一种自由转动电驱动万向轮的制作方法

1.本实用新型属于驱动轮技术领域，具体涉及一种自由转动电驱动万向轮。


背景技术：

2.普通的医疗平车和电脑椅用的万向轮是利用支撑点偏移轮子轴心正上方，不锁定轮子的方向，拖动时，轮子会自动运动到支撑点之后（相对于运动方向），并且使轮子的指向和运动方向同向，从而顺应平车的主运动方向，达到既能提供轮子支撑，又能顺应车子运动方向的功能。但是要改变万向轮为电动轮，就非常困难，由于支撑点偏离轴心正上方，轮子本身由电机驱动就会造成轮子的转向力矩，如果不能精确控制转向力矩，就会造成轮子指向性转变，从而和主运动方向偏离，进而影响平车的运动，如果加装转向电机带动减速齿轮去控制电动万向轮的方向，一方面增加了成本和降低可靠性，另一方面在转向电机断电时，方向锁定力矩较大，很难实现被动万向轮的功能。
3.为了使得电动万向轮正常工作，需要使用导线来连接万向轮和车体，如果导线直接连接到车体，在万向轮自由转向时，将不可避免的出现导线缠绕问题，反复的发生缠绕，极易造成导线断裂，甚至引发短路。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种自由转动电驱动万向轮，旨在解决现有电动驱动方式的万向轮在使用过程中存在供电导线发生缠绕以及轮组转动不稳定的问题，旨在生产一个能够像普通非电动万向轮一样灵活转向，又能够实现灵活并稳定的电动驱动，并且在使用过程中避免供电导线发生缠绕的电动万向轮，而且还能够在需要时、驱动故障时或电力不足时，不经过特殊转换就恢复被动万向的人力推动方式电驱动万向轮。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种自由转动电驱动万向轮，包括轮桥，所述轮桥的两侧通过平衡机构安装有两个电动轮组成的轮组，所述轮桥顶部通过嵌设偏心的第一轴承转动连接有连杆外套，所述第一轴承的内部固定套接有连杆，所述连杆的外侧安装有通讯导电部和供电导电部，所述连杆的顶端安装有用于万向轮转动反馈的角度传感器，所述轮桥的内部安装有驱动控制板，所述驱动控制板集成有通讯模块、控制模块和电机驱动模块，所述轮桥的内部安装设有用于轮组行进感知轮组的旋转加速度和直线加速度的电子陀螺仪。
6.为了使得增加连杆外套与连杆连接的防水密封性，作为本实用新型一种优选方案：所述第一轴承与连杆外套的套接处安装有起到密封作用的密封圈。
7.为了使得对驱动控制板进行安装，作为本实用新型一种优选方案：所述轮桥的内部安装有控制板安装板，所述驱动控制板安装于控制板安装板的顶部，且驱动控制板的外部包覆有防水套。
8.为了使得通过第二轴承稳定的连接连杆和外套的，作为本实用新型一种优选方案：所述连杆外套的内部安装有第二轴承，所述第二轴承的内圈套设于连杆的外部，所述角
度传感器的输入轴与连杆外套的顶部顶端固定连接，所述连杆外套的内部还固定设有与通讯导电部和供电导电部位置相对并适配的通讯导电电刷和供电导电电刷或初级线圈，所述通讯导电部和供电导电部可为套接在连杆外部的环状电极或次级线圈，所述连杆外套的外部还固定设有固定耳，所述固定耳的表面开设有多个安装孔。
9.为了使得对万向轮进行控制，作为本实用新型一种优选方案：所述通讯导电部通过导线穿过连杆与通讯模块电性连接，所述供电导电部通过导线与电机驱动模块、角度传感器和电子陀螺仪电性连接，所述电机驱动模块与轮组的电机电性连接，根据需要，控制板可控制两个无刷电机轮同步运动，也可控制两个无刷电机轮差速运动，从而实现万向轮的主动直线运行和主动转向运行。
