CN110949120B - 一种非独立悬架的差速驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非独立悬架的差速驱动装置，包括框架、两套独立的驱动轮组件、中间支撑件和旋转组件；驱动轮组件安装在框架的两侧，用于差速运动；中间支撑件通过悬架***安装在框架上；旋转组件转动连接在中间支撑件上；悬架***采用非独立悬架结构，包括分别与两个驱动轮组件配合的两部分悬架结构，每部分悬架结构包括至少一级悬架，两个一级悬架均与中间支撑件固定连接，相邻两级悬架之间安装具有导向功能的过渡结构。本发明的差速驱动装置在高承载情况下，在凹凸不平、小障碍物、有坡度的工厂、停车场等路面上能够保证驱动轮与地面有效接触；尤其可用于超薄轮式机器人。

Description

一种非独立悬架的差速驱动装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种非独立悬架的差速驱动装置。

背景技术

现有高负载的AGV整车高度较高，绝大部分车身高度均大于250mm以上，导致无法直接潜入轿车、工装车等底部较低的设备，进行运输、搬运。

专利号201220549561.3“一种AGV差速驱动单元”专利权已终止，公开了一种AGV差速驱动单元，包括单元本体、驱动轮和旋转组件，所述单元本体内设置固定块，所述固定块与所述驱动轮轴承连接，所述旋转组件设置于所述单元本体上部。本发明采用紧凑型结构设计，致使驱动结构回转灵活，轴向中心出线和360度自由回转，驱动轴承座采用双圆锥滚子轴承，保证了驱动结构的抗压强度，净高度的大幅降低，节约了高度空间，进一步提高了AGV在客户现有工装车上的应用范围。

专利号201610504740.8“一种单驱差速驱动***及含有该***的AGV小车”已公开，本发明涉及一种单驱差速驱动***及含有该***的AGV小车，该驱动***包括驱动机构及支承机构，支承机构包括框架体以及贯穿框架体左右两侧板的固定轴，驱动机构包括设置在框架体内正中间的交叉滚柱轴承、一对对称设置在交叉滚柱轴承两侧的驱动电机以及一对套设在固定轴两端且分别与相应一侧驱动电机传动连接的驱动轮。与现有技术相比，本发明采用两个独立的驱动电机，分别驱动相应一侧的驱动轮独立转动，在驱动机构与支承机构的配合下，很好的解决了差速驱动对路面的要求。

以上两个专利方案虽能降低AGV整车高度，但缺少用于适应复杂地面的悬架***，在高承载条件下，运行在凹凸不平、小障碍物、有坡度的工厂、停车场等路面上很难保证驱动轮与地面有效接触；而且缺少360°回转角度测量反馈机制，无法精确控制差速驱动结构的旋转角度，以上问题都会影响轮式机器人的运行效果。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种非独立悬架的差速驱动装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种非独立悬架的差速驱动装置，包括框架、两套独立的驱动轮组件、中间支撑件和旋转组件；所述驱动轮组件安装在框架的两侧，用于差速运动；所述中间支撑件通过悬架***安装在框架上；所述旋转组件转动连接在中间支撑件上；所述悬架***采用非独立悬架结构，包括分别与两个驱动轮组件配合的两部分悬架结构，每部分悬架结构包括至少一级悬架，两个一级悬架均与中间支撑件固定连接，相邻两级悬架之间安装具有导向功能的过渡结构。

进一步地，所述驱动轮组件包括驱动轮、传动机构、电机和减速机，两个驱动轮分别由独立的电机和减速机通过传动机构进行驱动，通过控制两个驱动轮的运行速度，差速驱动装置可实现直行、横移、旋转等全向运动。

进一步地，所述传动机构采用一组或多组齿轮传动或链传动；一个具体实例：采用齿轮传动方式，齿轮组由三个齿轮组成，分别是主动齿轮、中间齿轮、从动齿轮，三者依次啮合，主动齿轮与减速机输出轴通过键连接，由轴承支撑；从动齿轮与驱动轮轴连接，由背靠背角接触轴承支撑。

