基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車，涉及短途載運小車。本發明包括車架（10）、輪轂電機（20）、控制器（30）、電池倉（40）和萬向輪（50）；在車架（10）底部的前后分別設置有輪轂電機（20）和萬向輪（50）；在車架（10）上設置有控制器（30）和電池倉（40）；輪轂電機（20）和電池倉（40）分別與控制器（30）連接。與現有技術相比，本發明輸出力矩得到放大；輪轂電機極大簡化了外部傳動結構；輕便，節省空間，進一步減輕了小車的重量；操作簡單，容易控制；適用于快遞、倉儲、超市、醫院和酒店等行業的短途搬運。
【專利說明】
基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車
技術領域
[0001]本發明涉及短途載運小車，尤其涉及一種基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車。【背景技術】
[0002]近年來，隨著電子商務的迅速發展，快遞業也蓬勃發展起來。但物流產業的人力、 基礎設施等投入都趕不上電子商務發展速度，末端運力受到一定限制，所以快遞到貨周期變長。快遞業的蓬勃發展迅速地改變了人們的生活和購物方式，成就了部分企業甚至行業的快速發展。隨著快遞業的社會需求與日倶增，快遞分揀基礎設施卻得不到改善和發展。貨物太重或者貨物量太大導致快遞員在派發過程中體力透支，從而導致快遞分發效率不高。 尤其在網絡購物節、長假日等特殊情況下，快遞公司會出現爆倉現象。這不僅對快遞公司造成巨大影響，也使得快遞員身心疲憊。在倉儲以及超市等空間比較狹小的地方，現有動力機械由于空間的原因難以進入，傳統的搬運設備主要依靠人力，造成現有的貨物短途搬運不僅工作效率低下而且工作人員的勞動強度很高。
[0003]因此改善基礎配貨設施，設計輕型載運小車減輕短途搬運工作勞動強度是目前快遞、倉儲、超市、醫院和酒店等行業亟待解決的問題。輕型載運小車的出現，不僅可以幫助工作人員減輕工作負擔，還能提高分揀效率，保證貨物短途搬運快速和省力。
【發明內容】

[0004]本發明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車簡稱小車。
[0006]具體地說，小車包括車架、輪轂電機、控制器、電池倉和萬向輪；其位置和連接關系是:在車架底部的前后分別設置有輪轂電機和萬向輪；在車架上設置有控制器和電池倉；輪轂電機和電池倉分別與控制器連接。
[0007]與現有技術相比，本發明具有以下優點和積極效果:①輸出力矩得到放大，有利于在載運較重的貨物時提供足夠的動力，在運送重物時能達到助力的效果；②輪轂電機極大簡化了外部傳動結構，使結構更加簡單，采用的無刷電機功率大，相比于有刷電機，不會產生電刷燒蝕，且能通過電磁場方便地進行剎車，避免了機械剎車導致的機械磨損，電子剎車是利用磁場對電機進行減速，不會發生摩擦，大大延長電機的使用壽命；③輕便，節省空間，能在倉庫、超市、小區內的復雜路況下使用，使用電子剎車進行減速，避免了使用制動器，進一步減輕了小車的重量；④操作簡單，容易控制，采用搖桿控制和手推助力兩種模式，工作模式多樣便捷，輪轂電機在使用過程中出現問題時可以直接對輪轂電機進行更換，互換通用性強，可直接對現有的普通小推車進行安裝改造；適用于快遞、倉儲、超市、醫院和酒店等行業的短途搬運。【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的結構示意圖；圖2是輪轂電機的結構爆炸圖；圖3是本發明的電路原理方框圖；圖4是本發明的的控制流程圖。