[实用新型]一种轮式机器上转轮的转向系统

说明书

本实用新型公开了一种轮式机器上转轮的转向系统，转轮安装在转轮安装座上，转向轴下端垂直连接在转轮安装座上，在转轮安装座上设有轮系支架，轮系支架上方设有转向支架，转向减速器安装在转向支架上，转向减速器的转向输出轴通过转向联轴器与转向轴连接，转向电机与转向减速器传动连接，通过转向电机控制转向轴转动从而控制转轮安装座及转轮转向。本专利在转轮转向轴的下方，刚性固定一个径向充磁的磁铁，通过磁编码器追踪其转向，可以获得的转角精度，该转角精度小于高精度减速器回程间隙产生的0.15°转角误差，足够监控回程间隙和冲击打滑产生的角度偏转，角度偏转产生后，控制系统可以通过转向电机纠偏，从而实现闭环控制。

技术领域

本实用新型涉及机器人装备技术领域，具体涉及一种轮式机器上转轮的转向系统。

背景技术

现在的移动机器人地盘，四驱的占据比较大的比例。和汽车不同的是，汽车属于高速移动车辆，追求良好的操控性和舒适性；机器人地盘则追求更低的重心，以力求更稳定可靠，更安全耐久。

对于移动机器人，当前在结构上，需要有更高的承载能力和更强大的行走灵活性。相较于承载数十吨的卡车，移动机器人的载重不过几十，上百公斤，但从载重与自重的比例上来看，移动机器人的运载能力要大于货运卡车，且没有操控性，舒适性的要求，这就要求机器人的轮系，强度可靠优先于簧下质量。

现有传统的汽车，采用连杆转向，受机械几何尺寸的限制，只能左右同时转向，只能做出特定的转角关系。移动机器人的工作场景，相比于汽车要复杂得多，可能某些情况下需要进行原地零半径转向，更多的情况下需要向汽车一样靠前轮左右摆动转向。传统的汽车转向机构就不适用，需要给各个转轮加上独立的转向机构，本专利就是独立转向的优化转向方案。

目前市面上已有不少在售机器人采用的独立转向方案。现有方案存在下述问题：

转向力矩小，抗冲击能力差；

转向时磨胎，轮胎磨损严重；

回程间隙大，缺乏闭环监控；

转向力矩小主要针对一些采用舵机控制的方案，舵机的转向精度高，控制方便，回程间隙小，造价价格高昂，自身强度差，转向力矩小是其致命缺点。以某日制舵机为例，其转向力矩标称180kg.cm，仅18Nm，在面对50kg以上移动机器人走粗糙路面时，转向就显得乏力，出现电机发烫烧毁等严重问题，遇到冲击时，舵机也容易出现齿轮崩齿；

转向时磨胎是轮胎磨损的主要原因，市面上现有方案，转轮沿着与地面接触点的重心转向，造成轮胎与地面产生滑动相对位移，从而造成磨损，将滑动相对位移改为转动相对位移可以大幅降低地面对轮胎的磨损。

机械齿轮传动中，回程间隙理论上无法彻底消除，只能尽量减少，现有技术可以通过算法对回程间隙产生的死区进行兼容修复，但传动链中，对转轮转向最直接的监控反馈，才能保证即便传动机构受冲击打滑转向，也能够及时采用控制的方法修复矫正。

实用新型内容

本实用新型的目的即在于克服现有技术不足，提供一种轮式机器上转轮的转向系统，解决现有轮式机器上转轮的转向系统，转向力矩小，抗冲击能力差；转向时磨胎，轮胎磨损严重；回程间隙大，缺乏闭环监控问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种轮式机器上转轮的转向系统，包括转轮、转向电机、转向减速器、转向联轴器和转向轴，所述转轮安装在转轮安装座上，所述转向轴下端垂直连接在转轮安装座上，在转轮安装座上设有轮系支架，所述轮系支架上方设有转向支架，所述转向减速器安装在转向支架上，转向减速器的转向输出轴通过转向联轴器与转向轴连接，所述转向电机与转向减速器传动连接，通过转向电机控制转向轴转动从而控制转轮安装座及转轮转向。