CN106364259B - 减速驱动轮及应用该减速驱动轮的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减速驱动轮及应用该减速驱动轮的机器人，属于机器人技术领域。该减速驱动轮包括全方位轮本体和减速器，全方位轮本体开设有安装孔，减速器设置于安装孔内，减速器包括第一壳体，第一壳体可转动地连接于全方位轮本体，减速器的输出端与全方位轮本体固定连接；该轮本体内置减速器，全方位轮本体及内置减速器均采用组件化的积放式结构，具有制造装配简便、结构紧凑、减速比可调、承载及摩擦驱动能力强、运动平稳、可控性好的优势。该应用减速驱动轮的机器人包括机器人本体及减速驱动轮，该机器人具有减速驱动轮，结构简单，装配方便，可以在二维平面内沿任意方向同时作平动和转动，并适用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合。

Description

减速驱动轮及应用该减速驱动轮的机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种减速驱动轮及应用该减速驱动轮的机器人。

背景技术

随着科技的发展，机器人技术有了快速的提升。全方位轮式移动机器人在二维平面具有三个自由度，可沿任意方向同时作平动和转动，具备在不改变车体姿态的情况下实现向任意方向移动的能力，非常适合应用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合，如工业中搬运小车机器人(Automated guided vehicle,AGV)、全方位移动轮椅等。全方位轮式移动机器人的主要驱动件为驱动轮，驱动轮能够帮助机器人实现的各种方向的移动。

现有的驱动轮承载及摩擦驱动能力较弱、可控性差，同时在使用时均需外接减速器，增加了动力传动系统轴向尺寸，使得车体整体尺寸不够紧凑，制约了全方位移动机器人的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种减速驱动轮，该轮本体内置减速器，采用组件化的积放式结构，具有制造装配简便、结构紧凑、减速比可调、承载及摩擦驱动能力强、运动平稳、可控性好的优势，使上述问题得到改善。

本发明的目的还在于，提供一种应用减速驱动轮的机器人，该机器人具有减速驱动轮，可以在二维平面内沿任意方向同时作平动和转动，具备在不改变车体姿态的情况下实现向任意方向移动的能力，并适用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供了一种减速驱动轮，包括全方位轮本体和减速器；所述全方位轮本体开设有安装孔，所述减速器设置于所述安装孔内，所述减速器包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体可转动地连接于所述第二壳体，所述减速器的输出端与所述第二壳体固定连接，所述第二壳体与所述全方位轮本体固定连接。

在该实施例中，减速器内置于减速驱动轮，该驱动轮的全方位轮组件及内置减速器均采用组件化的积放式结构，具有制造装配简便、结构紧凑、减速比可调、承载及摩擦驱动能力强、运动平稳、可控性好的优势。

在本发明可选的实施例中，所述减速器包括第一行星齿轮减速机构，所述第一行星齿轮减速机构包括相互配合的第一太阳齿轮轴、第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一太阳齿轮轴可转动地设置于所述第一壳体，所述第一行星架与所述第一壳体固定连接，所述第一齿圈与所述第二壳体固定连接。

在本发明可选的实施例中，所述减速器还包括第二壳体，所述第二壳体与所述全方位轮本体固定连接，所述第一齿圈与所述第二壳体固定连接，所述第一壳体的一端与所述第一行星架固定连接，所述第一壳体的另一端与所述第二壳体通过轴承连接。

在本发明可选的实施例中，所述减速器还包括第二行星齿轮减速机构，所述第二行星齿轮减速机构包括相互配合的第二太阳齿轮轴、第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二齿圈与所述第一壳体固定连接，所述第二行星架与所述第一太阳齿轮轴传动配合。

在本发明可选的实施例中，所述减速器还包括至少一个第三行星齿轮减速机构，所述第三行星齿轮减速机构包括相互配合的第三太阳齿轮轴、第三行星齿轮、第三行星架和第三齿圈，所述第三齿圈与所述第一壳体固定连接，所述第三太阳齿轮轴与所述第二行星架传动配合，所述第三行星架与所述第一太阳齿轮轴传动配合。

在本发明可选的实施例中，所述第三行星齿轮减速机构的数量为两个，两个所述第三行星齿轮减速机构传动配合并组成中间传递机构，所述第二行星架与所述中间传递机构一端的所述第三太阳齿轮轴传动配合，所述第一太阳齿轮轴与所述中间传递机构另一端的所述第三行星架传动配合。

在本发明可选的实施例中，所述全方位轮本体包括全方位轮组件，所述全方位轮组件包括轮毂和多个辊轮，所述安装孔位于所述轮毂的中心，所述轮毂的边缘设置有多个周向均匀分布的通槽，所述辊轮转动设置于所述通槽内，同一所述全方位轮组件的多个所述辊轮的轴线位于同一平面且与所述全方位轮组件的轴线垂直。

