本實(shí)用新型涉及一種用于機(jī)器人和機(jī)動(dòng)車輛行走和轉(zhuǎn)向的集成了液壓制動(dòng)與懸掛系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)輪，屬于機(jī)械行走和轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

科技帶來的碩果已經(jīng)滲透到了我們生活的方方面面，特別是在汽車行業(yè)里，類似自動(dòng)泊車、定速巡航，甚至自動(dòng)駕駛現(xiàn)如今都屢見不鮮。良好的操控感、舒適的駕車環(huán)境、高級(jí)私人訂制等雖然可以吸引住大多數(shù)的注意力，但是轉(zhuǎn)向空間的局限、運(yùn)動(dòng)方式的單一確是一個(gè)汽車發(fā)展中掩蓋不住的短板。

雖然現(xiàn)在也有很多采用麥克納姆輪或是多輪體分散驅(qū)動(dòng)的全方位移動(dòng)車輛，但是大多為微型化特種載體，或者是車間用AGV(自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車)等，真正并沒有進(jìn)入日常民用領(lǐng)域。

目前亟需一種可以在停車或是行進(jìn)中360°原地轉(zhuǎn)向，并對(duì)于不規(guī)則坑洼路面具有堅(jiān)強(qiáng)的穩(wěn)定通過性能的行走和轉(zhuǎn)向伺服驅(qū)動(dòng)輪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型提供一種集驅(qū)動(dòng)、電控、剎車、減震、檢測(cè)、控制裝置于一體，結(jié)構(gòu)緊湊，操控性好的集成液壓制動(dòng)與懸掛系統(tǒng)的行走和轉(zhuǎn)向伺服驅(qū)動(dòng)輪。

本實(shí)用新型的集成液壓制動(dòng)與懸掛系統(tǒng)的行走和轉(zhuǎn)向伺服驅(qū)動(dòng)輪，采用下述技術(shù)方案：

該行走和轉(zhuǎn)向伺服驅(qū)動(dòng)輪，包括懸掛箱、懸架、直行傳動(dòng)鏈、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈、減震模組、剎車模組和控制模組；懸掛箱與懸架之間設(shè)置有回轉(zhuǎn)支撐；直行傳動(dòng)鏈與減震模組連接，減震模組和剎車模組均安裝在懸架上；轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈包括轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)與懸掛箱以及回轉(zhuǎn)支撐的外圈依次連接在一起，轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)的輸出端與回轉(zhuǎn)支撐的內(nèi)圈以及懸架依次連接在一起，轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)安裝在懸掛箱上并與轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)通過齒輪傳動(dòng)連接；控制模組包括直行速度閉環(huán)控制單元、轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元及剎車控制單元；直行傳動(dòng)鏈與直行速度閉環(huán)控制單元通過控制總線連接；轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元通過控制總線連接；剎車模組與剎車控制單元連接。

所述轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)和減速器，減速器連接在減速器固定法蘭上，減速器固定法蘭、懸掛箱和回轉(zhuǎn)支撐的外圈依次連接在一起，減速器的輸入端與轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)連接，減速器的輸出端安裝有測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪，測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪、回轉(zhuǎn)支撐的內(nèi)圈與懸架依次連接在一起，轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)通過控制總線與轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元連接。

所述轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)，包括測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器、測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)減速齒輪和齒輪支撐架，測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器安裝在齒輪支撐架上，測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪安裝在齒輪支撐架內(nèi)并與轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)中的測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪嚙合，測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪與測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器連接，齒輪支撐架安裝在懸掛箱上，測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器通過控制總線與轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元連接。

所述剎車模組，包括直線電動(dòng)缸、液壓油泵、碟剎盤和碟剎卡鉗；直線電動(dòng)缸安裝于懸架上，液壓油泵與直線電動(dòng)缸連接，液壓油泵通過輸油軟管與碟剎卡鉗連接，碟剎盤安裝在直行傳動(dòng)鏈中的車輪中軸上，碟剎卡鉗安裝在直行傳動(dòng)鏈中的支撐盤上，直線電動(dòng)缸通過控制總線與剎車控制單元連接。

所述直行傳動(dòng)鏈，包括輪胎、輪輞、輪轂電機(jī)、車輪中軸、支撐盤和直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器，輪轂電機(jī)設(shè)置在輪胎內(nèi)的輪輞上，車輪中軸一端與輪轂電機(jī)連接，一端與減震模組中的直線導(dǎo)軌固定架連接，車輪中軸上安裝有碟剎盤和直行測(cè)速一級(jí)齒輪，支撐盤固接在減震模組中的直線導(dǎo)軌固定架上，直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器安裝在支撐盤上，直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器上安裝有與直行測(cè)速一級(jí)齒輪嚙合的直行測(cè)速二級(jí)齒輪，輪轂電機(jī)和直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器均通過控制總線與直行速度閉環(huán)控制單元連接。所述直行測(cè)速一級(jí)齒輪與直行測(cè)速二級(jí)齒輪的傳動(dòng)比為11:4。