圖中:10—車架；11 一扶手，22—底板；20—輪轂電機，21—左側輪轂電機，22—右側輪轂電機；201—第1固定環，202—第1軸承，203—外圈軸承，204—磁鋼組，205—電機軸，206—定子繞組，207—第2固定環，208—磁鋼筒，209—磁鋼架，210—第1行星架，211—第1定子軸承，212—第2定子軸承，213—行星齒輪，214—中心齒輪，215—塾片，216—第2行星架，217—齒輪軸，218—外側套筒，219—輪圈；30 一控制器，31—啟停機開關，32—控制模式選擇開關，33—前進后退選擇開關，34—搖桿電位器，35 — MSP430單片機，36—左側電子調速器，37—右側電子調速器，38—左側速度檢測器，39—右側速度檢測器；40—電池倉，41 一 18650電池組，42—保護板，43—充電口；50一萬向輪。【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖和實施例詳細說明:一、小車的結構1、總體如圖1，小車包括車架10、輪轂電機20、控制器30、電池倉40和萬向輪50;其位置和連接關系是:在車架10底部的前后分別設置有輪轂電機20和萬向輪50;;在車架10上設置有控制器30和電池倉40;輪轂電機20和電池倉40分別與控制器30連接。
[0010]2、功能部件1)車架10如圖1，所述的車架10是一種由扶手11和底板12垂直連接組成的L型結構。
[0011]其功能是起支撐作用。
[0012]車架10采用不銹鋼材料制作，底板12長140cm、寬80cm、厚3mm;扶手11高100cm。[〇〇13]2)輪轂電機20如圖2,所述的輪轂電機20包括左側輪轂電機21和右側輪轂電機22;是一種微型電機，由第1固定環201、第1軸承202、外圈軸承203、磁鋼組204、電機軸205、 定子繞組20、第2固定環207、磁鋼筒208、磁鋼架209、第1行星架210、第1定子軸承211、第2定子軸承212行星齒輪213中心齒輪214墊片215、第2行星架216、齒輪軸217、外側套筒218、輪圈219組成；其位置和連接關系是:第1固定環201右側與外圈軸承203的左側相連，外圈軸承203的右側與第2固定環207的左側相連，第1軸承202安裝電機軸205在左側的凸臺上，定子繞組206安裝在電機軸205上磁鋼04)用厭氧膠粘貼在磁鋼筒208內側，磁鋼架209左側與磁鋼筒208右側相連;第1定子軸承 211和第2定子軸承212相連，安裝在磁鋼架209中心孔內，中心齒輪214安裝在磁鋼架209右端的凸臺上，第1行星架210外側的三個孔與齒輪軸217左側相連，行星齒輪213安裝在齒輪軸217上，齒輪軸217右側與第2行星架216相連，墊片215右側與第2行星架216相連，墊片215 左側與第2定子軸承212右側相連，外側套筒218右端內壁有內齒，與行星齒輪213嚙合，行星齒輪213與中心齒輪214嚙合。
[0014]3)控制器 30如圖3,所述的控制器30包括啟停機開關31、控制模式選擇開關32、前進后退選擇開關 33、搖桿電位器34、MSP430單片機35、左側電子調速器36和右側電子調速器37、左側速度檢測器38和右側速度檢測器39;其位置和連接關系是:左、右側速度檢測器38、39分別安裝于左、右輪轂電機21、22的一側；啟停機開關31、控制模式選擇開關32、前進后退選擇開關33和搖桿電位器34分別與 MSP430單片機35連接，實現開關控制；左、右側速度檢測器38、39分別與MSP430單片機35連接，檢測左、右輪轂電機21、22的轉速；左、右側電子調速器36、37分別與MSP430單片機35連接，調節左、右輪轂電機21、22的轉速。[〇〇15](1)啟停機開關31啟停機開關31采用31KCD1-101船型開關，與MSP430單片機35連接，用于發送開機關機信號。
