CN108890613A - 一种用于大负载爬壁机器人的驱动轮装置 - Google Patents

Abstract

一种用于大负载爬壁机器人的驱动轮装置，包括驱动轮机构、减速器机构、驱动电机及电机安装座，驱动轮机构与减速器机构固定连接，驱动电机通过电机安装座与减速器机构固定连接。本发明驱动轮机构采用嵌套设计，且与减速器机构和驱动电机之间采用L型连接，使驱动轮装置结构紧凑，有效控制了驱动轮装置的轴向尺寸；轮毂通过角接触球轴承套装于支承筒上，而蜗轮轴仅传递动力，无需承受驱动轮负载，有效提高驱动轮装置的轴向和径向承载能力，并可有效控制蜗轮轴径向尺寸，减轻自重；减速器箱体采用板件连接而成，有效降低了加工难度和成本，减轻了自重；采用蜗轮蜗杆机构进行动力传递，实现了驱动轮装置的自锁，有效提高了机器人的作业安全性。

Description

一种用于大负载爬壁机器人的驱动轮装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域。

背景技术

爬壁机器人是一种将地面移动机器人技术与壁面吸附技术有机结合的特种机器人，能够携带作业工具在壁面上完成特定的功能，目前被广泛应用于船舶制造业、核工业、建筑业等行业。

轮式行走方式由于具有运动灵活、平稳等特点，成为了用于焊接、打磨等作业的爬壁机器人的主要行走方式。

对于从事焊接、打磨等作业的爬壁机器人，其携带的作业设备重量大，驱动轮需要能够提供很大的驱动力并具有足够的承载能力。现有的驱动轮装置多为零件沿轴向布置，轴向尺寸大，使得机器人整体结构不紧凑；动力输出轴与驱动轮直接连接，需要同时承受扭矩和弯矩，造成输出轴直径大，增加了自重；装置不具备自锁功能，增加了机器人的作业风险。

中国专利申请号200910304692.8记载了一种“爬壁机器人紧凑型主动驱动轮装置”，其采用驱动轮、电机、支架筒三者嵌套安装方式，驱动电机通过螺栓安装在支架筒的筒形腔内，支架筒安装在驱动轮筒形腔内，并通过滚动轴承对驱动轮进行支承，在满足结构刚性的同时，缩短了装置的轴向尺寸。

该专利所述装置虽然采用嵌套安装的方法缩短了装置的轴向尺寸，但是驱动轮、支架筒、电机三者之间仍然为轴向安装，其轴向尺寸由电机长度决定，并没有从真正意义上实现机器人结构的紧凑；装置支架筒通过轴承对驱动轮进行支承，虽然增加了驱动轮径向支承能力，但所采用的的深沟球轴承轴向承载能力有限，无法满足大负载爬壁机器人对驱动轮轴向承载能力的要求；装置不具备自锁功能，当突发断电情况时，仅依靠电机内部传动部件之间的阻力，无法阻止大负载爬壁机器人的下滑，增加了机器人的作业风险。

中国专利申请号201710278688.3记载了一种“爬壁机器人的通用驱动模块”，其特征在于利用支撑架、驱动模块、张紧模块以及磁吸附模块对爬壁机器人的驱动系统模块化。

该专利所述装置零部件过多，结构复杂；采用同步带传动，造成驱动轮装置尺寸大，结构不紧凑；车轮转轴与驱动轮直接连接，为驱动轮提供驱动力矩，同时还需承受磁吸附力和驱动力造成的弯矩，因此其结构承载能力有限，不适于大负载爬壁机器人的驱动。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大负载爬壁机器人的驱动轮装置，以解决现有爬壁机器人驱动轮装置轴向结构尺寸大，承载能力不足以及不具备自锁的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种用于大负载爬壁机器人的驱动轮装置，包括：驱动轮机构、减速器机构、驱动电机以及电机安装座，驱动轮机构与减速器机构固定连接，驱动电机通过电机安装座与减速器机构固定连接。

所述驱动轮机构包括：轮毂、橡胶圈、轮毂端盖、支承筒、轴承端盖以及成对背靠背安装的角接触球轴承，其中：橡胶圈浇注在轮毂外表面，轮毂通过角接触球轴承套装于支承筒上，轴承端盖固装于支承筒端面，轮毂端盖固装于轮毂端面。