10.为了使得增加万向轮的使用寿命和保证轮组电机的输出功率，作为本实用新型一种优选方案：所述轮组为无刷电机轮，并且选用断电后转动阻力小的电机，以利于人力推动时省力，两个所述无刷电机轮的安装端通过置于轮桥内部的轮轴连接。
11.为了使得两个轮子转动时能够在相对不平整的地面运行时，保持两轮的同时抓地，作为本实用新型一种优选方案：所述平衡机构包括与轮轴中部开槽穿插连接的平衡杆，所述平衡杆的外部安装有两个分别与轮轴两侧相贴合的限位卡块，所述平衡杆为中空杆体，且所述平衡杆的一端与连杆的底端固定连接。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.1）连杆在外套内的转动配合，使电动轮组中心轴绕连杆轴线进行偏心转动，使得万向轮在使用过程中具备保持灵活的被动转向功能，其中万向轮内部的供电和通讯电线经中空的连杆内部通过，并在连杆和轮桥连接部引出，再和控制板连接，由于轮桥和连杆是随动的，而且万向轮的通讯导电部以及供电导电部可以选用环状电极或者次级线圈，所以不会有导线缠绕以及导线断裂的问题，确保万向轮可以正常使用，在角度传感器和电子陀螺仪的协调和控制板的作用下，万向轮接收外部传输的指向和速度指令进行转向和调速并稳定指向和速度，实现省力并稳定的电驱动；
14.2）通过设置的平衡机构，使得轮组的两个电机轮在崎岖不平的路面上行进时进行上下平衡调节，保障万向轮稳定转动的同时，保持两个轮子同时着地，没有任何一个空转，确保万向轮可以正常转向；
15.3）通过设置的电子陀螺仪，可以检测电机轮的旋转加速度和直线加速度，可以快速确定电机轮的静止位置和调整电机轮的活动位置，并利用通讯模块与控制终端（车体的控制中心、手机、平板电脑等）建立通信，实现对万向轮的精准驱动控制。
附图说明
16.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
17.图1为本实用新型的实施例1结构示意图；
18.图2为本实用新型的实施例1的连杆外套结构示意图；
19.图3为本实用新型的实施例1的连杆结构示意图；
20.图4为本实用新型的实施例1的控制板安装板结构示意图；
21.图5为本实用新型的实施例1的无刷电机轮结构示意图；
22.图6为本实用新型的实施例1的轮桥内部结构示意图；
23.图7为本实用新型的实施例2结构示意图；
24.图8为本实用新型的实施例3结构示意图。
25.图中：1、轮桥；11、第一轴承；12、控制板安装板；13、轮轴；14、电机安装位；2、连杆；21、通讯导电部；22、供电导电部；23、密封圈；3、轮组；31、无刷电机轮；32、减速电机轮；4、角度传感器；5、驱动控制板；6、陀螺仪；7、平衡机构；71、平衡杆；72、限位卡块；73、支撑板；74、连接滑杆；75、复位弹簧；8、连杆外套；81、第二轴承；82、通讯导电电刷；83、供电导电电刷；84、固定耳。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.实施例1
28.请参阅图1-6，本实用新型提供以下技术方案：一种自由转动电驱动万向轮，包括轮桥1，轮桥1的两侧通过平衡机构7安装有两个电动轮组成的轮组3，轮桥1顶部通过嵌设偏心的第一轴承11转动连接有连杆外套8，第一轴承11的内部固定套接有连杆2，连杆2的外侧安装有通讯导电部21和供电导电部22或次级线圈，连杆2的顶端安装有用于万向轮转动反馈的角度传感器4，轮桥1的内部安装有驱动控制板5，驱动控制板5集成有通讯模块、控制模块和电机驱动模块，轮桥1的内部安装设有用于轮组3行进感知轮组的旋转加速度和直线加速度的电子陀螺仪6，其中两轮的轴连线和连杆的中轴线不在一个平面上，组成偏心结构，保持一定的距离，这个距离是产生被动转动的力臂。