在本发明可选的实施例中，所述全方位轮本体包括至少两个全方位轮组件，相邻的两个所述全方位轮组件采用互补式安装。

在本发明可选的实施例中，所述全方位轮本体具有基准面，所述基准面垂直于所述全方位轮组件的轴线，相邻的两个所述全方位轮组件的对应所述辊轮投影于所述基准面形成两个投影，两个所述投影部分重叠形成重叠区，所述重叠区的一端与所述全方位轮组件的轴线的垂线为第一垂线，所述重叠区的另一端与所述全方位轮组件的轴线的垂线为第二垂线，所述第一垂线与所述第二垂线之间的夹角大于或等于5°。

本发明实施例还提供了一种具有减速驱动轮的机器人，包括机器人本体及上述的减速驱动轮，所述减速驱动轮与所述机器人本体通过连接件连接，所述减速驱动轮外接电机且能够带动所述机器人本体移动。

在该实施例中，该机器人具有减速驱动轮，结构简单，装配方便，可以在二维平面内沿任意方向同时作平动和转动，并适用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种减速驱动轮，该轮本体内置减速器，全方位轮本体及内置减速器均采用组件化的积放式结构，具有制造装配简便、结构紧凑、减速比可调、承载及摩擦驱动能力强、运动平稳、可控性好的优势。本发明还提供一种应用减速驱动轮的机器人，该机器人具有减速驱动轮，可以在二维平面内沿任意方向同时作平动和转动，具备在不改变车体姿态的情况下实现向任意方向移动的能力，并适用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例的减速驱动轮的结构示意图；

图2为图1的全方位轮组件的结构示意图；

图3为图1的全方位轮组件的另一视角的结构示意图；

图4为图2的辊轮连接结构示意图；

图5为图1的减速器的结构示意图；

图6为图1的减速器的运动简图；

图7为本发明第二实施例的机器人的减速驱动轮的结构示意图。

标记：1-减速驱动轮；10-全方位轮本体；110-全方位轮组件；120-轮毂；121-安装孔；122-通槽；123-轮毂左端盖；124-轮毂右端盖；125-连接螺栓；126-定位孔；130-辊轮；131-连接轴；132-支撑轴承；20-减速器；210-第一壳体；211-第二壳体；220-第一行星齿轮减速机构；221-第一太阳齿轮轴；222-第一行星齿轮；223-第一行星架；224-第一齿圈；230-第二行星齿轮减速机构；231-第二行星架；232-第二太阳齿轮轴；233-第二行星齿轮；234-第二齿圈；240-第三行星齿轮减速机构；241-第三太阳齿轮轴；242-第三行星架；243-第三行星齿轮；244-第三齿圈；250-连接件；251-电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“左”、“右”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种减速驱动轮1，包括全方位轮本体10和减速器20。

如图2所示，全方位轮本体10包括全方位轮组件110，全方位轮组件110包括轮毂120和多个辊轮130。

如图2所示，轮毂120开设有安装孔121，轮毂120的边缘设置有多个通槽122，通槽122沿轮毂120的周向均匀分布。为了使全方位轮组件110在运动过程中受力平衡，安装孔121开设于轮毂120的中心位置。

在本实施例中，轮毂120上的安装孔121可以为多种形式，既可以为通孔，也可以为盲孔。作为本实施例的可选方案，安装孔121可以为通孔。

如图2所示，在本实施例中，轮毂120包括轮毂左端盖123、轮毂右端盖124及连接螺栓125，轮毂左端盖123及轮毂右端盖124的每个通槽122的侧壁中心分别开有半圆形定位孔126(如图4所示)，轮毂左端盖123与轮毂右端盖124通过连接螺栓125固定。

如图3所示，辊轮130转动设置于通槽122内，同一全方位轮组件110的多个辊轮130的轴线位于同一平面且与全方位轮组件110的轴线垂直。

如图4所示，本实施例中，辊轮130与轮毂120通过连接轴131连接，连接轴131的两端抵接于通槽122的定位孔126内，辊轮130的两端分别套设有支撑轴承132，支撑轴承132套设于连接轴131使得辊轮130能够绕连接轴131转动。

为了能够有效降低减速驱动轮1的转动噪音，根据实际情况，辊轮130的数量至少为六个。如图3所示，作为本实施例的可选方案，辊轮130的数量可以为八个，八个辊轮130均匀分布于轮毂120的周向，八个辊轮130的轴线位于同一平面且与全方位轮组件110的轴线垂直。