进一步地，所述过渡结构通过导轨和滑块配合实现。

进一步地，所述悬架包括弹性元件和至少一个导向机构，通过导向机构实现上下伸缩运动，一个具体实例：导向机构通过滑动元件与导向轴组合实现，或者通过导轨与滑块组合实现；所述滑动元件可以采用直线轴承、滑动轴承或耐磨材料。

进一步地，所述悬架***的每部分悬架结构仅具有一级悬架时，悬架具有预紧结构，能够对弹性元件进行预紧，调节差速驱动装置的初始高度，一个具体实例：可采用螺钉与螺母座相配合的方式实现。

进一步地，所述悬架***的每部分悬架结构包括至少两级悬架时，一级悬架与中间支撑件连接，一级悬架具有预压结构，为其弹性元件提供初始压力，末级悬架安装在框架上。

进一步地，各级悬架的弹性元件刚度依次降低。

进一步地，一级悬架的导向结构与中间支撑件连接处安装摆动轴承，所述摆动轴承可以采用调心球轴承、关节轴承，导向机构采用滑动元件与导向轴配合实现时，导向轴穿过摆动轴承，允许导向轴相对于中间支撑件具有一定的摆动角；导向机构采用导轨与滑块配合实现时，导轨作为移动端，导轨一端与滑块配合，另一端通过圆柱轴结构与摆动轴承配合(可以自身末端设置为圆柱轴结构，也可以通过圆柱轴结构的转接件与摆动轴承配合)；优选地，在导向轴的轴端螺纹连接限位块，限位块与中间支撑件的槽孔配合，限制导向轴在一个方向摆动；

二级到末级悬架的导向结构由可调心的滑动元件(优选为可调心的直线轴承)和导向轴构成，导向轴穿过滑动元件，且能够在滑动元件中小角度摆动；

所述过渡结构由导轨、球头柱塞、滑块组成，若干球头柱塞嵌入滑块中，球头柱塞的球头与导轨底面接触，球头柱塞的球头能够被压缩，使得过渡结构既可以上下运动导向，也允许一定的俯仰角。

进一步地，所述中间支撑件上设置止动结构，所述旋转组件上设置扇形结构，当扇形结构旋转至止动结构时，旋转组件停止运动，实现角度限位；中间支撑件和旋转组件上设置有零位刻线，用于调零位。

进一步地，所述旋转组件中内置角度传感器，实时测量并反馈整个差速驱动装置的转动角度；根据机械式零位调整角度传感器零位，提高旋转控制精度。

进一步地，所述旋转组件的顶部安装载重板。

进一步地，所述旋转组件通过两个角接触轴承连接中间支撑件，从而实现旋转组件的高承载能力及旋转运动。

进一步地，该装置还包括安装在框架前、后的电器盒，可将控制器、驱动器、电池内置在电器盒中，从而实现独立驱动。

一种差速驱动的轮式机器人，包括至少一个上述的差速驱动装置。

本发明的有益效果是：本发明的差速驱动装置，非独立悬架若仅采用一级悬架，载重后弹簧会压缩一定量，运动过程中驱动轮可以实现上跳、下跳动作，适应地面不平度、越障；若增加二级悬架，一级悬架的弹簧会锁定一个初始压力，载重后一级悬架由于初始压力，弹簧不变化或变化比较小，二级悬架的弹簧会有一定的压缩量，这样载重运动过程中二级悬架可以实现驱动轮下跳，一级悬架实现驱动轮上跳动作；若增加多级悬架，不同级悬架弹簧的刚性有一定区别，多级悬架组合实现驱动轮的上跳、下跳动作。多级悬架结构的载重会递级传递，不同刚度弹性元件的变形量不同，根据变形量的不同用来提高车轮对地面不平度的适应性和越障性；采用多级悬架结构，可以实现轮式机器人在空载和重载两种情况下，机器人的整体高度保持不变或微小变化，这样有利于直接潜入轿车、工装车等底部较低的设备。本发明的差速驱动装置在高承载情况下，在凹凸不平、小障碍物、有坡度的工厂、停车场等路面上能保证驱动轮与地面有效接触；尤其可用于超薄轮式机器人。

