CN109177648B - 一种麦克纳姆轮平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种麦克纳姆轮平台，属于车轮技术领域。该麦克纳姆轮平台包括平台本体和设于所述平台本体上的麦克纳姆轮系统；所述麦克纳姆轮系统包括麦克纳姆轮本体、电机、悬挂装置和谐波减速器，所述谐波减速器位于所述麦克纳姆轮本体内部，并与所述电机驱动连接，所述电机通过连接板结构设于所述麦克纳姆轮本体的一侧；所述悬挂装置的一端与所述连接板结构连接，另一端与所述平台本体连接。本发明将谐波减速器和悬挂机构统一地设置在麦克纳姆轮平台上，既能够满足麦克纳姆轮的减震要求、又能以较大减速比实现减速，适用于多种机器人产品使用。
Description
技术领域
本发明涉及车轮技术领域，尤其涉及一种麦克纳姆轮平台。
背景技术
麦克纳姆轮是基于全方位移动方式进行移动的一种车轮，这种全方位移动方式是基于一个有许多位于轮毂周边的辊轮的中心轮原理，这些成角度的周边辊轮把一部分的轮毂转向力转化到一个轮毂法向力上面；依靠各自轮毂的方向和速度，这些力最终在任何要求的方向上产生一个合力矢量，从而保证了平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变轮毂自身的方向。
随着智能制造的发展，麦克纳姆轮常常被使用在机器人等工业产品上，比如安装有麦克纳姆轮的AGV小车可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等多种运动方式。
但是现有的麦克纳姆轮是直接锁付在AGV小车的底板上或者其他机器人产品上的，并未设有悬挂装置，导致在行走过程中容易产生震动、轮子之间受力不平衡等缺陷，降低了行驶的平稳性，提高了对行驶地面平整性要求；此外，传统的麦克纳姆轮采用外装传统减速机完成减速，占用装配空间的同时，传统减速器的减速比也达不到使用要求。因此设计一种既有减震功能、又能以较大减速比实现减速的麦克纳姆轮平台迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种麦克纳姆轮平台，既能够降低平台对地面的平整性要求、提高行驶的稳定性，又可以实现较大的减速比。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种麦克纳姆轮平台，该麦克纳姆轮平台包括平台本体和设于所述平台本体上的麦克纳姆轮系统；
所述麦克纳姆轮系统包括麦克纳姆轮本体、电机、悬挂装置和谐波减速器，所述谐波减速器位于所述麦克纳姆轮本体内部，并与所述电机驱动连接，所述电机通过连接板结构设于所述麦克纳姆轮本体的一侧；所述悬挂装置的一端与所述连接板结构连接，另一端与所述平台本体连接。
作为优选，所述麦克纳姆轮本体包括内轮毂、外轮毂和设于所述外轮毂和所述内轮毂外之间的多个辊轮；所述谐波减速器固设于所述外轮毂和所述内轮毂之间；所述辊轮在所述谐波减速器的外围设置。
作为优选，所述连接板结构包括相互连接的连接侧板和连接底板；所述连接侧板与所述内轮毂相互平行且间隔设置；所述连接底板与所述悬挂装置相互连接。
所述电机包括电机本体和伸出电机本体设置的电机轴；所述电机本体固定于所述连接侧板上，所述电机轴穿过所述连接侧板与所述谐波减速器连接。
作为优选，所述悬挂装置包括设于所述连接底板侧壁上的减震机构；所述减震机构包括减震器，所述减震器下部与所述连接底板侧壁连接；所述减震器上部与所述平台本体连接。
作为优选，所述谐波减速器包括谐波发生器、刚轮和连接法兰；所述刚轮与所述内轮毂为过盈配合，所述内轮毂和所述连接法兰通过定位环与所述外轮毂固定连接；
所述谐波发生器包括调心轮；所述电机轴与所述调心轮固定连接。
作为优选，所述定位环包括第一卡接部和第二卡接部；所述第二卡接部的自由端开设有凹槽；
所述第一卡接部与所述外轮毂为过盈配合；所述连接法兰与所述凹槽卡合。