为了满足减速驱动轮1转动过程中所需的摩擦动力，辊轮130材料为表面摩擦系数较高并具备一定弹性的材料。作为本实施例的可选方案，辊轮130可以为橡胶辊轮。

在本实施例中，考虑到辊轮130的支撑轴承132尺寸较小，单个辊轮130承载能力有限，根据实际承载需求，全方位轮本体10可以包括至少两个全方位轮组件110，相邻的两个全方位轮组件110采用互补式安装。如图1所示，作为本实施例的可选方案，全方位轮组件110的数量为四个。

全方位轮本体10具有基准面，基准面垂直于全方位轮组件110的轴线，相邻的两个全方位轮组件110的对应辊轮130投影于基准面，并在基准面形成两个部分重叠的投影。两个投影部分重叠形成重叠区，重叠区的一端与全方位轮组件110的轴线的垂线为第一垂线，重叠区的另一端与全方位轮组件110的轴线的垂线为第二垂线，第一垂线与第二垂线之间的夹角为重叠夹角。本实施例中，相邻的两个全方位轮组件110的对应辊轮130在基准面的投影的重叠夹角大于或等于5°。这样设计保证了减速驱动轮1在转动的整个过程中至少有一个辊轮130着地，避免了减速驱动轮1转动过程中出现周期性径向震动冲击，使得减速驱动轮1转动平稳。

如图1所示，在本实施例中，减速器20设置于安装孔121内。减速器20包括第一壳体210和第二壳体211，第一壳体210可转动地连接于第二壳体211，减速器20的输出端与第二壳体211固定连接，第二壳体211与全方位轮本体10固定连接。

在本实施例中，减速器20可以包括第一行星齿轮减速机构220，第一行星齿轮减速机构220包括相互配合的第一太阳齿轮轴221、第一行星齿轮222、第一行星架223和第一齿圈224，第一太阳齿轮轴221可转动地设置于第一壳体210，第一行星架223与第一壳体210固定连接，第一齿圈224与第二壳体211固定连接。

在本实施例中，第一壳体210的一端与第一行星架223固定连接，第一壳体210的另一端与第二壳体211通过轴承连接，第一齿圈224与第二壳体211固定连接。

在本实施例中，减速器20还可以包括第二行星齿轮减速机构230，第二行星齿轮减速机构230包括相互配合的第二太阳齿轮轴232、第二行星齿轮233、第二行星架231和第二齿圈234，第二齿圈234与第一壳体210固定连接，第二行星架231与第一太阳齿轮轴221传动配合。

在本实施例，减速器20还包括至少一个第三行星齿轮减速机构240，第三行星齿轮减速机构240包括相互配合的第三太阳齿轮轴241、第三行星齿轮243、第三行星架242和第三齿圈244，第三齿圈244与第一壳体210固定连接，第三太阳齿轮轴241与第二行星架231传动配合，第三行星架242与第一太阳齿轮轴221传动配合。

如图5所示，作为本实施例的可选方案，第三行星齿轮减速机构240的数量为两个，两个第三行星齿轮减速机构240传动配合并组成中间传递机构，第二行星架231与中间传递机构一端的第三太阳齿轮轴241传动配合，第一太阳齿轮轴221与中间传递机构另一端的第三行星架242传动配合。如图6所示，为本实施例的减速器20的减速机构运动简图。

本发明实施例的组装方式：

首先，将辊轮130套设于连接轴131，支撑轴承132套设于连接轴131并与辊轮130连接，将装配好的辊轮130嵌设于定位孔126，通过连接螺栓125将轮毂左端盖123和轮毂右端盖124固定在一起，组成一个全方位轮组件110；

其次，将组装好的四个全方位轮组件110互补式同轴连接在一起，组成全方位轮本体10；

然后，将具有三个行星齿轮减速机构的减速器20安装于安装孔121内，并与全方位轮本体10固定，使得减速器20能够带动全方位轮本体10转动。

本发明实施例的工作原理：

动力输入：外部驱动装置将动力传递至减速器20的输入端(即第二太阳齿轮轴232)，动力在第二行星齿轮减速机构230内传递，第二太阳齿轮轴232将动力传递至第二行星架231；

动力传递：第二行星架231带动第三太阳齿轮轴241转动，动力在第三行星齿轮减速机构240内传递，第三太阳齿轮轴241带动第三行星架242转动，第三行星架242带动第一太阳齿轮轴221转动，动力在第一行星齿轮减速机构220内传递，第一太阳齿轮轴221将动力传递至第一齿圈224；

动力输出：第一齿圈224作为减速器20的输出端带动第二壳体211及全方位轮本体10转动。

需要指出，根据实际情况，第三行星齿轮减速机构240的数量可以调节。

本发明实施例的有益效果：本发明实施例提供的一种减速驱动轮1，该轮本体内置减速器20，全方位轮本体10及内置减速器20均采用组件化的积放式结构，具有制造装配简便、结构紧凑、减速比可调、承载及摩擦驱动能力强、运动平稳、可控性好的优势。