29.在本实施例中：第一轴承11与连杆外套8的套接处安装有起到密封作用的密封圈23。
30.具体的，通过在连杆外套8的内部安装密封圈23，在不影响连杆外套8与第一轴承11进行转动连接的同时，增加连杆外套8与连杆2连接的密封防水性。
31.在本实施例中：轮桥1的内部安装有控制板安装板12，驱动控制板5安装于控制板安装板12的顶部，且驱动控制板5的外部包覆有防水套。
32.具体的，通过设置的控制板安装板12可以对驱动控制板5进行更好的安装固定，防止万向轮行进产生振动使驱动控制板5在轮桥1内发生偏移移位。
33.在本实施例中：连杆外套8的内部安装有第二轴承81，第二轴承81的内圈套设于连杆2的外部，角度传感器4的输入轴与连杆外套8的顶部顶端固定连接，连杆外套8的内部还固定设有与通讯导电部21和供电导电部22位置相对并适配的通讯导电电刷82和供电导电电刷83或初级线圈和次级线圈配合，用于无线供电和无线通讯，通讯导电部21和供电导电部22可为套接在连杆2外部的环状电极或次级线圈，连杆外套8的外部还固定设有固定耳84，固定耳84的表面开设有多个安装孔。
34.具体的，当通讯导电部21和供电导电部22为环状电极时，通过通讯导电电刷82和供电导电电刷83与通讯导电部21和供电导电部22相接触，实现对通讯模的供电以及驱动控
制板5和电子陀螺仪6的供电；
35.当通讯导电部21和供电导电部22为带磁芯的次级线圈时，通讯导电电刷82和供电导电电刷83则为安装在连杆外套8内部的初级线圈，并且初级线圈与次级线圈同轴设置，实现传导大功率的电能，同时在轮桥1可以安装适配次级线圈的储能器，其中储能器可为电池或电容器。
36.通过设置的固定耳84配合螺杆可以实现万向轮与车体的安装，当然为了增加安装车体的整体结构强度，连杆外套8也可为车体上的适配筒状结构。
37.在本实施例中：通讯导电部21通过导线穿过连杆2与通讯模块电性连接，供电导电部22通过导线与电机驱动模块、角度传感器4和电子陀螺仪6电性连接，电机驱动模块与轮组3的电机电性连接。
38.具体的，利用电子陀螺仪6可以检测电动轮的旋转加速度以及直线加速度的，实现对电动轮的静止位置进行确定以及实现对电动轮的活动位置进行调整，角度传感器4可以对轮组3行进过程中的转动角度进行检测，实现对万向轮行进转弯的控制。
39.在本实施例中：轮组3为无刷电机轮31，两个无刷电机轮31的安装端通过置于轮桥1内部的轮轴13连接。
40.具体的，采用无刷电机轮31可以保证轮组3具有较大的输出功率时，同时无刷电机轮31使用寿命长，可以提高万向轮的整体使用寿命。
41.在本实施例中：平衡机构7包括与轮轴13中部开槽穿插连接的平衡杆71，平衡杆71的外部安装有两个分别与轮轴13两侧相贴合的限位卡块72，平衡杆71为中空杆体，且平衡杆71的一端与连杆2的底端固定连接。
42.具体的，通过设置的中空结构平衡杆71，在不影响万向轮内部电线正常穿线走线的同时，与轮轴13中部开槽进行配合，使得无刷电机轮31行进在不平的道路上时，确保两个无刷电机轮31可以上下摆动，并正常与地面接触，防止无刷电机轮31发生空转影响万向轮的正常转向控制，另外通过设置的限位卡块72可以防止轮轴13从平衡杆71上滑落。
43.当然，当然也可以直接在轮轴13的内部安装一轴承，利用轴承套在平衡杆71的外部后对无刷电机轮31进行安装，无刷电机轮31在行进时，也可以利用平衡杆71与轮轴13的微转动平衡两轮的高低。
44.而且还可以用法兰固定片进行连接，只要可以满足两个轮子的轴心同轴并使两个轮子的距离合适就行。