附图说明

图1为本发明一种非独立悬架的差速驱动装置结构示意图1；

图2为本发明一种非独立悬架的差速驱动装置俯视图；

图3为本发明一种非独立悬架的差速驱动装置结构示意图2；

图4为本发明非独立悬架结构示意图；

图5为本发明悬架结构视角1；

图6为本发明悬架结构视角2；

图7为本发明非独立悬架的差速驱动装置剖视图；

图8为本发明二级悬架局部剖视图；

图9为本发明导轨结构示意图；

图10为本发明滑块结构示意图；

图11为本发明旋转轴件结构示意图；

图中，框架1、驱动轮组件2、中间支撑件3、旋转组件4、电器盒5、驱动轮6、传动机构7、电机8、减速机9、悬架结构10、一级悬架11、二级悬架12、过渡结构13、螺钉14、压缩件15、一级导向机构16、悬架支撑座17、限位块18、摆动轴承19、螺母座20、导轨 21、滑块22、二级导向机构23、一级弹簧24、二级弹簧25、螺纹孔26、旋转轴件27、联轴件28、角接触轴承29、绝对式编码器30、止动结构31、连接件32、零位刻线33、扇形结构 34、定位销35、端面固定件36。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本实施例提供的一种非独立悬架的差速驱动装置，包括框架1、两套独立的驱动轮组件2、中间支撑件3和旋转组件4；所述驱动轮组件2安装在框架1的两侧；所述中间支撑件3通过悬架***安装在框架1上，所述旋转组件4转动连接在中间支撑件3上；框架1前、后安装有电器盒5，可将控制器、驱动器、电池内置在电器盒5中。

如图3所示，所述驱动轮组件2包括驱动轮6、传动机构7、电机8和减速机9，两个驱动轮6分别安装在框架1的两端；所述传动机构7采用齿轮传动方式，齿轮组由三个齿轮组成，分别是主动齿轮、中间齿轮、从动齿轮，三者依次啮合，主动齿轮与减速机9输出轴通过键连接，由轴承支撑；从动齿轮与驱动轮轴连接，由背靠背角接触轴承支撑。

如图4所示，所述悬架***采用非独立悬架结构，包括分别与两个驱动轮组件配合的两部分悬架结构10，所述的悬架结构如图5、6所示，每部分悬架结构10包括一级悬架11、二级悬架12，如图7、8所示悬架剖面图，两个一级悬架11均与中间支撑件3固定连接，一级悬架11与二级悬架12之间安装具有导向功能的过渡结构13，二级悬架12安装在框架1上。

一级悬架11，包括一级弹簧24和两个一级导向机构16，一级弹簧24采用模具弹簧，内置在悬架支撑座17中，压缩件15用于压缩一级弹簧24，两个一级导向机构16均采用直线轴承和导向轴组合，一级导向机构16的直线轴承安装在悬架支撑座17上，一级导向机构16的导向轴穿过摆动轴承19，摆动轴承19采用调心球轴承，摆动轴承19安装在压缩件15与中间支撑件3连接处，限位块18螺纹连接在导向轴的轴端，限位块18与中间支撑件3的槽孔配合，这样允许导向轴相对于中间支撑件3具有一定的摆动角，并仅在一个方向的摆动；一级悬架11可以通过螺钉14、螺母座20对一级弹簧24进行预紧，调节差速驱动装置的初始高度。

二级悬架12，包括二级弹簧25和两个二级导向机构23，二级弹簧25采用模具弹簧，两个二级导向机构23均采用可调心直线轴承和导向轴组合，导向轴穿过直线轴承，能够在直线轴承中小角度摆动，这样允许导向轴相对于框架1小角度摆动。

过渡结构13，包括导轨21和滑块22，两个导轨21安装在框架1上，滑块22安装在悬架支撑座17上，如图9、10所示，多个球头柱塞可以安装在滑块22上的螺纹孔26中，球头柱塞的球头与导轨21底面接触，球头柱塞的球头是可以被压缩的，过渡结构13既可以上下运动导向，也允许一定的俯仰角。

一级悬架11的弹簧刚度比二级悬架12的弹簧刚度高；载重后重量会通过一级悬架传递给二级悬架，一级悬架的弹簧会锁定一个初始压力，弹簧不变化或变化比较小，二级悬架的弹簧会有一定的压缩量，运动过程中二级悬架可以实现驱动轮下跳，一级悬架实现驱动轮上跳动作；两个驱动轮通过非独立悬架***实现一起横向摆动，适应地面不平度、越障。

