專利名稱：采用電感角位移測量反饋的輪邊驅(qū)動全向輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全向輪，尤其涉及一種采用電感角位移測量反饋的輪邊驅(qū)動全向 輪。
背景技術(shù)：
近年來，隨著移動機器人學(xué)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得移動機器人在很多行業(yè)的應(yīng) 用逐漸深入和拓寬。在平面上移動的物體可以實現(xiàn)前后、左右和自轉(zhuǎn)3個自由度的運動稱 為全方位移動機器人。其不僅可以在任意方向上移動，并且保持本體姿態(tài)不變.，也可以像 普通車輛那樣改變機體方位。目前全向移動已經(jīng)被應(yīng)用在各個領(lǐng)域。工業(yè)方向主要是為全 方位的工業(yè)品傳輸系統(tǒng)和工廠的全方位叉車，工作環(huán)境較為理想。實驗室運用全向運動，主 要是完成環(huán)境探索，機器人導(dǎo)航定位等方面的研究。全向輪的獨特性能賦予了它巨大的科 學(xué)研究價值和商業(yè)價值，應(yīng)用最為廣泛的全方位移動機構(gòu)有兩種全輪偏轉(zhuǎn)式全方位移動 機構(gòu)(全向輪)和麥卡納姆輪。全方位輪是在普通的四輪基礎(chǔ)上，增加一套偏轉(zhuǎn)裝置，使車 輪可以全方位旋轉(zhuǎn)。因此，結(jié)構(gòu)簡單可靠，還可以模擬普通四輪機構(gòu)的運行狀態(tài)，而麥卡納 姆輪是在車輪的輪轂外緣按一定傾斜方向均勻分布多個被動的輥子，它操作靈活，反應(yīng)迅 速，但是對加工設(shè)計提出很高的要求
然而，全向輪與麥卡納姆輪相比，全向輪為實現(xiàn)全向運動而改變輪子的角度，這個角 度測量是一個難題，用目前現(xiàn)有的角度傳感器總是不能有很高的性價比，有的傳感器安裝 空間過大，妨礙了真?zhèn)€系統(tǒng)的運作，有的傳感器精度不夠，使得真?zhèn)€系統(tǒng)部能實現(xiàn)預(yù)定的運 動，有的傳感器價格太高，為了角度夠準確就必須大幅度提高整個系統(tǒng)的成本，這些影響了 全向輪的普及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是全向輪現(xiàn)有轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、角位移測量不準確或 是為了保證角位移測量的準確度付出成本過高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種采用電感角位移測量反饋 的輪邊驅(qū)動全向輪，包括輪軸、套接在輪軸上的輪子、與輪軸連接的換向機構(gòu)、與換向機構(gòu) 連接的舵向電機、位于輪子一側(cè)并與換向機構(gòu)連接的電感角位移傳感器。所述的電感角位 移傳感器包括外殼、貫穿外殼兩端的傳感器轉(zhuǎn)軸、位于外殼內(nèi)的線圈及骨架和磁芯；磁芯與 傳感器轉(zhuǎn)軸連接，線圈及骨架套接在傳感器轉(zhuǎn)軸上，線圈及骨架包括兩個主線圈和兩個次 線圈，磁芯輪廓由兩條對稱的阿基米德螺旋線組成，旋轉(zhuǎn)時其伸入線圈的長度會隨之改變， 且長度變化的大小與轉(zhuǎn)角成正比；所述驅(qū)動電機的輸出軸與輪子的軸線重合，并與輪軸連 接，驅(qū)動輪子旋轉(zhuǎn)；所述舵向電機垂直于輪子軸線，舵向電機通過換向機構(gòu)與輪軸連接，并 驅(qū)動輪子變向。本發(fā)明中，電感角位移傳感器利用差動變壓器原理設(shè)計，當(dāng)換向轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，換向 轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動會帶動傳感器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；磁芯銷連接在傳感器轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)輪子的姿態(tài)有改變，磁芯也會有相應(yīng)的姿態(tài)改變；磁芯的姿態(tài)改變會進一步改變磁芯伸入次線圈的長度，此時，次 線圈的輸出電壓就會改變，根據(jù)兩個次線圈的電壓差來確定輪子當(dāng)前的姿態(tài)，可以控制輪 子的姿態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本結(jié)構(gòu)的電感角位移傳感器具有數(shù)字量傳感器(如編碼器) 的精度，同時其輸出的信號又是模擬量，從而實現(xiàn)任意位置的控制。作為本發(fā)明的一種改進方案，所述傳感器轉(zhuǎn)軸一端還設(shè)有同步帶輪，所述換向機 構(gòu)包括一根換向轉(zhuǎn)軸和兩個角接觸球軸承，換向轉(zhuǎn)軸的下端也設(shè)有同步帶輪，兩同步帶輪 通過同步帶連接，把同步帶輪加工在轉(zhuǎn)軸上，使得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，且減小了傳動部件引 入的誤差。本發(fā)明的優(yōu)點是建構(gòu)簡單緊湊、測量精度高，且可實現(xiàn)對輪子全方位控制。