第二实施例

本实施例提供一种机器人，包括机器人本体和第一实施例的减速驱动轮1。

本实施例中，减速驱动轮1与机器人本体通过连接件250连接，减速驱动轮1外接电机251，电机251通电后能够驱动减速驱动轮1转动，减速驱动轮1带动机器人本体移动，实现机器人行走。作为本实施例的可选方案，如图7所示，连接件250可以采用但不限于L型连接板。L型连接板包括第一连接板和第二连接板，第一连接板与机器人本体连接，第二连接板与减速驱动轮1连接。

本实施例的有益效果：本实施例提供一种机器人，该机器人具有减速驱动轮1，可以在二维平面内沿任意方向同时作平动和转动，具备在不改变车体姿态的情况下实现向任意方向移动的能力，并适用于空间狭窄或者对机器人机动性要求高的场合。

综上所述，本发明提供的一种减速驱动轮及应用该减速驱动轮的机器人，该减速驱动轮内置减速器，全方位轮本体及内置减速器均采用组件化的积放式结构，具有制造装配简便、结构紧凑、减速比可调、承载及摩擦驱动能力强、运动平稳、可控性好的优势；应用该减速驱动轮的机器人，能够满足全方位轮式移动机器人对驱动轮的所有技术要求，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种减速驱动轮，其特征在于，包括全方位轮本体和减速器；

所述全方位轮本体开设有安装孔，所述减速器设置于所述安装孔内，所述减速器包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体可转动地连接于所述第二壳体，所述减速器的输出端与所述第二壳体固定连接，所述第二壳体与所述全方位轮本体固定连接；

所述减速器包括第一行星齿轮减速机构，所述第一行星齿轮减速机构包括相互配合的第一太阳齿轮轴、第一行星齿轮、第一行星架和第一齿圈，所述第一太阳齿轮轴可转动地设置于所述第一壳体，所述第一行星架与所述第一壳体固定连接，所述第一齿圈与所述第二壳体固定连接；

所述第一壳体的一端与所述第一行星架固定连接，所述第一壳体的另一端与所述第二壳体通过轴承连接；

所述减速器还包括第二行星齿轮减速机构，所述第二行星齿轮减速机构包括相互配合的第二太阳齿轮轴、第二行星齿轮、第二行星架和第二齿圈，所述第二齿圈与所述第一壳体固定连接，所述第二行星架与所述第一太阳齿轮轴传动配合。

2.根据权利要求1所述的减速驱动轮，其特征在于，所述减速器还包括至少一个第三行星齿轮减速机构，所述第三行星齿轮减速机构包括相互配合的第三太阳齿轮轴、第三行星齿轮、第三行星架和第三齿圈，所述第三齿圈与所述第一壳体固定连接，所述第三太阳齿轮轴与所述第二行星架传动配合，所述第三行星架与所述第一太阳齿轮轴传动配合。

3.根据权利要求2所述的减速驱动轮，其特征在于，所述第三行星齿轮减速机构的数量为两个，两个所述第三行星齿轮减速机构传动配合并组成中间传递机构，所述第二行星架与所述中间传递机构一端的所述第三太阳齿轮轴传动配合，所述第一太阳齿轮轴与所述中间传递机构另一端的所述第三行星架传动配合。

4.根据权利要求1所述的减速驱动轮，其特征在于，所述全方位轮本体包括全方位轮组件，所述全方位轮组件包括轮毂和多个辊轮，所述安装孔位于所述轮毂的中心，所述轮毂的边缘设置有多个周向均匀分布的通槽，所述辊轮转动设置于所述通槽内，同一所述全方位轮组件的多个所述辊轮的轴线位于同一平面且与所述全方位轮组件的轴线垂直。

5.根据权利要求4所述的减速驱动轮，其特征在于，所述全方位轮本体包括至少两个全方位轮组件，相邻的两个所述全方位轮组件采用互补式安装。

6.根据权利要求5所述的减速驱动轮，其特征在于，所述全方位轮本体具有基准面，所述基准面垂直于所述全方位轮组件的轴线，相邻的两个所述全方位轮组件的对应所述辊轮投影于所述基准面形成两个投影，两个所述投影部分重叠形成重叠区，所述重叠区的一端与所述全方位轮组件的轴线的垂线为第一垂线，所述重叠区的另一端与所述全方位轮组件的轴线的垂线为第二垂线，所述第一垂线与所述第二垂线之间的夹角大于或等于5°。

7.一种应用减速驱动轮的机器人，其特征在于，包括机器人本体及权利要求1-6任意一项所述的减速驱动轮，所述减速驱动轮与所述机器人本体通过连接件连接，所述减速驱动轮外接电机且能够带动所述机器人本体移动。