如图7所示，所述旋转组件4，包括旋转轴件27，通过两个角接触轴承29安装在中间支撑件3上，内置绝对式编码器30通过连接件32与旋转轴件27固定连接，绝对式编码器30的输出轴与联轴件28连接，联轴件28的另一端与端面固定件36固定连接，端面固定件36 固定连接在中间支撑件3上，这样旋转组件4可以相对于中间支撑件3旋转运动，同时绝对式编码器30测量并反馈转动角度。

如图11所示，所述旋转轴件27上设置有零位刻线33、沿径向60°的扇形结构34和定位销35；如图2所示，中间支撑件3上设置止动结构31，当扇形结构34旋转至止动结构31 时，旋转轴件27停止运动，实现角度限位；中间支撑件3和旋转组件4上设置有零位刻线 33，根据零位刻线可以校准绝对式编码器零位，提高旋转控制精度；在旋转轴件27的顶部设置有定位销35，便于安装机器人载重板。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方案实施本发明。因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护范围。

Claims (8)

1.一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，包括框架、两套独立的驱动轮组件、中间支撑件和旋转组件；所述驱动轮组件安装在框架的两侧，用于差速运动；所述中间支撑件通过悬架***安装在框架上；所述旋转组件转动连接在中间支撑件上；所述悬架***采用非独立悬架结构，包括分别与两个驱动轮组件配合的两部分悬架结构，每部分悬架结构包括至少一级悬架，两个一级悬架均与中间支撑件固定连接，相邻两级悬架之间安装具有导向功能的过渡结构；

所述悬架包括弹性元件和至少一个导向机构，通过导向机构实现上下伸缩运动，所述导向机构通过滑动元件与导向轴配合实现，或者通过导轨与滑块配合实现；一级悬架的导向结构与中间支撑件连接处安装摆动轴承，导向机构采用滑动元件与导向轴配合实现时，导向轴穿过摆动轴承，允许导向轴相对于中间支撑件具有一定的摆动角；导向机构采用导轨与滑块配合实现时，导轨作为移动端，导轨一端与滑块配合，另一端通过圆柱轴结构与摆动轴承配合；

二级到末级悬架的导向结构由可调心的滑动元件和导向轴构成，导向轴穿过可调心的滑动元件，且能够在滑动元件中小角度摆动；

所述过渡结构由导轨、球头柱塞、滑块组成，若干球头柱塞嵌入滑块中，球头柱塞的球头与导轨底面接触。

2.根据权利要求1所述的一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，所述悬架***的每部分悬架结构仅具有一级悬架时，悬架具有预紧结构，能够对弹性元件进行预紧，调节差速驱动装置的初始高度；

所述悬架***的每部分悬架结构包括至少两级悬架时，一级悬架与中间支撑件连接，一级悬架具有预压结构，为其弹性元件提供初始压力，末级悬架安装在框架上。

3.根据权利要求1所述的一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，各级悬架的弹性元件刚度依次降低。

4.根据权利要求1所述的一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，所述过渡结构通过导轨和滑块配合实现。

5.根据权利要求1所述的一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，所述中间支撑件上设置止动结构，所述旋转组件上设置扇形结构，当扇形结构旋转至止动结构时，旋转组件停止运动，实现角度限位；中间支撑件和旋转组件上设置有零位刻线，用于调零位。

6.根据权利要求1所述的一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，所述驱动轮组件包括驱动轮、传动机构、电机和减速机，两个驱动轮分别由独立的电机和减速机通过传动机构进行驱动，通过控制两个驱动轮的运行速度，差速驱动装置可实现直行、横移、旋转等全向运动。

7.根据权利要求1所述的一种非独立悬架的差速驱动装置，其特征在于，所述旋转组件的顶部安装载重板；所述旋转组件中内置角度传感器，实时测量并反馈整个差速驱动装置的转动角度；所述旋转组件通过两个角接触轴承连接中间支撑件，从而实现旋转组件的高承载能力及旋转运动。

8.一种差速驱动的轮式机器人，其特征在于，包括至少一个权利要求1-7任一项所述的差速驱动装置。