45.其中，轮组3的单个电机功率20w-1000w。
46.具体的，小功率的电机使得该万向轮可以适用在送病人的平车，轮椅上使用，当然也适用于超市的购物车等，大功率的电机，使得该万向轮可以适用在仓库码头的推送车以及输送车上使用。
47.具体使用时，将万向轮安装在车体上后，通讯导电电刷82和供电导电电刷83与车载的供电电池进行供电连接。
48.万向轮可以和专用的遥控器或安装有相应app的手机等智能便携设备与通讯模块建立连接，角度传感器4可以对轮组3行进过程中的转动角度信息传输到控制设备上，电子陀螺仪6可以将检测到的电动轮的旋转加速度信息以及直线加速度信息传输到控制设备上，通过操控设备以调整电动轮的行进，转向等控制。
49.实施例2
50.请参阅图7，本实施例较于实施例1的区别技术特征为：其中平衡机构7包括固定安装于轮桥1内部的支撑板73，支撑板73的两侧均固定安装两根连接滑杆74，位于同侧的两根连接滑杆74上均滑动套接一轮轴13，轮轴13的顶部设有套设于连接滑杆74外部的复位弹簧75，两个轮轴13分别与两个无刷电机轮31固定连接。
51.具体的，由于偏心的万向轮具有方向不稳定性的特征，在电驱动万向轮处于电机驱动的主动运行状态时，如果不能检测到其运行的角度并加以控制，将不能控制其准确运动，所以首先通过角度传感器4可以对万向轮的启动前角度进行感应，其中角度传感器4可以采用可变电阻式角度感应器或磁性角度感应器，一般来说，可变电阻式感应器成本比较低，寿命较短，可靠性较低，磁性角度感应器械成本稍高，寿命较长，可靠性更高，两种都可以选择。除了上述两个角度感受器，从更高可靠性和可控性出，在万向轮上增加电子陀螺仪6配合控制和稳定万向轮的运动方向和速率。
52.在控制设备输入的运动方向信号传输到驱动控制板5上的通讯模块内时，驱动控制板5的处理器对比输入的运动方向和角度感应器的角度差异，经处理后向两个电动轮输出差速驱动，万向轮的运动指向就改变，直到万向轮的运动指向和输入的运动方向讯号一致，处理器输出的差速讯号为零，万向轮停止转向，并稳定在此运动指向上，此过程会不断的重复，各种方向的偏差都可得到及时有效的修正。
53.万向轮行进在不平的地面上是，两个无刷电机轮31连接的轮轴13可以在连接滑杆74上下摆动，并正常与地面接触，同样的可以防止无刷电机轮31发生空转影响万向轮的正常转向控制，另外通过设置的复位弹簧75可以使得轮轴13进行快速复位，进一步增加无刷电机轮31行进的稳定性。
54.实施例3
55.请参阅图8，本实施例较于实施例1-2的区别技术特征为：轮桥1的中部设有电机安装位14，轮桥1的两侧均设有减速电机轮32，其中减速电机轮32的电机安装于电机安装位14内部。
56.具体的，可以根据万向轮的使用需要，可以选用减速电机轮32作为驱动轮，同样可以实现车体的驱动需要，增加该万向轮的适用性。
57.还应补充说明的是：轮桥1的底部开口处设置一密封塞，将密封塞打开后可以对轮桥1使用过程中进入的水体进行排放，同时密封塞在一定程度上可以防止水体进入到轮桥1的内部。
58.当然也可以将驱动控制板5安装于电机安装位14的中部，同样的可以实现对驱动控制板5的安装。
59.另外最后一项补充说明的是：由于电池的高能量密度的进步，小型化的电池可以安装在本实用新型的轮组3中，对轮组3的转向的影响可以接受，带来的好处是降低传输的损失和可增加可靠性，没有电刷，降低损耗，不用无线供电，降低损耗也提高可靠性。
60.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。