一种新型差分舵轮轮系结构及其全向移动底盘

1.本实用新型涉及全向移动底盘技术领域，具体为一种新型差分舵轮轮系结构及其全向移动底盘。


背景技术：

2.全向移动底盘相当于一台轮式机器人的腿与脚，其性能完全决定了机器人的运动能力。全向移动平台首先要能够实现全方位的移动，以保证机器人的灵活性；其次要根据不同情况对最高速度、最大加减速度、跑动精度等参数进行选择。在机器人自动取发球比赛中，赛道的路径为两个长直道加一个弯道，且要进行多次取球流程，需要频繁地进行加减速运动，因此加减速度就成了比最高速度更为重要的一个跑动参数。因此需要根据比赛的需求对全向移动平台进行选型以及设计。
3.基于三轮独立全向移动平台的自动机器人的全向移动底盘，目前此类研究很少，市面上较为常见的底盘也有着诸多不足之处，如质量体积较大、价格昂贵、参数调整较为单一、一致性不好等。常规的全向移动地方分为有以下几类：
4.(1)竖直舵轮轮系
5.此种舵轮轮系通常采用舵电机外置，轮电机上置的布置模式，这种布置的好处是整体结构十分紧凑，便于整体封装。但缺点是结构复杂，在竖直方向上占用空间较大，而且所需的加工件较多，加工成本高且对加工精度的要求较高。目前robocon赛事中使用舵轮的学校采用的多为此种设计思路。
6.(2)行星减速舵轮轮系
7.行星减速舵轮轮系的设计思路为将轮电机内置于轮胎内，成为轮胎电机，需要的减速比则通过电机连接小模数的行星减速齿轮组来实现。舵电机则可根据实际需要设计为内置或外置。这种设计的好处是极大压缩了竖直方向上的空间，而且为轮电机提供了更大的减速比，可使轮系动力更为充足。但这种设计整体轮系会较宽，而且轮径较大导致配套加工件尺寸均较大，最终轮系质量会较重。
8.(3)差分式舵轮轮系
9.上述两种轮系的设计方案所共同存在的一个重大缺陷就是轮系绕线情况严重，由于舵电机的布置方式，其相当于始终在绕着轮系中心做旋转运动，这会导致电机的三相线在转动多圈后发生明显的缠绕现象。若不及时处理，甚至可能会卡死轮子的转动情况。这不仅为轮系的可靠性带来了极大的影响，而且会影响到控制方案的构建，若采用上述两种轮系则必须控制轮系不能朝同向转动过多圈数。
10.因此，为了解决这一问题，本技术开发了一种全新的差分式舵轮轮系，其不仅可以兼容上述两种轮系的优点，同时可以解决传统舵轮轮系最大的绕线问题。