[0016](2)控制模式選擇開關32控制模式選擇開關32采用31KCD1-101船型開關，與MSP430單片機35連接，用于發送控制模式信號。[〇〇17](3)前進后退選擇開關33前進后退選擇開關33采用31KCD1-101船型開關，與MSP430單片機35連接，用于發送前進后退模式信號。
[0018](4)搖桿電位器34搖桿電位器34采用通用10K歐姆自動復位電位器，長17mm、寬17mm、高10mm，與MSP430單片機35連接，用于發送兩路電壓信號，分別控制輪轂電機20加速、減速、左轉和右轉。
[0019](5)MSP430單片機 35其內嵌的軟件是使用C語言編寫，燒錄于MSP430單片機35當中，對小車的運動進行總體控制。
[0020]如圖4,其流程是:①開始-401;②判斷啟停機開關是否打開-402，是則進入步驟③，否則繼續步驟②；③判斷是否選擇為搖桿控制模式-403,是則進入步驟④，否則檢測左、右側輪轂電機速度-409,又控制電機加速、減速、左轉和右轉-410,再進入步驟②；④判斷是否為前進狀態-404,是則進入步驟⑤，否則將程序設置為電機反向轉動轉動狀態-411，再進入步驟⑤；⑤檢測搖桿電位器第一路電壓-405;⑥控制電機加減速-406;⑦檢測搖桿電位器第二路電壓-407,再分別跳轉到步驟②和進入步驟⑧；⑧控制左轉右轉-408。
[0021](6)左側電子調速器36左側電子調速器36采用通用型EMAX 60A Simonk固件電調；MSP430單片機35單片機、左側電子調速器36、左側輪轂電機21依次連接，對左側輪轂電機21的轉速進行調節。[〇〇22](7)右側電子調速器37右側電子調速器37采用通用型EMAX 60A Simonk固件電調；MSP430單片機35單片機、右側電子調速器37和右側輪轂電機22依次連接，對右側輪轂電機22的轉速進行調節。[〇〇23](8)左側速度檢測器38左側速度檢測器38采用QTI灰度傳感器，安裝在左側輪轂電機21右側0.5cm處，左側速度檢測器38和單片機35連接，對左側輪轂電機21進行速度檢測。[〇〇24](9)右側速度檢測器39右側速度檢測器39采用QTI灰度傳感器，安裝在右側輪轂電機22左側0.5cm處，右側速度檢測器39和單片機35連接，對右側輪轂電機22進行速度檢測。[〇〇25] 其工作機理是:啟停機開關31—端與地連接，另一端與MSP430單片機35的P1.0引腳連接，啟停機開關 31接通時輸出低電平；控制模式選擇開關32—端與地連接，另一端與MSP430單片機35的P1.1引腳連接，控制模式選擇開關32接通時輸出低電平；前進后退選擇開關33—端與地連接，另一端與MSP430單片機41的P1.0引腳連接，前進后退選擇開關33接通時輸出低電平；搖桿電位器34對應輸出兩路電壓信號，分別連接MSP430單片機35的兩路ADC采集通道， 當搖桿向前搖動時，第一路電壓升高，搖桿向后搖動時，第一路電壓降低；當搖桿向左搖動時，第二路電壓升高，搖桿向右搖動時，第二路電壓降低；MSP430單片機35的P1.0、P1.1、P1.2引腳均設置為上拉輸入狀態，開關斷開時，MSP430 單片機35對應引腳檢測為高電平，開關接通時，MSP430單片機35對應引腳檢測為低電平；當 P1.0引腳檢測為高電平時，小車為停機狀態，P1.0引腳檢測為低電平時，小車為開機狀態； 當P1.1引腳檢測為高電平時，小車為手推助力模式，P1.0引腳檢測為低電平時，小車為搖桿控制模式；當P1.2引腳檢測為高電平時，小車為前進模式，P1.2引腳檢測為低電平時，小車為后退模式;第一路電壓升高時，MSP430單片機35同時對左側電子調速器36和右側電子調速器37輸出信號控制輪轂電機20加速轉動，第一路電壓降低時，MSP430單片機35同時對左側電子調速器36和右側電子調速器37輸出信號控制輪轂電機20減速剎車;第二路電壓升高時，MSP430單片機35對右側電子調速器37發送加速旋轉信號，控制右側輪轂電機22加速旋轉，實現小車向左轉彎，第二路電壓降低時，MSP430單片機35對左側側電子調速器41發送加速旋轉信號，控制左側輪轂電機21加速旋轉，實現小車向右轉彎。