所述减速器机构包括：蜗杆、两个轴承座、蜗轮、蜗轮轴、套筒、外板、内板、上固定板、下固定板、两个防尘盖板、连接法兰、定位销、平键以及轴承。其中，外板和内板分别与上固定板、下固定板固定连接构成减速器箱体，蜗轮套装于蜗轮轴上通过平键连接，并通过两个深沟球轴承安装于减速器箱体内，蜗杆通过角接触球轴承套装在两个轴承座上，并通过轴承座安装于减速器箱体内。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明驱动轮机构采用嵌套设计，且与减速器机构和驱动电机之间采用L型连接，使得驱动轮装置结构紧凑，有效控制了驱动轮装置的轴向尺寸；轮毂由支承筒支承，之间设置有一对角接触球轴承，且蜗轮轴仅传递动力，无需承受驱动轮负载，有效提高驱动轮装置的轴向和径向承载能力，并有效控制了蜗轮轴径向尺寸，从而减轻了自重；减速器箱体采用板件连接而成，有效降低了加工难度和成本，并减轻了自重；采用蜗轮蜗杆机构进行动力传递，实现了驱动轮装置的自锁，有效提高了机器人的作业安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明在图2视图中的A-A′剖视图。

图4是本发明在图2视图中的B-B′剖视图。

图中，1为驱动轮机构、2为减速器机构、3为电机安装座、4为驱动电机、5为轮毂、6为橡胶圈、7为支承筒、8为角接触球轴承、9为轴承端盖、10为轮毂端盖、11为外板、12为内板、13为上固定板、14为下固定板、15为定位销、16为防尘盖板、17为蜗轮、18为蜗轮轴、19为平键、20为套筒、21为深沟球轴承、22为连接法兰、23为平键、24为轴承座、25为定位销、26为角接触球轴承、27为蜗杆、28为紧定螺钉。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明作进一步说明。

如图1，图2所示，大负载爬壁机器人驱动轮装置包括：驱动轮机构1、减速器机构2、电机安装座3和驱动电机4。

如图2，图3所示，驱动轮机构1包括：轮毂5、橡胶圈6、支承筒7、成对背靠背安装的角接触球轴承8、轴承端盖9以及轮毂端盖10。

如图3所示，所述轮毂5的外壁浇注有橡胶圈6，橡胶圈6由聚氨酯材料制成，以增加驱动轮机构1与壁面之间的摩擦系数，从而提高驱动轮装置对壁面的附着力。

如图3所示，所述轮毂5套装在支承筒7上，且支承筒7位于轮毂5的筒形腔内，所述轮毂5的内壁与支承筒7的外壁之间设置有成对背靠背安装的角接触球轴承8，轮毂5由支承筒7进行支承，提高了驱动轮机构1的径向承载能力。

如图3所示，所述轮毂5的内壁和支承筒7的外壁均设置有轴肩，分别与角接触球轴承8的外圈和内圈抵靠，所述轴承端盖9套装于角接触球轴承8的内圈，并固装于支承筒7的端面，轴承端盖9的外壁设置有轴肩，与角接触球轴承8的内圈抵靠，所述轮毂端盖10固装于轮毂5的端面，轮毂端盖10设置有凸台，与角接触球轴承8的外圈抵靠。如此设置，有效防止了角接触球轴承8的轴向窜动，提高了驱动轮机构1的轴向承载能力。

如图3所示，所述轮毂5的外壁设置有轴肩，轮毂端盖10与橡胶圈6的端面抵靠。如此设置，能够避免橡胶圈6在承受大的轴向负荷时，与轮毂5的外壁剥离而造成损坏。

如图3所示，轮毂5、支承筒7、角接触球轴承8、轴承端盖9、轮毂端盖10均采用嵌套安装方式，保证了驱动轮机构的结构紧凑。

如图2，图3，图4所示，减速器机构2包括：外板11、内板12、上固定板13、下固定板14、定位销15、两个防尘盖板16、蜗轮17、蜗轮轴18、平键19、套筒20、两个深沟球轴承21、连接法兰22、平键23、两个轴承座24、定位销25、两个角接触球轴承26、蜗杆27以及紧定螺钉28。