作为优选，所述第二卡接部、所述连接法兰、所述外轮毂和所述内轮毂上开设有相互贯通的螺纹孔，通过螺栓结构将所述第二卡接部、所述连接法兰、所述外轮毂和所述内轮毂固定连接。
作为优选，所述连接侧板靠近所述内轮毂一侧的端面与所述调心轮靠近所述电机本体一侧的端面之间设有间隙，所述间隙值设为0.4-0.7mm。
作为优选，所述电机轴与所述调心轮之间还设有用于辅助固定的固定板；所述固定板固设于所述调心轮上，且所述固定板与所述电机轴通过螺栓结构固定连接。
作为优选，所述固定板的中心设有限位凸台，所述限位凸台的端面与所述电机轴的端面为接触连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的麦克纳姆轮增加了独立悬挂机构，提高了其行走的平稳性，降低了对地面平整性的要求，使麦克纳姆轮可以适应更加复杂的地面且不失平衡；本发明的麦克纳姆轮平台采用谐波减速器实现减速，谐波减速器结构简单、体积小、重量轻，其稳定地设置于麦克纳姆轮内，可大大减小装配空间，有利于装配有该麦克纳姆轮平台的产品向小型化轻型化的发展，提高了其适用性；谐波减速器的减速比高，传递啮合的齿轮数量多，传动扭力力矩大，传动精度高，装配有该谐波发生器的麦克纳姆轮的承载能力和变速平稳性均有所增强；本发明将谐波减速器和悬挂机构统一地设置在麦克纳姆轮平台上，形成一套完整的麦克纳姆轮平台，既能够满足麦克纳姆轮的减震要求、又能以较大减速比实现减速，适用于多种机器人产品和场合使用。
附图说明
图1为本发明中麦克纳姆轮平台的结构示意图；
图2为本发明中麦克纳姆轮平台的侧视图；
图3为本发明中麦克纳姆轮系统的结构示意图；
图4为本发明中麦克纳姆轮系统的俯视图；
图5为图4中A-A面的剖视图；
图6为本发明中连接侧板的结构示意图；
图7为发明中连接底板的结构示意图；
图8为发明中减震器的结构示意图；
图9为发明中减震固定轴的结构示意图；
图10为发明中谐波减速器的结构示意图；
图11为发明中定位环的结构示意图；
图12为发明中固定板的结构示意图。
附图标记：
1-平台本体；
2-麦克纳姆轮系统；
21-麦克纳姆轮本体；211-内轮毂；212-外轮毂；213-辊轮；
22-电机；221-电机本体；222-电机轴；
23-悬挂装置；231-减震器；2311-减震器本体；2312-上连接环；2313-下连接环；232-减震固定轴；2321-第一连接部；2322-螺母；2323-第二连接部；233-连接块；
24-谐波减速器；241-调心轮；242-刚轮；243-连接法兰；
25-连接板结构；251-连接侧板；252-连接底板；
26-定位环；261-第一卡接部；262-第二卡接部；2621-凹槽；
27-固定板；271-中心通孔；272-限位凸台。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做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。
如图1所示，本实施例在于提供一种麦克纳姆轮平台，该麦克纳姆轮平台可安装于各种车体或者机器人产品上，提供车体或机器人的全方位移动。该麦克纳姆轮平台包括平台本体1和设于平台本体1上的若干麦克纳姆轮系统2，平台本体1与各种车体或者机器人产品进行固定，若干麦克纳姆轮系统2则可以带动平台本体1，进而带动产品进行全方位的移动。
如图2-5所示，麦克纳姆轮系统2包括麦克纳姆轮本体21、电机22和悬挂装置23，电机22通过连接板结构25设于麦克纳姆轮本体21的一侧；悬挂装置23的一端与连接板结构25连接，另一端与平台本体1连接。
麦克纳姆轮本体21包括外轮毂212、内轮毂211和设于外轮毂212和内轮毂211外之间的多个辊轮213，本实施例中辊轮213的个数设为14个，每个辊轮213的中心轴线与麦克纳姆轮本体21的中心轴线均呈45°角度设置。