左側速度檢測器3 8向 MSP430單片機35發送左側輪轂電機21速度信息，右側速度檢測器39向MSP430單片機35發送右側輪轂電機22速度信息，在手推助力模式下，MSP430單片機35依據兩個速度信息分別對左側電子調速器36和右側電子調速器37發送控制信號，使左側輪轂電機21和右側輪轂電機 22分別保持當前轉速實現助力功能。
[0026]4)電池倉 40所述的電池倉40由18650電池組41、保護板42和充電口 43組成；其位置和連接關系是:18650電池組41安裝在電池倉40中部，保護板42安裝在電池倉40左側，充電口 43安裝在電池倉40右側;保護板42與18650電池組41相連接，充電口 43與保護板42相連接。[〇〇27] 其工作機理是:在放電時，保護板42檢測18650電池組41輸出電流和輸出電壓，當輸出電流超過20A時或輸出電壓小于20V時，會切斷對外部的供電，以保護電池倉40安全工作；在充電時，保護板42檢測輸入電壓和輸入電流，當輸入電壓超過32V或輸入電流超過2A 時，保護板42會切斷輸入電流，另外保護板42會對18650電池組41中的每一串電池進行電壓檢測，當一串電池電壓達到3.7 V時切斷對該串電池的充電切換到下一串電池，防止電池的過沖現象，保證電池安全充電。
[0028]5)萬向輪 50萬向輪50采用通用型4寸平板推車萬向輪，安裝在底板12的底部，用于小車的轉向。
[0029]3、工作機理用戶通過啟停機開關31、控制模式選擇開關32、前進后退選擇開關33對小車的工作模式進行選擇，MSP430單片機35檢測到控制信號后對電子調速器發送控制信號，使小車運行； 啟停機開關31用于發送開/關機信號，控制模式選擇開關32用于發送手推助力/搖桿控制模式信號，前進后退選擇開關33用于發送前進后退信號；搖桿電位器34共有兩路電壓信號，第一路電壓信號用于輪轂電機的轉速，第二路信號用于控制左右兩側輪轂電機差速旋轉，左側速度檢測器38用于檢測左側輪轂電機31速度，右側速度檢測器39用于檢測右側輪轂電機速度；MSP430單片機35用于對啟停機開關31、控制模式選擇開關32、前進后退選擇開關33、左側速度檢測器38和右側速度檢測器39信號的檢測以及對左側電子調速器36和右側電子調速器37發送控制信號，實現對輪轂電機20速度的調節。
[0030] 安裝在電池倉40內的18650電池組41用于對控制盒內的MSP430單片機35、左側電子調速器36和右側電子調速器37供電；電池倉40內的保護板42用于對18650電池組41進行過流保護、低電壓保護和充電保護；電池倉40內的充電口用于對18650電池組41進行充電。 [〇〇31]二、使用方法用戶通過啟停機開關31控制小車的開機與關機，通過控制模式選擇開關32控制小車的手推助力模式和搖桿控制模式，通過前進后退選擇開關33控制小車的前進與后退;通過撥動搖桿電位器控制小車的前進左轉右轉以及剎車；當用戶打開啟停機開關31后選擇搖桿控制模式，選擇為前進模式時，向前撥動搖桿電位器，小車加速前進，向左撥動搖桿電位器，小車左轉，向右撥動搖桿電位器，小車右轉，向后撥動搖桿電位器，小車剎車;選擇為后退模式時與前進模式操作相同；當模式選擇為手推助力時，用手推動小車，小車會自動釋放動力， 使用戶推動小車更為輕松。
【主權項】
