一种用于精密驱动的解耦主动万向轮组件及全向移动平台制造技术

本发明专利技术公开了一种用于精密驱动的解耦主动万向轮组件，包括箱体，安装在箱体下方可自由转向的轮架，位于轮架两侧的第一滚轮和第二滚轮，以及分别驱动第一滚轮和第二滚轮滚动的第一轮轴和第二轮轴，所述箱体内设有为所述第一轮轴和第二轮轴提供驱动力的驱动装置和用于控制轮架转向的转向装置。本发明专利技术还提供了一种全向移动平台。本发明专利技术提供的方法通过为万向轮组件引入了消隙结构消除脚轮转向时派生的滚动输出，从而提高脚轮的运动精度和灵活性。从而提高脚轮的运动精度和灵活性。从而提高脚轮的运动精度和灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于精密驱动的解耦主动万向轮组件及全向移动平台


[0001]本专利技术涉及移动机器人
，尤其涉及一种用于精密驱动的解耦主动万向轮组件及全向移动平台。

技术介绍

[0002]近年来，为了提高生产效率，降低劳动成本，装备制造业等领域对工业自动化和智能化水平的要求不断提高，移动机器人得到越来越广泛的应用。全向轮式移动机器人因其比足式移动机器人易于加工制造，承载能力和效率高，运动灵活以及能在狭窄和拥挤的环境中运行，备受人们青睐。
[0003]主动万向脚轮作为全向轮式移动机器人的行走机构，通常配置两个驱动电机，一个负责驱动轮子滚动，另一个负责驱动轮子转向。为了防止运动过程中线缆发生缠绕，通常将两个电机固定在脚轮的基座上，此时滚轮的驱动轴线和转向轴线相互垂直，在运动时会产生耦合运动，影响运动稳定性，提高了控制难度。
[0004]专利文献CN111674201A公开了一种用于移动机器人的主动动力脚轮组件，在脚轮运动传动系统中引入额外的解耦机构，这样转向电机在输出转向运动的同时，输出另一部分运动用于消除脚轮的转向运动和滚动运动产生耦合问题，因此只需要设置合适的传动参数即可实现脚轮的运动学解耦。这种方法虽然解决了脚轮的运动耦合问题，但由于引入的行星齿轮轮系在安装时不可避免地会产生齿轮侧隙，致使运动传递不及时，导致脚轮控制精度下降；并且行星齿轮之间的冲击会降低齿轮寿命，增大运行过程中的不确定性。
[0005]专利文献CN111828557A公开了一种消隙行星齿轮减速器，通过在行星齿轮轮系中安装弹性元件(弹簧、扭簧)的方式在齿轮之间产生一个预紧力，消除齿轮侧隙的影响。由于弹簧和扭簧所产生的预紧力是依靠其自身的弹性特性产生的，不容易人为进行调控；并且由于弹簧弹性极限的存在，可能会导致弹性失效的情况，使用弹性元件(弹簧、扭簧)这种被动柔顺机构来消除齿轮侧隙仍存在诸多的不确定性。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种解耦主动万向轮组件，该组件可以消除脚轮转向时派生的滚动输出，从而提高脚轮的运动精度和灵活性。
[0007]一种用于精密驱动的解耦主动万向轮组件，包括箱体，安装在箱体下方可自由转向的轮架，位于轮架两侧的第一滚轮和第二滚轮，以及分别驱动第一滚轮和第二滚轮的第一轮轴和第二轮轴，所述箱体内设有为所述第一轮轴和第二轮轴提供驱动力的驱动装置和用于控制轮架转向的转向装置；
[0008]所述驱动装置包括驱动电机、解耦机构、驱动齿轮组和差速齿轮组，所述驱动电机输出的驱动力通过所述解耦机构进行解耦，并配合所述驱动齿轮组与所述差速齿轮组将解耦后的驱动力输出至所述第一轮轴和所述第二轮轴；
[0009]所述转向装置包括转向电机，转向齿轮组以及控制轮架转动的转向机构，所述转
向电机输出的转动力通过所述转向齿轮组分别输出至解耦机构和所述转向机构，所述解耦机构对滚轮转向时派生的滚动输出进行解耦。
[0010]当直行时，两侧轮轴带动各自的滚轮以相同速度滚动，当转向时，两侧轮轴带动各自的滚轮按照不同的速度滚动，从而保证运动稳定。
[0011]本专利技术在驱动装置中增设解耦机构，通过解耦机构中主动柔顺齿轮消隙结构，消除脚轮转向时派生的滚动输出，从而提高脚轮的运动精度，避免齿间的冲击磨损。
[0012]具体的，所述转向齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮同轴线固定安装在转向电机的输出轴上，所述第三齿轮与所述第四齿轮同轴线安装在箱体内侧壁上，且所述第三齿轮与所述第一齿轮外啮合，保持同步转动，所述第四齿轮与所述第二齿轮外啮合，保持同步转动，所述轮架固定安装在所述第四齿轮下方。
[0013]具体的，所述解耦机构包括安装在驱动电机输出轴上的第五齿轮，与第五齿轮同轴线相对布置的第六齿轮，布置在第五齿轮与第六齿轮之间、用于传递驱动力的消隙齿轮组以及与所述消隙齿轮组固定连接的滚动输出轴，所述滚动输出轴与所述第六齿轮同轴线安装。
[0014]具体的，所述消隙齿轮组包括一个或多个齿轮组，用于获取各齿轮之间啮合力的力传感器以及用于调节各齿轮之间啮合力的线性致动器，所述齿轮组包括第一齿轮连接轴，固定在第一齿轮连接轴两端的第七齿轮和第八齿轮，第二齿轮连接轴，固定在第二齿轮连接轴两端的第九齿轮和第十齿轮，所述第一齿轮连接轴和所述第二齿轮连接轴交错布置，所述力传感器一端与第一齿轮连接轴固定，另一端与线性致动器的定子固定，所述线性致动器的动子与第二齿轮连接轴固定。