所述減震模組，包括彈性阻尼氣缸、直線軸承、直線導(dǎo)軌和直線導(dǎo)軌固定架，彈性阻尼氣缸一端連接在懸架上，另一端通過銷軸與直線導(dǎo)軌固定架連接，直線導(dǎo)軌固定在直線導(dǎo)軌固定架上，直線軸承安裝在直線導(dǎo)軌上并固定在懸架上。

上述驅(qū)動(dòng)輪的工作過程如下：

當(dāng)直行時(shí)，動(dòng)力源為輪轂電機(jī)，速度信號(hào)由上位機(jī)給定，通過齒輪傳動(dòng)將實(shí)際車輪速度反饋到直行測(cè)速編碼器一端，進(jìn)而將速度信號(hào)傳輸?shù)娇刂颇＝M直行速度閉環(huán)控制單元中，并與給定速度作比較，修正后根據(jù)誤差調(diào)整速度給定。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向角度信號(hào)由上位機(jī)給定，轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)懸架轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將其轉(zhuǎn)角反饋到轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而角度信號(hào)反饋到轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元中，并與給定角度作比較，修正后根據(jù)誤差調(diào)整轉(zhuǎn)角給定。減震模組主要用于車輪行至坑洼地的緩沖避震。當(dāng)需要?jiǎng)x車時(shí)，一方面控制模組中的直行速度閉環(huán)控制單元接收上位機(jī)信號(hào)斷開直行傳動(dòng)鏈的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，另一方面控制模組中的剎車控制單元接收到上位機(jī)信號(hào)，控制剎車模組完成剎車動(dòng)作。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，裝配簡(jiǎn)便，操控性好；具有以下特點(diǎn)：

1.設(shè)計(jì)緊湊，集多個(gè)功能模組于一身；由一臺(tái)輪轂電機(jī)及一臺(tái)轉(zhuǎn)向無刷直流伺服電機(jī)提供，集驅(qū)動(dòng)、電控、剎車、減震、檢測(cè)、控制裝置于一體。車輪與車體接口簡(jiǎn)單緊湊，速度、角度控制精準(zhǔn)。

2.可以在停車或是行進(jìn)中360°原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向域擴(kuò)展至360°，直行速度及轉(zhuǎn)向角度采用閉環(huán)控制，運(yùn)動(dòng)精確。

3.具有被動(dòng)減震緩沖及液壓防爆碟剎功能，對(duì)于不規(guī)則坑洼路面具有較強(qiáng)的穩(wěn)定通過性能，其高速通過不規(guī)則坑洼地面或是高速時(shí)停車均能表現(xiàn)出較好的動(dòng)態(tài)性及操作感。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型集成液壓制動(dòng)與懸掛系統(tǒng)的行走和轉(zhuǎn)向伺服驅(qū)動(dòng)輪的外觀示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中剎車模組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型中直行傳動(dòng)鏈的結(jié)造示意圖。

圖5是本實(shí)用新型中減震模組的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.懸掛箱，2.懸架，3.控制模組，4.轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)，5.轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)，6.剎車模組，7.直行傳動(dòng)鏈，8.減震模組；

401.轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)，402.電機(jī)固定法蘭，403.諧波減速器，404.測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪，405. 減速器固定法蘭，406.回轉(zhuǎn)支撐；

501.測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器，502.編碼器固定法蘭，503.深溝球軸承，504.測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪，505.齒輪支撐架；

601.直線電動(dòng)缸，602.液壓油泵，603.碟剎盤，604.碟剎卡鉗，605.輸油軟管；

701.輪胎，702.輪轂電機(jī)，703.輪輞，704.直行測(cè)速一級(jí)齒輪，705.車輪中軸，706. 直行測(cè)速二級(jí)齒輪，707.支撐盤，708.直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器；

801.彈性阻尼氣缸，802.直線導(dǎo)軌固定架，803.限位橡膠塊，804.直線軸承，805.直線導(dǎo)軌。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的集成液壓制動(dòng)與懸掛系統(tǒng)的行走和轉(zhuǎn)向伺服驅(qū)動(dòng)輪，如圖1所示，包括懸掛箱1、懸架2、直行傳動(dòng)鏈7、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈、減震模組8、剎車模組6和控制模組3。懸掛箱1通過回轉(zhuǎn)支撐406與懸架2相連接(參見圖2)。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)鏈包括轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)4和轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)5(參見圖2)。轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)4和轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)5均安裝在懸掛箱1的上部，且置于懸掛箱1內(nèi)。

