一种集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮技术方案

一种集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，包括悬挂箱、悬架、直行传动链、转向传动链、减震模组、刹车模组和控制模组；悬挂箱与悬架之间设置有回转支撑；直行传动链与减震模组连接，减震模组和刹车模组均安装在悬架上；转向传动链包括转向动力机构和转向检测机构，转向动力机构与悬挂箱以及回转支撑的外圈依次连接在一起，转向动力机构的输出端与回转支撑的内圈以及悬架依次连接在一起，转向检测机构安装在悬挂箱上并与转向动力机构通过齿轮传动连接；控制模组包括直行速度闭环控制单元、转向位置闭环控制单元及刹车控制单元。该驱动轮结构紧凑，操控性好，集驱动、电控、刹车、减震、检测和控制装置于一体，速度和角度控制精准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于机器人和机动车辆行走和转向的集成了液压制动与悬挂系统的伺服驱动轮，属于机械行走和转向

技术介绍
科技带来的硕果已经渗透到了我们生活的方方面面，特别是在汽车行业里，类似自动泊车、定速巡航，甚至自动驾驶现如今都屡见不鲜。良好的操控感、舒适的驾车环境、高级私人订制等虽然可以吸引住大多数的注意力，但是转向空间的局限、运动方式的单一确是一个汽车发展中掩盖不住的短板。虽然现在也有很多采用麦克纳姆轮或是多轮体分散驱动的全方位移动车辆，但是大多为微型化特种载体，或者是车间用AGV(自动导引运输车)等，真正并没有进入日常民用领域。目前亟需一种可以在停车或是行进中360°原地转向，并对于不规则坑洼路面具有坚强的稳定通过性能的行走和转向伺服驱动轮。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种集驱动、电控、刹车、减震、检测、控制装置于一体，结构紧凑，操控性好的集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮。本专利技术的集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，采用下述技术方案：该行走和转向伺服驱动轮，包括悬挂箱、悬架、直行传动链、转向传动链、减震模组、刹车模组和控制模组；悬挂箱与悬架之间设置有回转支撑；直行传动链与减震模组连接，减震模组和刹车模组均安装在悬架上；转向传动链包括转向动力机构和转向检测机构，转向动力机构与悬挂箱以及回转支撑的外圈依次连接在一起，转向动力机构的输出端与回转支撑的内圈以及悬架依次连接在一起，转向检测机构安装在悬挂箱上并与转向动力机构通过齿轮传动连接；控制模组包括直行速度闭环控制单元、转向位置闭环控制单元及刹车控制单元；直行传动链与直行速度闭环控制单元通过控制总线连接；转向动力机构和转向检测机构与转向位置闭环控制单元通过控制总线连接；刹车模组与刹车控制单元连接。所述转向动力机构，包括转向伺服电机和减速器，减速器连接在减速器固定法兰上，减速器固定法兰、悬挂箱和回转支撑的外圈依次连接在一起，减速器的输入端与转向伺服电机连接，减速器的输出端安装有测转角一级齿轮，测转角一级齿轮、回转支撑的内圈与悬架依次连接在一起，转向伺服电机通过控制总线与转向位置闭环控制单元连接。所述转向检测机构，包括测转角绝对值编码器、测转角二级减速齿轮和齿轮支撑架，测转角绝对值编码器安装在齿轮支撑架上，测转角二级齿轮安装在齿轮支撑架内并与转向动力机构中的测转角一级齿轮啮合，测转角二级齿轮与测转角绝对值编码器连接，齿轮支撑架安装在悬挂箱上，测转角绝对值编码器通过控制总线与转向位置闭环控制单元连接。