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明換向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明電感角位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明電感角位移傳感器的磁芯輪廓示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明包括輪軸8、套接在輪軸8上的輪子1、與輪軸8連 接的換向機構(gòu)2、與換向機構(gòu)2連接的舵向電機3、位于輪子1 一側(cè)并與換向機構(gòu)2連接的電 感角位移傳感器6 ；電感角位移傳感器6包括外殼65、貫穿外殼65兩端的傳感器轉(zhuǎn)軸64、位 于外殼65內(nèi)的線圈及骨架62和磁芯63 ；磁芯63與傳感器轉(zhuǎn)軸64連接，線圈及骨架62套 接在外殼內(nèi)，線圈及骨架62包括兩個主線圈和兩個次線圈，磁芯63輪廓由兩條對稱的阿基 米德螺旋線組成，旋轉(zhuǎn)時其伸入線圈的長度會隨之改變，且長度變化的大小與轉(zhuǎn)角成正比； 所述驅(qū)動電機7與輪子1的軸線重合，并與輪軸8連接，驅(qū)動輪子1旋轉(zhuǎn)；所述舵向電機3 垂直于輪子1軸線，舵向電機3通過轉(zhuǎn)軸23與輪軸8連接，并驅(qū)動輪子1變向；傳感器轉(zhuǎn)軸 64 一端還設(shè)有同步帶輪61，所述換向機構(gòu)2包括一根換向轉(zhuǎn)軸23和兩個角接觸球軸承，換 向轉(zhuǎn)軸23的下端也設(shè)有同步帶輪61，兩同步帶輪61通過同步帶5連接。工作時，驅(qū)動電機7驅(qū)動輪子1沿地面滾動，即主運動；輪子方向的轉(zhuǎn)動由換向機 構(gòu)2和舵向電機3實現(xiàn)。當(dāng)換向轉(zhuǎn)軸23轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)動會同步帶動傳感器轉(zhuǎn)軸64轉(zhuǎn)動，而 磁芯63是通過銷連接在傳感器轉(zhuǎn)軸64上的，所以只要輪子1的姿態(tài)有改變，傳感器的磁芯 63也會有相應(yīng)的姿態(tài)改變，從而進一步改變磁芯伸入次線圈的長度，此時，次線圈的輸出電 壓就會改變，因此，根據(jù)兩個次線圈的電壓差即可確定輪子當(dāng)前的姿態(tài)，從而可以控制輪子 的姿態(tài)。當(dāng)電感角位移傳感器6檢測到的輪子所處的姿態(tài)后，其將信號傳遞給舵向電機3， 舵向電機3連接換向轉(zhuǎn)軸23，并通過換向轉(zhuǎn)軸23改變輪子1的姿態(tài)，從而實現(xiàn)輪子任意姿 態(tài)的準確控制。
權(quán)利要求
1.一種采用電感角位移測量反饋的輪邊驅(qū)動全向輪，包括輪軸(8)、套接在輪軸(8)上 的輪子(1)、與輪軸(8)連接的換向機構(gòu)(2)、與換向機構(gòu)(2)連接的舵向電機(3)、位于輪子 (1) 一側(cè)并與換向機構(gòu)(2)連接的電感角位移傳感器(6)，其特征在于所述的電感角位移傳感器(6)包括外殼(65)、貫穿外殼(6 兩端的傳感器轉(zhuǎn)軸(64)、 位于外殼(65)內(nèi)的線圈及骨架(62)和磁芯(63);磁芯(63)與傳感器轉(zhuǎn)軸(64)連接，線圈 及骨架(62)套接在傳感器轉(zhuǎn)軸(64)上，線圈及骨架(62)包括兩個主線圈和兩個次線圈， 磁芯(63)輪廓由兩條對稱的阿基米德螺旋線組成，旋轉(zhuǎn)時其伸入線圈的長度會隨之改變， 且長度變化的大小與轉(zhuǎn)角成正比；所述驅(qū)動電機(7)的輸出軸與輪子(1)的軸線重合，并與輪軸(8)連接，驅(qū)動輪子(1) 旋轉(zhuǎn)；所述舵向電機(3)垂直于輪子軸線，舵向電機(3)通過換向機構(gòu)(2)與輪軸(8)連 接，并驅(qū)動輪子(1)變向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用電感角位移測量反饋的輪邊驅(qū)動全向輪，其特征在于， 所述傳感器轉(zhuǎn)軸(64 ) —端還設(shè)有同步帶輪(61)，所述換向機構(gòu)(2 )包括一根換向轉(zhuǎn)軸03) 和兩個角接觸球軸承，換向轉(zhuǎn)軸03)的下端也設(shè)有同步帶輪(61)，兩同步帶輪(61)通過同 步帶(5)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用電感角位移測量反饋的輪邊驅(qū)動全向輪，包括輪軸、套接在輪軸上的輪子、與輪軸連接的換向機構(gòu)、與換向機構(gòu)連接的舵向電機、位于輪子一側(cè)并與換向機構(gòu)連接的電感角位移傳感器。所述的電感角位移傳感器包括外殼、貫穿外殼兩端的傳感器轉(zhuǎn)軸、位于外殼內(nèi)的線圈及骨架和磁芯；磁芯與傳感器轉(zhuǎn)軸連接，線圈及骨架套接在傳感器轉(zhuǎn)軸上，線圈及骨架包括兩個主線圈和兩個次線圈，磁芯輪廓由兩條對稱的阿基米德螺旋線組成，旋轉(zhuǎn)時其伸入線圈的長度會隨之改變，且長度變化的大小與轉(zhuǎn)角成正比；所述驅(qū)動電機的輸出軸與輪子的軸線重合，并與輪軸連接，驅(qū)動輪子旋轉(zhuǎn)；所述舵向電機垂直于輪子軸線，舵向電機通過換向機構(gòu)與輪軸連接，并驅(qū)動輪子變向。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊、測量精度高，且可實現(xiàn)對輪子全方位控制。
文檔編號B60B33/00GK102069678SQ20101059395
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者吳繼平, 王興松 申請人:東南大學(xué)