与横轴线的夹角为45度的位置；控制右后轮104的第四车轮独立推杆转向系统动作，使右后轮104沿顺时针方向转动到与横轴线的夹角为45度的位置。中央控制单元控制轮组驱动装置驱动车轮旋转，实现原地转向行驶。

斜行行驶：模式控制单元发送原地转向行驶信号给中央控制单元，以向左蟹行为例(向右蟹行远离相同)中央控制单元控制车轮转向到如图4所示的位置：控制左前轮101的第一车轮独立推杆转向系统动作，使左前轮101沿逆时针方向转动到与横轴线平行的位置；控制右前轮102的第二车轮独立推杆转向系统动作，使右前轮102沿逆时针方向到与横轴线平行的位置；控制左后轮103的第三车轮独立推杆转向系统动作，使左后轮103沿逆时针方向转动到与横轴线平行的位置；控制右后轮104的第四车轮独立推杆转向系统动作，使右后轮104沿逆时针方向转动到与横轴线平行的位置。中央控制单元控制轮组驱动装置驱动车轮旋转，实现斜行行驶。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。