技术实现要素：

11.本实用新型为了解决现有技术的舵轮轮系结构复杂、占用空间大、较难处理绕线
问题，提供一种新型差分舵轮轮系结构及其全向移动底盘。
12.本实用新型通过下述技术方案实现：
13.一种新型差分舵轮轮系结构，包括底部中空的外壳、舵电机、轮电机、第一回转组件、第二回转组件、支撑座和导轮组，在所述外壳内顶部并排设置有舵电机和轮电机，所述舵电机和所述轮电机的输出轴均垂直于地面设置，在所述外壳内顶部安装有第一回转组件和第二回转组件，所述第二回转组件设置于第一回转组件内，所述支撑座安装于所述第一回转组件底部，所述导轮组安装于支撑座内，所述第二回转组件通过齿轮传动组传动连接导轮组，所述舵电机驱动第一回转组件回转，所述轮电机驱动第二回转组件回转。
14.通过舵电机驱动第一回转组件使得导轮组实现转向的功能，通过轮电机驱动第二回转组件使得导轮组实现移动的功能，通过并排设置与回转组件的结合，使得轮系结构得到充分的利用，并且能够有效的完成驱动效果。
15.作为本实用新型的一种优选方案：所述第一回转组件包括第一回转支承、舵内齿圈和舵小齿轮，所述第一回转支承的外圈固定安装于外壳内，所述第一回转支承的内环内安装有所述舵内齿圈，所述舵小齿轮套设于所述舵电机的输出轴上，所述舵内齿圈和所述舵小齿轮啮合，通过所述舵电机自转带动所述舵内齿圈回转。
16.第一回转组件作为传动组件，用于衔接舵电机与支撑座，完成支撑座内的导轮组转向。
17.作为本实用新型的一种优选方案：所述第二回转组件包括第二回转支承、轮内齿圈和轮小齿轮，所述第二回转支承的外圈固定安装于支撑座内，所述第二回转支承的内环内安装有所述轮内齿圈，所述轮小齿轮套设于所述轮电机的输出轴上，所述轮内齿圈和所述轮小齿轮啮合，通过所述轮电机自转带动所述轮内齿圈回转。
18.作为本实用新型的一种优选方案：所述齿轮传动组包括大锥齿轮和小锥齿轮，所述大锥齿轮和所述小锥齿轮啮合，所述大锥齿轮安装于所述第二回转组件底部，所述小锥齿轮与所述导轮组同轴连接。
19.第二回转支承和齿轮传动组一并作为另一组传动组件，用于衔接轮电机和导轮组，完成导轮组的移动。
20.作为本实用新型的一种优选方案：所述导轮组包括轮轴和导轮，所述轮轴横向设置于所述支撑座内，并与之转动连接，所述导轮套设于所述轮轴上。
21.作为本实用新型的一种优选方案：外壳由顶盖、上层外框和下层外框组成。
22.顶盖用于封顶，电机组件置于上层外框内，回转组件置于下层外框内，能够实现分段式组件及拆解，便于安装于维修。
23.一种具有新型差分舵轮轮系结构的全向移动底盘，包括底盘，所述底盘上具有安装空位，在所述底盘的安装空位内安装有上述的舵轮轮系结构。
24.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
25.在传统的舵轮轮系上做出了结构上的较大改进，轮电机不再采用减速电机直接驱动或者航模电机配直齿轮减速比来驱动，而是采用了直齿轮加锥齿轮的形式，将轮电机的安装位置脱离轮系的转动部分，避免缠线的问题，提升了轮系在控制上的调试上限，有效的优化使用空间，提升使用效果。
26.本技术中所新开发的差分舵轮式全向移动底盘具有良好的跑动性能，且具有突破
性，其通过锥齿轮实现的无绕线舵轮系设计可以为agv小车的底盘结构设计提供了新的思路。综上所述，本技术具有较为广阔的市场前景。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
28.图1为本实用新型结构剖视图；
29.图中：底盘1、外壳2、舵电机3、轮电机4、第一回转组件5、第一回转支承51、舵内齿圈52、舵小齿轮53、第二回转组件6、第二回转支承61、轮内齿圈62、轮小齿轮63、支撑座7、齿轮传动组8、大锥齿轮81、小锥齿轮82、导轮组9、轮轴91、导轮92。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例
31.如图1所示，一种新型差分舵轮轮系结构，包括底部中空的外壳2、舵电机3、轮电机4、第一回转组件5、第二回转组件6、支撑座7和导轮组9，在所述外壳2内顶部并排设置有舵电机3和轮电机4，所述舵电机3和所述轮电机4的输出轴均垂直于地面设置，在所述外壳2内顶部安装有第一回转组件5和第二回转组件6，所述第二回转组件6设置于第一回转组件5内，所述支撑座7安装于所述第一回转组件5底部，所述导轮组9安装于支撑座7内，所述第二回转组件6通过齿轮传动组8传动连接导轮组9，所述舵电机3驱动第一回转组件5回转，所述轮电机4驱动第二回转组件6回转。
32.需要说明的是第一回转组件5固定安装于外壳2内壁，支撑座7与第一回转组件5的回转部分连接，由舵电机3带动支撑座7的转向，从而控制导轮组9的转向，第二回转组件6与齿轮传动组8用于控制导轮组9的移动。
33.在本实用新型的一个实施例中，所述第一回转组件5包括第一回转支承51、舵内齿圈52和舵小齿轮53，所述第一回转支承51的外圈固定安装于外壳2内，所述第一回转支承51的内环内安装有所述舵内齿圈52，所述舵小齿轮53套设于所述舵电机3的输出轴上，所述舵内齿圈52和所述舵小齿轮53啮合，通过所述舵电机3自转带动所述舵内齿圈回转52。
34.通过在所述舵电机3的输出轴上舵小齿轮53，舵电机3能够传动连接舵内齿圈52，从而使得与舵内齿圈52连接的的支撑座7回转。
35.在本实用新型的一个实施例中，所述第二回转组件6包括第二回转支承61、轮内齿圈62和轮小齿轮63，所述第二回转支承61的外圈固定安装于支撑座7内，所述第二回转支承61的内环内安装有所述轮内齿圈62，所述轮小齿轮63套设于所述轮电机4的输出轴上，所述轮内齿圈62和所述轮小齿轮63啮合，通过所述轮电机4自转带动所述轮内齿圈62回转。
36.在本实用新型的一个实施例中，所述齿轮传动组8包括大锥齿轮81和小锥齿轮82，所述大锥齿轮81和所述小锥齿轮82啮合，所述大锥齿轮81安装于所述第二回转组件6底部，
所述小锥齿轮82与所述导轮组9同轴连接。
37.与第一回转组件5同理，第二回转组件6与齿轮传动组8共同配合，在轮电机4驱动的作用下，第二回转组件6和齿轮传动组8能够带动导轮组9转动。
38.在本实用新型的一个实施例中，所述导轮组9包括轮轴91和导轮92，所述轮轴91横向设置于所述支撑座7内，并与之转动连接，所述导轮92套设于所述轮轴91上。
39.小锥齿轮82安装于轮轴91上，在传动作用下，实现导轮92的移动。
40.在本实用新型的一个实施例中，外壳2由顶盖、上层外框和下层外框组成。
41.外壳2作为三段式结构，上层外框作为电机驱动区，容纳舵电机3和轮电机4，下层外框作为传动区，用于容纳回转支承及导轮组件，通过封装实现了轮和电的分割，在拆卸维修的时候，只需要拆下上层的外壳，就可把电机、磁编以及驱动一起拆下，而不影响下层的轮系运动的机械结构部分，系统的独立性更好，并且外框采用铝合金材质制成，能够有效的保护电机及提升散热能力。
42.一种具有新型差分舵轮轮系结构的全向移动底盘包括底盘1，所述底盘1上具有安装空位，在所述底盘1的安装空位内安装有上述的舵轮轮系结构。
43.作为三轮独立全向移动平台，将新型差分舵轮轮系结构安装于三角底盘上，即可使用。
44.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。