所述刹车模组，包括直线电动缸、液压油泵、碟刹盘和碟刹卡钳；直线电动缸安装于悬架上，液压油泵与直线电动缸连接，液压油泵通过输油软管与碟刹卡钳连接，碟刹盘安装在直行传动链中的车轮中轴上，碟刹卡钳安装在直行传动链中的支撑盘上，直线电动缸通过控制总线与刹车控制单元连接。所述直行传动链，包括轮胎、轮辋、轮毂电机、车轮中轴、支撑盘和直行测速绝对值编码器，轮毂电机设置在轮胎内的轮辋上，车轮中轴一端与轮毂电机连接，一端与减震模组中的直线导轨固定架连接，车轮中轴上安装有碟刹盘和直行测速一级齿轮，支撑盘固接在减震模组中的直线导轨固定架上，直行测速绝对值编码器安装在支撑盘上，直行测速绝对值编码器上安装有与直行测速一级齿轮啮合的直行测速二级齿轮，轮毂电机和直行测速绝对值编码器均通过控制总线与直行速度闭环控制单元连接。所述直行测速一级齿轮与直行测速二级齿轮的传动比为11:4。所述减震模组，包括弹性阻尼气缸、直线轴承、直线导轨和直线导轨固定架，弹性阻尼气缸一端连接在悬架上，另一端通过销轴与直线导轨固定架连接，直线导轨固定在直线导轨固定架上，直线轴承安装在直线导轨上并固定在悬架上。上述驱动轮的工作过程如下：当直行时，动力源为轮毂电机，速度信号由上位机给定，通过齿轮传动将实际车轮速度反馈到直行测速编码器一端，进而将速度信号传输到控制模组直行速度闭环控制单元中，并与给定速度作比较，修正后根据误差调整速度给定。当车轮转向时，转向角度信号由上位机给定，转向动力机构直接驱动悬架转动，同时将其转角反馈到转向检测机构，进而角度信号反馈到转向位置闭环控制单元中，并与给定角度作比较，修正后根据误差调整转角给定。减震模组主要用于车轮行至坑洼地的缓冲避震。当需要刹车时，一方面控制模组中的直行速度闭环控制单元接收上位机信号断开直行传动链的轮毂电机驱动，另一方面控制模组中的刹车控制单元接收到上位机信号，控制刹车模组完成刹车动作。本专利技术结构紧凑，装配简便，操控性好；具有以下特点：1.设计紧凑，集多个功能模组于一身；由一台轮毂电机及一台转向无刷直流伺服电机提供，集驱动、电控、刹车、减震、检测、控制装置于一体。车轮与车体接口简单紧凑，速度、角度控制精准。2.可以在停车或是行进中360°原地转向，转向域扩展至360°，直行速度及转向角度采用闭环控制，运动精确。3.具有被动减震缓冲及液压防爆碟刹功能，对于不规则坑洼路面具有较强的稳定通过性能，其高速通过不规则坑洼地面或是高速时停车均能表现出较好的动态性及操作感。附图说明图1是本专利技术集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮的外观示意图。图2是本专利技术中转向传动链的结构示意图。图3是本专利技术中刹车模组的结构示意图。图4是本专利技术中直行传动链的结造示意图。图5是本专利技术中减震模组的结构示意图。图中：1.悬挂箱，2.悬架，3.控制模组，4.转向动力机构，5.转向检测机构，6.刹车模组，7.直行传动链，8.减震模组；401.转向伺服电机，402.电机固定法兰，403.谐波减速器，404.测转角一级齿轮，405.减速器固定法兰，406.回转支撑；501.测转角绝对值编码器，502.编码器固定法兰，503.深沟球轴承，504.测转角二级齿轮，505.齿轮支撑架；601.直线电动缸，602.液压油泵，603.碟刹盘，604.碟刹卡钳，605.输油软管；701.轮胎，702.轮毂电机，703.轮辋，704.直行测速一级齿轮，705.车轮中轴，706.直行测速二级齿轮，707.支撑盘，708.直行测速绝对值编码器；801.弹性阻尼气缸，802.直线导轨固定架，803.限位橡胶块，804.直线轴承，805.直线导轨。具体实施方式本专利技术的集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，如图1所示，包括悬挂箱1、悬架2、直行传动链7、转向传动链、减震模组8、刹车模组6和控制模组3。