本實(shí)用新型屬于移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高集成度驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著柔性制造系統(tǒng)和自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)AGV(自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車)機(jī)器人的性能、可靠性和智能化水平提出了更高的要求。AGV機(jī)器人最基本的功能是自主運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)向系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)該功能的關(guān)鍵部件，也是AGV機(jī)器人的核心技術(shù)之一，其性能及可靠性直接決定著AGV機(jī)器人的性能和可靠性。就目前而言，大多數(shù)AGV機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)均采用驅(qū)動(dòng)器+有刷電機(jī)+固定速比減速器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；其中，有刷電機(jī)可靠性較低、體積較大、維護(hù)成本高；驅(qū)動(dòng)器控制有刷電機(jī)精度不高；驅(qū)動(dòng)器和結(jié)構(gòu)本體采用不同公司產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)調(diào)試及使用不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種高集成度的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)，該舵輪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，成本低、可靠性好、控制精度高、噪音小、壽命長(zhǎng)。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為：一種高集成度驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)，包括伺服驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、行星減速器、一級(jí)齒輪減速器、二級(jí)齒輪減速器、限位開關(guān)、舵機(jī)本體的驅(qū)動(dòng)輪及軸承，所述伺服驅(qū)動(dòng)器分別與驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)向電機(jī)、第一編碼器、第二編碼器連接；

第一編碼器和制動(dòng)器安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸與二級(jí)齒輪減速器相連；二級(jí)齒輪減速器設(shè)置在舵輪本體的齒輪箱內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的殼體固定安裝在舵輪本體的齒輪箱上；

第二編碼器安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)內(nèi)，行星減速器安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸上，行星減速器的輸出軸穿過(guò)安裝盤通過(guò)齒輪與一級(jí)齒輪減速器的小齒輪連接，一級(jí)齒輪減速器設(shè)置在舵輪本體的頂部；舵輪本體的驅(qū)動(dòng)輪的內(nèi)齒與二級(jí)齒輪減速器連接；

一對(duì)限位開關(guān)設(shè)置在安裝盤上，一級(jí)齒輪減速器的小齒輪位于一對(duì)限位開關(guān)之間，限制轉(zhuǎn)向電機(jī)的位置，電位器設(shè)置在安裝盤上，通過(guò)齒輪與一級(jí)齒輪減速器連接；轉(zhuǎn)向電機(jī)的輸出軸同時(shí)與安裝盤、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸垂直，并且安裝盤與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸平行。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)伺服驅(qū)動(dòng)器與舵輪本體為一體化系統(tǒng)架構(gòu)，改善了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器與舵輪本體由于不匹配帶來(lái)的調(diào)試問(wèn)題，為用戶提供最大的使用便利。(2)伺服驅(qū)動(dòng)器為“一拖二”控制方式，一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制，同時(shí)具有底面和側(cè)面兩種安裝位置，具有體積小、安裝方便的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)狹小空間的使用要求。(3)采用基于永磁同步電機(jī)的空間矢量控制三環(huán)全數(shù)字控制方式，提高了舵輪系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。(4)采用最低24V供電電壓，系統(tǒng)安全性能好。(5)單個(gè)系統(tǒng)負(fù)載能力可達(dá)2T以上，同時(shí)具有90°以上的轉(zhuǎn)彎能力。(6)系統(tǒng)具有過(guò)壓、過(guò)流、限位、反饋異常等故障的保護(hù)功能，更加安全可靠。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型高集成度驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)的構(gòu)成圖。

圖2是本實(shí)用新型高集成度驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型高集成度驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型高集成度驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化舵輪系統(tǒng)，包括伺服驅(qū)動(dòng)器1、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、轉(zhuǎn)向電機(jī)3、行星減速器5、一級(jí)齒輪減速器9、二級(jí)齒輪減速器4、限位開關(guān)11、舵機(jī)本體6的驅(qū)動(dòng)輪及軸承，所述伺服驅(qū)動(dòng)器1分別與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、轉(zhuǎn)向電機(jī)3、第一編碼器7、第二編碼器8連接；

第一編碼器7和制動(dòng)器10安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)2上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)軸與二級(jí)齒輪減速器4相連；二級(jí)齒輪減速器4設(shè)置在舵輪本體6的齒輪箱內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的殼體固定安裝在舵輪本體6的齒輪箱上；

第二編碼器8安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)3內(nèi)，行星減速器5安裝在轉(zhuǎn)向電機(jī)3的輸出軸上，行星減速器5的輸出軸穿過(guò)安裝盤通過(guò)齒輪與一級(jí)齒輪減速器9的小齒輪連接，一級(jí)齒輪減速器9設(shè)置在舵輪本體6的頂部；舵輪本體6的驅(qū)動(dòng)輪的內(nèi)齒與二級(jí)齒輪減速器4連接；

