具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)及輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤的制作方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)及輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤。具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，包括電機(jī)軸、轉(zhuǎn)子、定子、光柵盤、光電編碼器；所述電機(jī)軸與所述定子連接，所述定子上有銅線繞組；所述光電編碼器安裝在所述定子上；所述轉(zhuǎn)子與輪轂連接，并與所述定子配合安裝；所述光柵盤與轉(zhuǎn)子相對固定安裝。所述輪轂電機(jī)中設(shè)置在定子上的光電編碼器感應(yīng)轉(zhuǎn)子上的光柵盤運(yùn)動，輸出檢測信號，大幅提高輪轂電機(jī)的速度控制精度。所述輪轂電機(jī)中部署光電編碼器和光柵盤，相比較磁編碼器，光電編碼器可允許0.5mm的安裝誤差，加工組裝成本更低。且不受強(qiáng)磁場干擾，抗變形抗震動效果優(yōu)于磁編碼器。
【專利說明】
具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)及輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)及輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤。
【背景技術(shù)】
[0002]輪轂電機(jī)技術(shù)也被稱為車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點就是將動力裝置、傳動裝置和制動裝置都整合一起到輪轂內(nèi)，得以將電動車輛的機(jī)械部分大為簡化。輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)型式:內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式。
[0003]輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤，是輪式服務(wù)類機(jī)器人的動力驅(qū)動基礎(chǔ)。通常包括兩個以上的驅(qū)動輪和/或從動輪，以及底盤機(jī)械結(jié)構(gòu)、電源組件、傳感器組件等。
[0004]輪式移動機(jī)器人需要較高精度的速度控制和位置反饋，因此目前的驅(qū)動系統(tǒng)主要是直流電機(jī)+減速箱+傳動機(jī)構(gòu)+輪胎的形式，成本高昂且結(jié)構(gòu)復(fù)雜占用空間多。普通輪轂電機(jī)只有3個霍爾開關(guān)傳感器，每圈僅能得到幾十個位置信號，無法滿足輪式移動機(jī)器人的精度要求。內(nèi)置磁性編碼器的輪轂電機(jī)對結(jié)構(gòu)件精度要求極高，需要保證安裝誤差小于
0.1_，反而極大增加了加工成本。
[0005]因此，本領(lǐng)域亟需一種結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低、具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0006]本實用新型解決的技術(shù)問題在于克服上述輪轂電機(jī)的不足，在常規(guī)加工精度前提下，提供一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，所述輪轂電機(jī)能夠輸出高精度的速度檢測信號。
[0007]根據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，輪轂電機(jī)包括電機(jī)軸、轉(zhuǎn)子、定子、光柵盤、光電編碼器;所述電機(jī)軸與所述定子連接，所述定子上有銅線繞組;所述光電編碼器安裝在所述定子上;所述轉(zhuǎn)子與輪轂連接，并與所述定子配合安裝;所述光柵盤與轉(zhuǎn)子相對固定安裝。
[0008]進(jìn)一步地，所述光電編碼器為絕對式編碼器或選增量式編碼器。
[0009]進(jìn)一步地，所述光柵盤為金屬碼盤、玻璃碼盤或菲林碼盤。
[0010]進(jìn)一步地，所述定子上設(shè)有固定編碼器的基座。
[0011]進(jìn)一步地，所述光電編碼器為反射式光電編碼器，所述光電編碼器朝向所述光柵盤安裝。
[0012]進(jìn)一步地，所述光電編碼器為投射式光電編碼器，所述編碼器跨在所述光柵盤外邊緣安裝。
[0013]進(jìn)一步地，進(jìn)一步包括端蓋，所述端蓋固定于所述轉(zhuǎn)子上，端蓋通過軸承與定子連接;所述端蓋設(shè)置有開窗，用于安裝并調(diào)節(jié)光電編碼器的位置。
[0014]進(jìn)一步地，所述輪轂電機(jī)為單側(cè)出軸輪轂電機(jī)，或雙側(cè)出軸輪轂電機(jī)。
[0015]本實用新型的另一目的在于提供一種輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤，所述輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤包括兩個以上的輪轂電機(jī)，所述輪轂電機(jī)安裝在驅(qū)動輪上。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型技術(shù)方案的有益效果是:
