本實用新型涉及電機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種移動式機器人用雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

常規(guī)電機在出廠之后其中的繞組匝數(shù)是固定不變的，所以電機一旦完成生產(chǎn)，其轉(zhuǎn)速特性和扭矩特性也不再發(fā)生變化。由于驅(qū)動系統(tǒng)中，驅(qū)動器所提供的最大電流Imax是一定的，不是任意無窮大，所以根據(jù)公式的推導(dǎo)，常規(guī)電機驅(qū)動系統(tǒng)提供的最大扭矩也是不變的。因此，傳統(tǒng)電機驅(qū)動的移動式機器人最高車速是一定的，最大牽引力也是一定的。

移動式機器人在特定場合中的設(shè)計問題因此出現(xiàn)，例如軍用警用機器人，經(jīng)常會被要求完成爬樓、穿越泥坑、穿越廢墟等高難度越野任務(wù)，同時要具有高機動性能。因此使用傳統(tǒng)電機時往往會因為爬樓等越野功能的需要把驅(qū)動系統(tǒng)配置成一個大扭矩驅(qū)動系統(tǒng)，從而喪失了高速機動性能，或者使用沉重的可變速比機械減速器進行減速比切換。在低阻力平地使用低減速比獲得較高車速，在越野大阻力場地使用高減速比獲得最大牽引力。但是在20公斤級機器人中使用高載荷可變速比減速器幾乎是不可能的，因為減速器太大，用在緊湊設(shè)備上完全不可能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種移動式機器人用雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)，以達到重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低，能夠在不同路面獲得最大速度和牽引力效能的目的。

為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種移動式機器人用雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)，包括星形繞組，所述星形繞組包括繞組A1、B1和C1，所述星形繞組的一端接成公共點，不引出，另一端分別輸出引線U1、V1和W1，所述引線U1、V1和W1連接驅(qū)動器一；所述繞組A1、B1和C1分別串聯(lián)繞組A2、B2和C2，并分別輸出引線U2、V2和W2，所述引線U2、V2和W2連接驅(qū)動器二；所述驅(qū)動器一和驅(qū)動器二并聯(lián)霍爾角度傳感器，且驅(qū)動器一和驅(qū)動器二均連接牽引力控制系統(tǒng)。

上述方案中，所述牽引力控制系統(tǒng)通過串行控制總線與驅(qū)動器一和驅(qū)動器二進行通信連接。

上述方案中，所述驅(qū)動器一和驅(qū)動器二通過霍爾角度傳感器總線與霍爾角度傳感器連接。

進一步的技術(shù)方案中，所述繞組A1、B1和C1為M匝Φ1銅絲繞制而成，繞組A2、B2和C2為N匝Φ2銅絲繞制而成，Φ1與Φ2相同或不同。

進一步的技術(shù)方案中，所述驅(qū)動器一和驅(qū)動器二均采用MOSFET作為功率元件。

通過上述技術(shù)方案，本實用新型提供的雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)在電機繞組方面可以讓使用此結(jié)構(gòu)的電機具有2個轉(zhuǎn)速-扭矩工作特性，因此可以讓使用此系統(tǒng)的機器人在不同路面獲得最大速度和牽引力效能，而不必借助復(fù)雜的機械變速機構(gòu)，因此具有如下優(yōu)點：

(1)省掉可變速比減速器，就可以達到有減速器的效果；

(2)省掉減速器所占的空間和重量，使機器人結(jié)構(gòu)可以更加緊湊；

(3)與使用蠻力的設(shè)計方式相比，本系統(tǒng)使用的電機功率可以做的更低，再次減少系統(tǒng)重量；

(4)與單個驅(qū)動器的常規(guī)驅(qū)動系統(tǒng)相比，本冗余驅(qū)動系統(tǒng)故障率更低。

冗余驅(qū)動器方面：

由于本實用新型使用的是兩路冗余驅(qū)動方式，由于采用MOSFET作為功率元件的驅(qū)動器其本身就有體積小功率密度高的優(yōu)點，所以使用兩個驅(qū)動器分別對繞組驅(qū)動，大大降低了使用開關(guān)方式進行繞組切換方式的電路體積和發(fā)熱量。由于沒有使用繼電器的切換，本套系統(tǒng)完全使用MOSFET為功率元件，因此工作過程中不會產(chǎn)生任何火花，可以應(yīng)用在防爆領(lǐng)域。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為本實用新型實施例所公開的一種移動式機器人用雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)接線示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