控制模組3包括直行速度閉環(huán)控制單元、轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元及剎車控制單元，三個(gè)控制單元集成在控制盒內(nèi)，控制盒安裝在懸掛箱1上且置于懸掛箱1內(nèi)部。閉環(huán)控制單元可以采用現(xiàn)有技術(shù)，都是模擬電路。直行速度閉環(huán)控制單元和轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元中包括信號(hào)放大器、運(yùn)算器、執(zhí)行器、信號(hào)采集及反饋模塊。上位機(jī)給定信號(hào)可以為電壓，也可以為電流，通過與車輪實(shí)際反饋信號(hào)(電壓或是電流)相比較，得出的差值經(jīng)放大器放大后進(jìn)一步給定到運(yùn)算器，通過運(yùn)算器的計(jì)算將實(shí)際的控制電壓或是電流施加給電動(dòng)部件，進(jìn)而修正直行速度和轉(zhuǎn)角角度，達(dá)到直行速度伺服和轉(zhuǎn)角角度伺服的效果。而剎車控制單元無需反饋，所以較比前兩者缺省信號(hào)采集及反饋模塊，其余部分及原理相同。

如圖2所示，轉(zhuǎn)向動(dòng)力機(jī)構(gòu)4包括轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401、減速器403和測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404。轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401采用無刷直流伺服電機(jī)，減速器403采用精密諧波減速器。轉(zhuǎn)向伺服電機(jī) 401安裝在電機(jī)固定法蘭402上，電機(jī)固定法蘭402連接在減速器403的外殼上，減速器403 安裝在減速器固定法蘭405上，減速器403的輸入端與轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401連接，減速器403 的輸出端安裝有測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404?；剞D(zhuǎn)支撐406作為雙向連接件，包括能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)圈和外圈。通過螺栓將減速器固定法蘭405、懸掛箱1和回轉(zhuǎn)支撐406的外圈依次連接在一起，測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404、回轉(zhuǎn)支撐406的內(nèi)圈與懸架2通過長(zhǎng)螺栓依次連接在一起。

轉(zhuǎn)向檢測(cè)機(jī)構(gòu)5包括測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501、編碼器固定法蘭502、深溝球軸承503、測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)減速齒輪504和齒輪支撐架505。測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501固定在編碼器固定法蘭502上并與測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪504相嚙合，測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪504通過深溝球軸承503安裝在齒輪支撐架505內(nèi)并與測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404嚙合。測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪504的安裝軸伸出齒輪支撐架505并通過頂絲與測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501連接。齒輪支撐架505安裝在懸掛箱1的內(nèi)部底面上。編碼器固定法蘭502固定在懸掛箱1上。

轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401和測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501均通過數(shù)據(jù)總線與轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元連接，接受轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元的直接控制。測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501的檢測(cè)信號(hào)通過控制總線直接傳送到轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元之中。

轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401通過減速器403減速后帶動(dòng)懸架2轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車輪轉(zhuǎn)向；同時(shí)轉(zhuǎn)速通過測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404與測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪504的嚙合傳遞給測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向檢測(cè)。測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404與測(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪504的傳動(dòng)比為1:1。

如圖3所示，剎車模組6包括直線電動(dòng)缸601、液壓油泵602、碟剎盤603和碟剎卡鉗 604；直線電動(dòng)缸601安裝于懸架2的一側(cè)，液壓油泵602連接在直線電動(dòng)缸601上，液壓油泵602通過輸油軟管605與碟剎卡鉗604連接。碟剎盤603安裝在車輪中軸705上。碟剎卡鉗604安裝在支撐盤707上。直線電動(dòng)缸601通過控制總線與剎車控制單元連接，接受剎車控制單元的直接控制。

如圖4所示，直行傳動(dòng)鏈7由輪胎701、輪轂電機(jī)702、輪輞703、車輪中軸705、直行測(cè)速一級(jí)齒輪704、直行測(cè)速二級(jí)齒輪706、支撐盤707和直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器708。輪轂電機(jī)702設(shè)置在輪胎701的輪輞703上，輪轂電機(jī)702與車胎701為一體結(jié)構(gòu)。車輪中軸705 與輪轂電機(jī)702連接。車輪中軸705上安裝有碟剎盤603和直行測(cè)速一級(jí)齒輪704，車輪中軸705通過平鍵與減震模組中的直線導(dǎo)軌固定架802連接。參見圖5，支撐盤707固接在直線導(dǎo)軌固定架802上。直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器708安裝在支撐盤707上，直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器708上安裝有與直行測(cè)速一級(jí)齒輪704嚙合的直行測(cè)速二級(jí)齒輪706。直行測(cè)速一級(jí)齒輪704與直行測(cè)速二級(jí)齒輪706的傳動(dòng)比為11:4。輪轂電機(jī)702和直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器 708均通過控制總線與直行速度閉環(huán)控制單元連接，接受直行速度閉環(huán)控制單元的直接控制。