如图6和7所示，连接板结构25包括相互垂直固定连接的连接侧板251和连接底板252，且连接底板252和连接侧板251呈L型结构设置。
电机22和悬挂装置23同侧设置且均设置于麦克纳姆轮本体21的内轮毂211外侧。电机22包括电机本体221和伸出电机本体221设置的电机轴222，电机轴222在电机本体221的作用下高速旋转。电机22通过连接侧板251与麦克纳姆轮本体21驱动连接，连接侧板251与内轮毂211相互平行且间隔设置。具体地，电机本体221通过螺栓结构垂直固定于连接侧板251上，电机轴222穿过连接侧板251与麦克纳姆轮本体21固定连接。电机轴221输出转动扭矩带动麦克纳姆轮本体21转动，进而驱动整个麦克纳姆轮平台。
悬挂装置23包括两个分别设于连接底板252两侧的减震机构。减震机构包括减震器231和位于减震器231上部的连接块233，连接块233与平台本体1固定连接后，通过减震器231完成平台本体1的减震。具体地，如图8所示，减震器231选择135#减震器，减震器231包括减震器本体2311和设于减震器本体2311两端的两个连接环，两个连接环分别为上连接环2312与下连接环2313。上连接环2312与连接块233通过减震固定轴232形成连接，下连接环2313与连接底板252通过减震固定轴232形成连接。
如图9所示，减震固定轴232包括第一连接部2321和第二连接部2323，以及设于第一连接部2321和第二连接部2323之间的螺母2322；第一连接部2321外壁加工有外螺纹，第二连接部2323的自由端开设有螺纹孔。
连接底板252的侧壁上开设有螺纹孔，减震器231与连接底板252安装时，先将减震固定轴232的第一连接部2321与连接底板252通过螺纹结构固定连接，其中减震固定轴232上的螺母2322起到了辅助安装的作用；再将第二连接部2323通过间隙配合插入至减震器231的下连接环2313中，间隙范围选择0.8-0.15mm；最后利用螺栓插入至第二连接部2323自由端的螺纹孔中，将减震固定轴232与下连接环2313安装固定。
连接块233为阶梯型结构，包括减震连接部和平台连接部，其中，减震连接部的端面上开设有螺纹孔，减震器231与连接块233安装时，将减震固定轴232的第一连接部2321与减震连接部通过螺纹结构固定连接，其中减震固定轴232上的螺母2322起到了辅助安装的作用；再将第二连接部2323通过间隙配合插入至减震器231的上连接环2312中，间隙范围选择0.8-0.15mm；最后利用螺栓插入至第二连接部2323的螺纹孔中，将减震固定轴232与上连接环2312安装固定。
连接块233的平台连接部的结构与平台本体1的结构相匹配，通过螺栓结构将连接块233与平台本体1固定连接，从而实现悬挂装置23与平台本体1的连接。当麦克纳姆轮行驶不平稳发生较大晃动时，震动通过连接侧板251传送至悬挂装置23上，减震机构发挥减震作用。具体地，由于减震器本体2311的下连接环2313与连接底板252之间为间隙配合，上连接环2312与连接块233之间也为间隙配合，因此就为震动的传递提供了缓冲空间，再通过减震器231的减震作用，与连接块233连接的平台本体1产生的震动强度就很小了，保证了平台本体1的平稳性。
本实施例中的悬挂装置23设置有两个减震机构，可以充分提供麦克纳姆轮的缓冲减震，保证麦克纳姆轮受力均匀；同时该平台的每个麦克纳姆轮系统2均包括了该悬挂装置23，当平台整体运行时，各个悬挂装置23均可完成相应的减震缓冲，使得整个麦克纳姆平台可以适应地面的不平整性，降低了对地面平整性的要求，使麦克纳姆轮平台可以适应更加复杂的地面且不失平衡。
本实施例提供的麦克纳姆平台的麦克纳姆系统增设了谐波减速器24来实现减速。具体地，谐波减速器24选用旭展精密谐波公司生产的SHF-25-30型谐波减速器，如图10所示，该谐波减速器24主要包括由内而外依次设置的谐波发生器、柔轮、刚轮242和连接法兰243，其中谐波发生器包括调心轮241，调心轮241位于谐波发生器的中心位置，且调心轮241的中心设有中心孔；谐波减速器24通过调心轮241与电机轴222驱动连接；连接法兰243上开设有若干沿周向均为分布的第一螺纹孔。