本實用新型提供了一種移動式機器人用雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)，如圖1所示的結(jié)構(gòu)，該驅(qū)動系統(tǒng)可以根據(jù)不同的路況獲得不同的速度和牽引力效能。

如圖1所示的移動式機器人用雙速率冗余電子驅(qū)動系統(tǒng)，包括星形繞組，星形繞組包括繞組A1、B1和C1，星形繞組的一端接成公共點，不引出，另一端分別輸出引線U1、V1和W1，引線U1、V1和W1連接驅(qū)動器一；繞組A1、B1和C1分別串聯(lián)繞組A2、B2和C2，并分別輸出引線U2、V2和W2，引線U2、V2和W2連接驅(qū)動器二；繞組A1、B1和C1為M匝Φ1銅絲繞制而成，繞組A2、B2和C2為N匝Φ2銅絲繞制而成，Φ1與Φ2相同或不同，可以根據(jù)電機需要進行設(shè)計。

驅(qū)動器一和驅(qū)動器二并聯(lián)霍爾角度傳感器，驅(qū)動器一和驅(qū)動器二通過霍爾角度傳感器總線與霍爾角度傳感器連接。驅(qū)動器一和驅(qū)動器二均連接牽引力控制系統(tǒng)；牽引力控制系統(tǒng)通過串行控制總線與驅(qū)動器一和驅(qū)動器二進行通信連接。

驅(qū)動器一和驅(qū)動器二均采用MOSFET作為功率元件。牽引力控制系統(tǒng)TCU負(fù)責(zé)對兩個驅(qū)動器進行管理，通過串行總線對兩個驅(qū)動器進行雙線通信，通信種可以發(fā)送轉(zhuǎn)速和截止等命令代碼，并且獲得電機轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，以及狀態(tài)代碼。

當(dāng)驅(qū)動器一對U1，V1，W1驅(qū)動的時候，驅(qū)動器二關(guān)閉，繞組A1，B1，C1有電流流過，此時電機相當(dāng)于一個M匝的電機，具有M匝電機的特性，可以獲得最高轉(zhuǎn)速常數(shù)。

當(dāng)驅(qū)動器二對U2，V2，W2驅(qū)動的時候，驅(qū)動器一關(guān)閉，繞組A1，B1，C1和A2，B2，C2都有電流流過，此時電機相當(dāng)于一個M+N匝的電機，具有M+N匝電機的特性，可以獲得最高轉(zhuǎn)矩。

因此，當(dāng)機器人在低阻力地面行駛的時候，系統(tǒng)由驅(qū)動器一驅(qū)動，此時機器人可以獲得最大行駛車速。當(dāng)機器人需要爬樓、穿越廢墟的時候，系統(tǒng)由驅(qū)動器二驅(qū)動，此時機器人可以獲得最大牽引力。

由于驅(qū)動器一和驅(qū)動器二都可以讓機器人行走，因此驅(qū)動器一和驅(qū)動器二可組成冗余系統(tǒng)，由牽引力控制系統(tǒng)TCU控制。當(dāng)某一驅(qū)動器出現(xiàn)故障時，由牽引力控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制其關(guān)閉，由另外一個正常驅(qū)動器提供電機運轉(zhuǎn)控制。

設(shè)單獨一個驅(qū)動器的故障概率為β，系統(tǒng)整體故障概率為λ，因為兩個驅(qū)動器相對獨立，因此只有當(dāng)兩個驅(qū)動器同時損壞的時候才認(rèn)定驅(qū)動系統(tǒng)失效。所以系統(tǒng)整體故障概率λ＝β*β，因為單獨驅(qū)動器的故障概率β遠(yuǎn)小于1，所以此冗余系統(tǒng)的故障概率相遠(yuǎn)小于普通單路驅(qū)動系統(tǒng)的故障概率，即λ<<β。因此，此結(jié)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)特別適合警用軍用以及其他對可靠性要求很高的場合。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。