悬挂箱1通过回转支撑406与悬架2相连接(参见图2)。转向传动链包括转向动力机构4和转向检测机构5(参见图2)。转向动力机构4和转向检测机构5均安装在悬挂箱1的上部，且置于悬挂箱1内。控制模组3包括直行速度闭环控制单元、转向位置闭环控制单元及刹车控制单元，三个控制单元集成在控制盒内，控制盒安装在悬挂箱1上且置于悬挂箱1内部。闭环控制单元可以采用现有技术，都是模拟电路。直行速度闭环控制单元和转向位置闭环控制单元中包括信号放大器、运算器、执行器、信号采集及反馈模块。上位机给定信号可以为电压，也可以为电流，通过与车轮实际反馈信号(电压或是电流)相比较，得出的差值经放大器放大后进一步给定到运算器，通过运算器的计算将实际的控制电压或是电流施加给电动部件，进而修正直行速度和转角角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，包括悬挂箱、悬架、直行传动链、转向传动链、减震模组、刹车模组和控制模组；其特征是：悬挂箱与悬架之间设置有回转支撑；直行传动链与减震模组连接，减震模组和刹车模组均安装在悬架上；转向传动链包括转向动力机构和转向检测机构，转向动力机构与悬挂箱以及回转支撑的外圈依次连接在一起，转向动力机构的输出端与回转支撑的内圈以及悬架依次连接在一起，转向检测机构安装在悬挂箱上并与转向动力机构通过齿轮传动连接；控制模组包括直行速度闭环控制单元、转向位置闭环控制单元及刹车控制单元；直行传动链与直行速度闭环控制单元通过控制总线连接；转向动力机构和转向检测机构与转向位置闭环控制单元通过控制总线连接；刹车模组与刹车控制单元连接。

【技术特征摘要】
1.一种集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，包括悬挂箱、悬架、直行传动链、转向传动链、减震模组、刹车模组和控制模组；其特征是：悬挂箱与悬架之间设置有回转支撑；直行传动链与减震模组连接，减震模组和刹车模组均安装在悬架上；转向传动链包括转向动力机构和转向检测机构，转向动力机构与悬挂箱以及回转支撑的外圈依次连接在一起，转向动力机构的输出端与回转支撑的内圈以及悬架依次连接在一起，转向检测机构安装在悬挂箱上并与转向动力机构通过齿轮传动连接；控制模组包括直行速度闭环控制单元、转向位置闭环控制单元及刹车控制单元；直行传动链与直行速度闭环控制单元通过控制总线连接；转向动力机构和转向检测机构与转向位置闭环控制单元通过控制总线连接；刹车模组与刹车控制单元连接。2.根据权利要求1所述的集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，其特征是：所述转向动力机构，包括转向伺服电机和减速器，减速器连接在减速器固定法兰上，减速器固定法兰、悬挂箱和回转支撑的外圈依次连接在一起，减速器的输入端与转向伺服电机连接，减速器的输出端安装有测转角一级齿轮，测转角一级齿轮、回转支撑的内圈与悬架依次连接在一起，转向伺服电机通过控制总线与转向位置闭环控制单元连接。3.根据权利要求1所述的集成液压制动与悬挂系统的行走和转向伺服驱动轮，其特征是：所述转向检测机构，包括测转角绝对值编码器、测转角二级减速齿轮和齿轮支撑架，测转角绝对值编码器安装在齿轮支撑架上，测转角二级齿轮安装在齿轮支撑架内并与转向动力机构中的测转角一级齿轮啮合，测转角二级齿轮与测转角绝对值编码器连接，齿轮支撑架...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣学文，华子森，柴汇，刘明，马昕，李贻斌，温刚，初国庆，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37