一對(duì)限位開關(guān)11設(shè)置在安裝盤上，一級(jí)齒輪減速器9的小齒輪位于一對(duì)限位開關(guān)11之間，限制轉(zhuǎn)向電機(jī)3的位置，電位器12設(shè)置在安裝盤上，通過(guò)齒輪與一級(jí)齒輪減速器9連接，用于轉(zhuǎn)向電機(jī)3的轉(zhuǎn)向角度的最終輸出采集，作為備用裝置進(jìn)行舵輪系統(tǒng)的性能監(jiān)測(cè)；轉(zhuǎn)向電機(jī)3的輸出軸同時(shí)與安裝盤、驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸垂直，并且安裝盤與驅(qū)動(dòng)電機(jī)2的輸出軸平行。安裝盤的底部設(shè)置第一編碼器8的多圈供電電池。

本實(shí)用新型的一級(jí)齒輪減速器9通過(guò)滾動(dòng)軸承設(shè)置在舵輪本體6的頂部，所述滾動(dòng)軸承的外圈與一級(jí)齒輪減速器9連接，滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈通過(guò)安裝塊固定在安裝盤的安裝面上，該安裝盤固定在舵輪本體6的殼體上。

本實(shí)用新型的安裝法蘭與一級(jí)齒輪減速器9的大齒輪固定連接，該安裝法蘭的安裝面與AGV機(jī)器人的車架底部連接。

本實(shí)用新型伺服驅(qū)動(dòng)器為“一拖二”控制方式，一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制，實(shí)現(xiàn)了伺服驅(qū)動(dòng)器的集成小型化，具有安裝方便、體積小、成本低的特點(diǎn)，同時(shí)該驅(qū)動(dòng)器為低壓大電流工作模式，進(jìn)行了提高散熱性能和工作效率的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

所述電機(jī)包含驅(qū)動(dòng)電機(jī)2和轉(zhuǎn)向電機(jī)3，均為永磁同步電機(jī)，通過(guò)選用高磁能積的稀土永磁材料，使電機(jī)能同時(shí)具有較高的磁通密度和較輕的轉(zhuǎn)子質(zhì)量，從而提高轉(zhuǎn)矩慣量比，有效地提高了永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力?？梢赃x用高精度絕對(duì)值編碼器作為反饋裝置，保證了電機(jī)的控制精度。

所述行星減速器與轉(zhuǎn)向電機(jī)集成一體，以減速電機(jī)形式安裝于舵輪本體。所述一級(jí)齒輪減速器、二級(jí)齒輪減速器、限位開關(guān)、驅(qū)動(dòng)輪及軸承等箱體為集成化結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的伺服驅(qū)動(dòng)器1包含驅(qū)動(dòng)功能和轉(zhuǎn)向功能的控制，它可以通過(guò)總線接收上級(jí)控制器發(fā)出的控制指令，也可以接收電機(jī)編碼器反饋的磁極位置，也可以進(jìn)行相電流等模擬量的數(shù)據(jù)采集。所述的驅(qū)動(dòng)功能為：當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器1接收到上級(jí)控制器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)速度指令時(shí)，通過(guò)輸出PWM波控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)2運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過(guò)二級(jí)齒輪減速器4帶動(dòng)舵機(jī)本體6的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器7實(shí)時(shí)反饋電機(jī)磁極位置，通過(guò)與指令比較后進(jìn)行PID運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)空間矢量控制兩環(huán)閉環(huán)控制。當(dāng)遇到緊急情況或需要停車時(shí)，可通過(guò)關(guān)閉制動(dòng)器10來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能的管理。從而實(shí)現(xiàn)AGV機(jī)器人的平穩(wěn)、準(zhǔn)確、靈活的行駛。

所述的轉(zhuǎn)向功能為：當(dāng)伺服驅(qū)動(dòng)器1接收到上級(jí)控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)向位置指令時(shí)，通過(guò)輸出PWM波控制轉(zhuǎn)向電機(jī)3運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過(guò)行星減速器5帶動(dòng)一級(jí)齒輪減速器9，通過(guò)一級(jí)齒輪減速器9減速增矩，從而帶到舵機(jī)本體6的驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器8實(shí)時(shí)反饋電機(jī)磁極位置，通過(guò)與指令比較后進(jìn)行PID運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)空間矢量控制全三環(huán)閉環(huán)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)向出現(xiàn)異常位置過(guò)大時(shí)，可通過(guò)限位開關(guān)11進(jìn)行驅(qū)動(dòng)功能和轉(zhuǎn)向功能的回零操作，確保AGV機(jī)器人的安全性。從而實(shí)現(xiàn)AGV機(jī)器人的平穩(wěn)、準(zhǔn)確、靈活的行駛。