1.一種基于輪轂電機和控制器的手扶電動輕型載運小車，其特征在于:包括車架(10)、輪轂電機(20)、控制器(30)、電池倉(40)和萬向輪(50);其位置和連接關系是:在車架(10)底部的前后分別設置有輪轂電機(20)和萬向輪(50);在車架(10)上設置有控制器(30)和電池倉(40);輪轂電機(20)和電池倉(40)分別與控制器(30)連接。2.按權利要求1所述的手扶電動輕型載運小車，其特征在于:所述的輪轂電機20包括左側輪轂電機21和右側輪轂電機22;是一種微型電機，由第1固定環(201)、第1軸承(202)、外圈軸承(203)、磁鋼組(204)、電 機軸(205)、定子繞組(20)、第2固定環(207)、磁鋼筒(208)、磁鋼架(209、)第1行星架(210)、 第1定子軸承(211)、第2定子軸承(212)行星齒輪(213)、中心齒輪214、墊片(215)、第2行星 架(216)、齒輪軸(217)、外側套筒(218)、輪圈(219)組成；其位置和連接關系是:第1固定環(201)右側與外圈軸承(203)的左側相連，外圈軸承(203)的右側與第2固定 環(207)的左側相連，第1軸承(202)安裝電機軸(205)在左側的凸臺上，定子繞組(206)安裝 在電機軸(205)上磁鋼(204)用厭氧膠粘貼在磁鋼筒(208)內側，磁鋼架(209)左側與磁鋼筒 (208)右側相連;第1定子軸承(211)和第2定子軸承(212)相連，安裝在磁鋼架(209)中心孔 內，中心齒輪(214)安裝在磁鋼架(209)右端的凸臺上，第1行星架(210)外側的三個孔與齒 輪軸(217)左側相連，行星齒輪(213)安裝在齒輪軸(217)上，齒輪軸(217)右側與第2行星架 (216)相連，墊片(215)右側與第2行星架(216)相連，墊片(215)左側與第2定子軸承(212)右 側相連，外側套筒(218)右端內壁有內齒，與行星齒輪(213)嚙合，行星齒輪(213)與中心齒 輪(214)嚙合。3.按權利要求1所述的手扶電動輕型載運小車，其特征在于:所述的控制器(30)包括啟停機開關(31)、控制模式選擇開關(32)、前進后退選擇開關 (33)、搖桿電位器(34)、MSP430單片機(35)、左側電子調速器(36)和右側電子調速器(37)、 左側速度檢測器(38)和右側速度檢測器(39);其位置和連接關系是:左、右側速度檢測器(38、39)分別安裝于左、右輪轂電機(21、22)的一側；啟停機開關(31)、控制模式選擇開關(32)、前進后退選擇開關(33)和搖桿電位器(34) 分別與MSP430單片機(35連接)，實現開關控制；左、右側速度檢測器(38、39)分別與MSP430單片機35連接，檢測左、右輪轂電機(21、22) 的轉速；左、右側電子調速器(36、37)分別與MSP430單片機(35)連接，調節左、右輪轂電機(21、 22)的轉速。4.按權利要求1-3所述的手扶電動輕型載運小車，其特征在于:所述MSP430單片機(35)其內嵌的軟件是使用C語言編寫，燒錄于MSP430單片機(35)當 中，對小車的運動進行總體控制；其流程是:①開始(401);②判斷啟停機開關是否打開(402)，是則進入步驟③，否則繼續步驟②；③判斷是否選擇為搖桿控制模式(403)，是則進入步驟④，否則檢測左、右側輪轂電機 速度(409 )，又控制電機加速、減速、左轉和右轉(410 )，再進入步驟②；④判斷是否為前進狀態(404)，是則進入步驟⑤，否則將程序設置為電機反向轉動轉動 狀態(411)，再進入步驟⑤；⑤檢測搖桿電位器第一路電壓(405);⑥控制電機加減速(406);⑦檢測搖桿電位器第二路電壓(407)，再分別跳轉到步驟②和進入步驟⑧；⑧控制左轉右轉-408。
【文檔編號】B62B3/00GK105946915SQ201610279282
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】介鄧飛, 劉波, 岑建何, 上官希坤, 甘素亭
【申請人】華中農業大學