[0017]所述輪轂電機(jī)中設(shè)置在定子上的光電編碼器感應(yīng)轉(zhuǎn)子上的光柵盤運(yùn)動，輸出檢測信號。轉(zhuǎn)動一圈，光電編碼器能輸出512、1024、2048或4096個等信號，大幅提高輪轂電機(jī)的速度控制精度。
[0018]所述輪轂電機(jī)中部署光電編碼器和光柵盤，相比較磁編碼器，光電編碼器可允許
0.5mm的安裝誤差，加工組裝成本更低。且不受強(qiáng)磁場干擾，抗變形抗震動效果優(yōu)于磁編碼器。
【附圖說明】
[0019]通過結(jié)合附圖對本公開示例性實施方式進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標(biāo)號通常代表相同部件。
[0020]圖1為根據(jù)本實用新型實施例的輪轂電機(jī)的側(cè)視透視圖。
[0021]圖2為根據(jù)本實用新型實施例的輪轂電機(jī)的側(cè)視爆炸圖。
[0022]圖3為根據(jù)本實用新型實施例的輪轂電機(jī)的立體爆炸圖。
[0023]圖4為根據(jù)本實用新型實施例的設(shè)有2個所述輪轂電機(jī)的輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤的立體圖。
[0024]圖5為根據(jù)本實用新型實施例的設(shè)有6個所述輪轂電機(jī)的輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤的立體圖。
[0025]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制;為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸;對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的；相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件;附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
【具體實施方式】
[0026]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的優(yōu)選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優(yōu)選實施方式，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
[0027]本實用新型涉及電機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)及輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤。所述輪轂電機(jī)包括電機(jī)軸、轉(zhuǎn)子、定子、光柵盤、光電編碼器;所述電機(jī)軸與所述定子連接，輪轂電機(jī)的定子的上有銅線繞組和光電編碼器;轉(zhuǎn)子上面附有光柵盤。
[0028]編碼器為光電編碼器，編碼器有光發(fā)射和接收電路，光線被光柵盤編碼后，可感應(yīng)光柵盤的轉(zhuǎn)動，輸出檢測信號。每圈可以輸出512、1024、2048、4096等數(shù)量的信號，大幅提高輪轂電機(jī)的速度和位置控制精度。
[0029]光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光柵盤可以是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。
[0030]所述光電編碼器的原理是光線透射或反射在光柵盤時產(chǎn)生的莫爾條紋，通過光敏接收電路輸出多個與轉(zhuǎn)動方向和速度相關(guān)的方波信號。
[0031]進(jìn)一步地，所述光電編碼器可選自反射式光電編碼器讀頭模塊，或投射式光電編碼器讀頭模塊HEDS-97xx、HEDS-91xx等型號。所述光柵盤可以選擇金屬碼盤、玻璃碼盤、菲林碼盤等。相比較磁編碼器，光電編碼器可允許0.5mm的安裝誤差，加工組裝成本更低。且不受強(qiáng)磁場干擾，抗變形抗震動效果優(yōu)于磁編碼器。
[0032]進(jìn)一步地，所述光電編碼器的個數(shù)為I個以上，所述光電編碼器可選為絕對式編碼器;或選增量式編碼器，輸出ABZ三個方波信號。
[0033]進(jìn)一步地，為了便于安裝光電編碼器和提高檢測的精度，所述定子上設(shè)有固定光電編碼器的基座。如果采用反射式光電編碼器，所述編碼器朝向光柵盤。如果采用投射式光電編碼器，所述編碼器跨在光柵盤外邊緣。
[0034]進(jìn)一步地，所述端蓋固定于轉(zhuǎn)子上，端蓋通過軸承與定子連接，端蓋開窗用于安裝并調(diào)節(jié)光電編碼器的位置，開窗可閉合。
[0035]進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子與輪轂連接，獲得了高效的傳動效果且簡化了輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[0036]進(jìn)一步地，所述輪轂電機(jī)還設(shè)有電機(jī)軸，所述電機(jī)軸與定子連接。
[0037]本實用新型所述輪轂電機(jī)可以為單側(cè)出軸輪轂電機(jī)，或雙側(cè)出軸輪轂電機(jī)。
[0038]此外，本實用新型還提供一種設(shè)有所述輪轂電機(jī)的輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤，編碼器信號接入機(jī)器人的運(yùn)動控制器，從而實現(xiàn)對機(jī)器人驅(qū)動輪的高精度速度控制。進(jìn)一步針對有四個輪轂電機(jī)或六個輪轂電機(jī)的機(jī)器人，可以實現(xiàn)多輪轂的速度同步控制，提高機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)度，并降低因不同步造成的驅(qū)動內(nèi)損耗。