如圖5所示，減震模組8包括彈性阻尼氣缸801、直線導(dǎo)軌固定架802、直線軸承804 和直線導(dǎo)軌805。彈性阻尼氣缸801連接在懸架2上，直線導(dǎo)軌固定架802與彈性阻尼氣缸 801連接，直線導(dǎo)軌805安裝在直線導(dǎo)軌固定架802上，直線軸承804的上端設(shè)置有限位橡膠塊803。帶座的直線軸承804與直線導(dǎo)軌805配合，并固定在懸架2上。直線導(dǎo)軌固定架 802上連接支撐盤707。

車輪直行或是后退時(shí)，上位機(jī)給控制模組信號(hào)3信號(hào)，控制模組3中的直行速度閉環(huán)控制單元向輪轂電機(jī)發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，輪轂電機(jī)702產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)由輪胎701和輪輞703組成的車輪由前行或后退。行駛速度由直行測(cè)速一級(jí)齒輪23與直行測(cè)速二級(jí)齒輪25 組成的11:4增速傳動(dòng)反饋到直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器708上。直行測(cè)速絕對(duì)值編碼器708檢測(cè)到的速度信號(hào)反饋到控制模組3中的直行速度閉環(huán)控制單元中，通過與輸入信號(hào)的比較，修正后根據(jù)誤差調(diào)整速度給定，從而使行駛速度與給定速度相等。

車輪轉(zhuǎn)向時(shí)，上位機(jī)將轉(zhuǎn)向角度信號(hào)施加在控制模組3轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元中，產(chǎn)生的控制信號(hào)進(jìn)一步控制轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401，轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)401輸出速度與扭矩由減速器403 減速增扭后施加在懸架2上，進(jìn)而帶動(dòng)懸架2上各部分一同轉(zhuǎn)向。與減速器403相連接的測(cè)轉(zhuǎn)角一級(jí)齒輪404將輸出的角位移傳遞給同其齒數(shù)相當(dāng)?shù)臏y(cè)轉(zhuǎn)角二級(jí)齒輪504上，進(jìn)而帶動(dòng)與其相連的測(cè)轉(zhuǎn)角絕對(duì)值編碼器501產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)，此信號(hào)通過與控制模組3轉(zhuǎn)向位置閉環(huán)控制單元中的輸入信號(hào)相比較，修正后根據(jù)誤差進(jìn)一步補(bǔ)償給定，從而使實(shí)際轉(zhuǎn)向角度通給定相等。

當(dāng)車輪經(jīng)過不平起伏地時(shí)，由直行傳動(dòng)鏈7中輪胎701與地面接觸產(chǎn)生的地面起伏信息通過車輪中軸705反映到直線導(dǎo)軌固定架802上，進(jìn)一步推動(dòng)彈性阻尼氣缸28，通過彈性阻尼氣缸28彈性緩沖和能量阻尼耗散，將地面的起伏波動(dòng)減弱或是消除。直線導(dǎo)軌805與直線軸承804主要起導(dǎo)向作用，一方面保證直行傳動(dòng)鏈7與懸架2的方位關(guān)系，一方面保證地面起伏波動(dòng)保持豎直方向傳遞到彈性阻尼氣缸801上。

當(dāng)車輪需要急停時(shí)，一方面上位機(jī)向控制模組3中的直行速度閉環(huán)控制單元發(fā)信號(hào)，進(jìn)而由直行速度閉環(huán)控制單元發(fā)信號(hào)切斷控制輪轂電機(jī)703的速度與扭矩輸出。同時(shí)，上位機(jī)的信號(hào)給定到控制模組3中的剎車控制單元，進(jìn)而將剎車控制單元處理后的信號(hào)發(fā)送到直線電動(dòng)缸601中，直線電動(dòng)缸601的缸桿伸出，將液壓油泵602的活塞推至最上端，活塞又將液壓油通過輸油軟管605擠壓到碟剎卡鉗604中，碟剎卡鉗604夾緊碟剎盤603，使輪轂電機(jī)702減速，進(jìn)而將車輪行進(jìn)速度減小至零，車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。