[0015]具体的，所述齿轮组的连接方式如下：将第一螺栓和第二螺栓分别可插入所述第一连接轴和所述第二连接轴的非中间孔中，并分别与第一螺母和第二螺母配合，将第一连接件和第二连接件分别与第一连接轴与第二连接轴的非中间位置的通孔同轴线安装，使第一连接件和第二连接件分别与第一连接轴与第二连接轴的非中间孔做相对转动。
[0016]具体的，所述驱动齿轮组包括：第十一齿轮、第十二齿轮、第十三齿轮、第十四齿轮以及第十五齿轮，所述第十一齿轮与滚动输出轴固定保持同步转动，所述第十二齿轮和所述第十三齿轮与所述转向机构的第一转动轴同轴线安装，且分别固定在所述转向机构的第一转动轴上保持同步转动，所述第十四齿轮固定在轮架内侧壁上相对转动，所述第十五齿轮安装在轮轴上相对转动。
[0017]具体的，所述差速齿轮组包括：差速齿轮箱、第十六齿轮、第十七齿轮、第十八齿轮以及第十九齿轮，所述差速齿轮箱固定在第十五齿轮的轮齿侧表面上保持同步转动，所述第十六齿轮和第十八齿轮同轴线布置在差速齿轮箱侧面保证自转，所述第十七齿轮和所述第十九齿轮同轴线固定在轴轮一端，所述第十七齿轮分别与第十六齿轮和第十八齿轮啮合，所述第十九齿轮分别与第十六齿轮和第十八齿轮啮合。
[0018]具体的，所述滚轮的竖直直径线与驱动电机输出轴的轴线之间预设间隔距离。
[0019]本专利技术还提供了一种全向移动平台，包括置物平台和至少三个如权利要求1～7所述的解耦主动万向轮组件，所述置物平台包括置物板，底板箱以及用于改变置物板高度的抬升机构，所述置物板与底板箱之间设有多个用于缓冲的弹簧，所述解耦主动万向轮组件
布置在底板箱内。
[0020]具体的，所述底板箱上还设有用于反馈运动位置的深度传感器和倾角传感器，所述深度传感器用于判断底板箱侧面与障碍物之间的距离，所述倾角传感器用于判断置物板与水平面的夹角，从而反馈相关数据用于判断下一步的运动路径。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0022](1)在驱动装置中增设了解耦机构，从而消除脚轮转向时派生的滚动输出影响。
[0023](2)在解耦机构内引入主动柔顺齿轮消隙机构，从而提高脚轮的运动精度，消除齿间冲击。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的解耦主动万向轮组件的轴测图；
[0025]图2为解耦主动万向轮组件的侧视图；
[0026]图3为解耦主动万向轮组件的原理图；
[0027]图4为解耦主动万本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于精密驱动的解耦主动万向轮组件，包括箱体，安装在箱体下方可自由转向的轮架，位于轮架两侧的第一滚轮和第二滚轮，以及分别驱动第一滚轮和第二滚轮滚动的第一轮轴和第二轮轴，其特征在于，所述箱体内设有为所述第一轮轴和第二轮轴提供驱动力的驱动装置和用于控制轮架转向的转向装置；所述驱动装置包括驱动电机、解耦机构、驱动齿轮组和差速齿轮组，所述驱动电机输出的驱动力通过所述解耦机构进行解耦，并配合所述驱动齿轮组与所述差速齿轮组将解耦后的驱动力输出至所述第一轮轴和所述第二轮轴；所述转向装置包括转向电机，转向齿轮组以及控制轮架转动的转向机构，所述转向电机输出的转动力通过所述转向齿轮组分别输出至解耦机构和所述转向机构，所述解耦机构对滚轮转向时派生的滚动输出进行解耦。2.根据权利要求1所述的用于精密驱动的解耦主动万向轮组件，其特征在于，所述转向齿轮组包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮同轴线固定安装在转向电机的输出轴上，所述第三齿轮与所述第四齿轮同轴线安装在箱体内侧壁上，且所述第三齿轮与所述第一齿轮外啮合，保持同步转动，所述第四齿轮与所述第二齿轮外啮合，保持同步转动，所述轮架固定安装在所述第四齿轮下方。3.根据权利要求1所述的用于精密驱动的解耦主动万向轮组件，其特征在于，所述解耦机构包括安装在驱动电机输出轴上的第五齿轮，与第五齿轮同轴线相对布置的第六齿轮，布置在第五齿轮与第六齿轮之间、用于传递驱动力的消隙齿轮组以及与所述消隙齿轮组固定连接的滚动输出轴，所述滚动输出轴与所述第六齿轮同轴线安装。4.根据权利要求3所述的用于精密驱动的解耦主动万向轮组件，其特征在于，所述消隙齿轮组包括一个或多个齿轮组，用于获取各齿轮之间啮合力的力传感器以及用于调节各齿轮之间啮合力的线性致动器，所述齿轮组包括第一齿轮连接轴，固定在第一齿轮连接轴两端的第七...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慰军，许阐，杨桂林，陈思鲁，方灶军，张驰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：