[0039]進(jìn)一步地，所述輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤設(shè)有2或4個或更多個所述輪轂電機(jī)。機(jī)器人控制器需分別獲取各個輪轂電機(jī)編碼器的信號，對各個輪轂電機(jī)進(jìn)行精確同步變速控制。
[0040]下面結(jié)合【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步的說明。其中，附圖僅用于示例性說明，表示的僅是示意圖，而非實物圖，不能理解為對本專利的限制；為了更好地說明本實用新型的實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸;對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
[0041 ] 實施例1
[0042]如圖1?3所示，一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，包括端蓋1、光柵盤2、電機(jī)軸3、光電編碼器4、定子5、轉(zhuǎn)子6。光柵盤2安裝在端蓋I上;光電編碼器4設(shè)置于電機(jī)軸3上。電機(jī)軸3與定子5連接，定子5上有銅線繞組。轉(zhuǎn)子6與輪轂連接，并與定子配合安裝。在本實施例中為外裝式轉(zhuǎn)子。
[0043]本實用新型所述輪轂電機(jī)可以為雙側(cè)出軸輪轂電機(jī)。具體地，電機(jī)軸3可以伸出兩偵U，用于兩側(cè)固定輪轂電機(jī)。
[0044]實施例2
[0045]圖4為根據(jù)本實用新型實施例的設(shè)有2個所述輪轂電機(jī)的輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤的立體圖。在本實施例中，在底盤左右兩側(cè)分別設(shè)置一個具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，所述輪轂電機(jī)安裝在驅(qū)動輪上。在底盤的一端設(shè)置有一個從動輪。
[0046]實施例3
[0047]圖5為根據(jù)本實用新型實施例的設(shè)有6個所述輪轂電機(jī)的輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤的立體圖。在本實施例中，在底盤左右兩側(cè)分別設(shè)置3個具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，所述輪轂電機(jī)安裝在驅(qū)動輪上。針對有六個輪轂電機(jī)的機(jī)器人，可以實現(xiàn)多輪轂的速度同步控制，提高機(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)度，并降低因不同步造成的驅(qū)動內(nèi)損耗。
[0048]顯然，本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種具有高精度速度反饋的輪轂電機(jī)，其特征在于，輪轂電機(jī)包括電機(jī)軸、轉(zhuǎn)子、定子、光柵盤、光電編碼器； 所述電機(jī)軸與所述定子連接，所述定子上有銅線繞組； 所述光電編碼器安裝在所述定子上； 所述轉(zhuǎn)子與輪轂連接，并與所述定子配合安裝； 所述光柵盤與轉(zhuǎn)子相對固定安裝。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，所述光電編碼器為絕對式編碼器或選增量式編碼器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，所述光柵盤為金屬碼盤、玻璃碼盤或菲林碼盤。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，所述定子上設(shè)有固定編碼器的基座。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，所述光電編碼器為反射式光電編碼器，所述光電編碼器朝向所述光柵盤安裝。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，所述光電編碼器為投射式光電編碼器，所述編碼器跨在所述光柵盤外邊緣安裝。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括端蓋，所述端蓋固定于所述轉(zhuǎn)子上，端蓋通過軸承與定子連接； 所述端蓋設(shè)置有開窗，用于安裝并調(diào)節(jié)光電編碼器的位置。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪轂電機(jī)，其特征在于，所述輪轂電機(jī)為單側(cè)出軸輪轂電機(jī)，或雙側(cè)出軸輪轂電機(jī)。9.一種輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤，其特征在于，所述輪式機(jī)器人驅(qū)動底盤包括兩個以上的權(quán)利要求1-8中任一所述的輪轂電機(jī)，所述輪轂電機(jī)安裝在驅(qū)動輪上。
【文檔編號】H02K29/14GK205610445SQ201620239271
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】汪雅楠, 周發(fā)文, 佘文志
【申請人】北京云跡科技有限公司