如图2，图3所示，所述外板11设置有安装孔，用于驱动轮机构1与减速器机构2之间的安装定位，所述外板11和内板12分别与上固定板13、下固定板14固定连接构成减速器机构2的箱体，所述外板11、内板12、上固定板13、下固定板14均设置有销孔，并利用定位销15实现定位。如此设置，保证了安装精度，降低了加工成本，并减轻了减速器机构2的自重。

如图2所示，所述两个防尘盖板16分别固装于外板11和内板12的两端，以防止灰尘或异物进入减速器机构2的内部，有效保证了减速器机构2的正常运转。

如图3所示，所述蜗轮17套装在蜗轮轴18上并与轴肩抵靠，利用平键19连接实现动力传递，所述套筒20套装在蜗轮轴18上，与蜗轮17相抵靠，所述蜗轮轴18通过两个深沟球轴承21安装在减速器箱体内，两个深沟球轴承21的内圈分别与蜗轮轴18的轴肩、套筒20抵靠，两个深沟球轴承21的外圈分别与支承筒7、连接法兰22抵靠。如此设置，有效防止蜗轮17发生轴向窜动。

如图3所示，所述蜗轮轴18套装在轮毂端盖10的筒形腔内，并利用平键23进行连接，实现减速器机构2与驱动轮机构1间的动力传递，蜗轮轴18仅提供扭矩，驱动轮机构1的轴向和径向负载均由支承筒承载。如此设置，能够提高驱动轮装置的承载能力，并有效控制蜗轮轴18的径向尺寸，从而减轻自重。

如图3所示，所述连接法兰22上设置有安装孔，实现整个驱动轮装置与机器人机架的连接，所述内板12上设置有安装孔，用于连接法兰22的安装定位，以保证驱动轮装置在机器人上的安装精度。

如图4所示，所述两个轴承座24分别与外板11、内板12固定连接，并通过定位销25实现定位，所述两个角接触球轴承26套装在蜗杆27两端，并与蜗杆27轴肩抵靠，所述蜗杆27通过角接触球轴承26套装在轴承座24筒形腔内，所述轴承座24设置有轴肩，以实现蜗杆27的轴向定位，有效防止蜗杆27发生轴向窜动。

如图4所示，所述蜗杆27采用中空设计，内部为通孔，在不影响强度的同时，有效减轻了减速器机构2的自重。

如图4所示，所述驱动电机4固装在电机安装座3上，电机安装座3固装在轴承座24上，所述蜗杆27靠近驱动电机4的一端设置有螺纹孔，驱动电机4输出轴套装在蜗杆27的通孔内，利用紧定螺钉28进行连接，以实现驱动电机4与减速器机构2间的动力传递。

如图3，图4所示，驱动轮装置工作原理为驱动电机4将动力传递给蜗杆27，蜗杆27将动力传递给蜗轮17，蜗轮17将动力传递给蜗轮轴18，蜗轮轴18将动力传递给轮毂端盖10，从而最终将动力传递给轮毂5，动力传递过程中采用蜗轮蜗杆机构，从而实现了驱动轮装置的自锁，提高了机器人作业安全性。

如图1，图2，图3，图4所示，驱动轮机构1、减速器机构2、驱动电机4之间采用L型连接，整体结构紧凑，有效的控制了驱动轮装置的轴向尺寸。

Claims (1)

1.一种用于大负载爬壁机器人的驱动轮装置，其特征是包括驱动轮机构、减速器机构、驱动电机以及电机安装座，驱动轮机构与减速器机构固定连接，驱动电机通过电机安装座与减速器机构固定连接；

所述驱动轮机构包括轮毂、橡胶圈、轮毂端盖、支承筒、轴承端盖以及成对背靠背安装的角接触球轴承；橡胶圈浇注在轮毂外表面，轮毂通过角接触球轴承套装于支承筒上，轴承端盖固装于支承筒端面，轮毂端盖固装于轮毂端面；

所述减速器机构包括蜗杆、两个轴承座、蜗轮、蜗轮轴、套筒、外板、内板、上固定板、下固定板、两个防尘盖板、连接法兰、定位销、平键以及轴承；外板和内板分别与上固定板、下固定板固定连接构成减速器箱体，蜗轮套装于蜗轮轴上通过平键连接，并通过两个深沟球轴承安装于减速器箱体内，蜗杆通过角接触球轴承套装在两个轴承座上，并通过轴承座安装于减速器箱体内。