谐波减速器24固设于麦克纳姆轮的外轮毂212和内轮毂211之间，并通过定位环26与麦克纳姆轮本体21固定连接；辊轮213在谐波减速器24的外围进行设置。
如图11所示，定位环26包括呈阶梯状设置的第一卡接部261和第二卡接部262；第二卡接部262为壳体结构，其侧壁上设有若干沿周向均匀分布的第二螺纹孔；第二卡接部262的自由端开设有阶梯型凹槽2621，其中最外侧凹槽2621的内径与连接法兰243的外径相同。
麦克纳姆轮本体21的外轮毂212包括外轮毂本体，外轮毂本体的中心开设有外轮毂安装孔，外轮毂安装孔的外围设有若干沿周向均匀分布的第三螺纹孔。
麦克纳姆轮本体21的内轮毂211包括内轮毂本体，内轮毂本体的中心开设有内轮毂安装孔，内轮毂安装孔的外围设有若干沿周向均匀分布的第四螺纹孔。
安装时，将定位环26与外轮毂212由外轮毂212的内侧完成安装，具体地，定位环26的第一卡接部261与外轮毂安装孔采用过盈配合，同时定位环26的阶梯结构与外轮毂安装孔卡合；再将谐波减速器24由内轮毂211的内侧完成安装，具体地，谐波减速器24的刚轮242与内轮毂安装孔采用过盈配合；再将谐波减速器24的连接法兰243与定位环26的第二卡接部262的最外侧凹槽2621卡合；此时，外轮毂212上的第三螺纹孔、定位环26上的第二螺纹孔、连接法兰243上的第一螺纹孔、以及内轮毂211上的第四螺纹孔一一对应并相互贯穿，通过螺栓结构依次穿过第三螺纹孔、第二螺纹孔、第一螺纹孔和第四螺纹孔，完成谐波减速器24与麦克纳姆轮本体21的固定。本实施例中第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔第四螺纹孔数目均设为12个。
在谐波减速器24的连接法兰243与定位环26卡合之前，需要将电机轴222与谐波减速器24进行连接。安装时，先将电机轴222通过过盈配合插入调心轮241的中心孔中，利用电机轴222上的键槽结构完成电机轴222与调心轮241的安装。
打开电机22，电机轴222高速旋转，同时带动调心轮241转动，谐波减速器24利用谐波发生器完成柔轮与刚轮242之间的啮合完成减速，由于刚轮242与内轮毂211为过盈配合，而内轮毂211与连接法兰243、定位环26和外轮毂212之间通过螺栓结构形成了固定连接，因此谐波减速器24可驱动整个麦克纳姆轮本体21。
将谐波减速器24安装至麦克纳姆轮本体21的外轮毂212和内轮毂211之间，相比于传统的将减速器设置在麦克纳姆轮外部，可以大大减小装配空间，有利于装配有该麦克纳姆轮平台的机器人等装置向小型化轻型化的发展。
为了保证电机轴222与谐波减速器24之间的稳定连接，电机轴222与调心轮241之间还设有用于辅助固定的固定板27。具体地，固定板27为圆形板结构，其一侧侧壁上设有圆柱形限位凸台272，该限位凸台272的外径尺寸与调心轮241中心孔的内径尺寸相当；固定板27的中心开设有中心通孔271，中心通孔271的外围设有若干周向分布的螺纹孔，本实施例中该螺纹孔设置为3个。
在电机轴222与调心轮241通过键槽结构固定完成后，将固定板27的限位凸台272伸入调心轮241的中心孔设置，限位凸台272的端面与电机轴222的端面为接触连接；利用螺栓插入固定板27的螺纹孔，将固定板27固定至谐波减速器24的调心轮241上；电机轴222的自由端开设有螺纹孔，利用螺栓穿过固定板27中的心通孔和电机轴222的螺纹孔，将电机轴222和调心轮241完全固定住。如此，可以实现电机轴222与调心轮241的紧固连接。
电机轴222是穿过连接侧板251设置的，连接侧板251靠近内轮毂211一侧的端面与调心轮241靠近电机轴222一侧的端面之间设有一定间隙，该间隙值设为0.4-0.7mm。设置该间隙的目的在于减少谐波减速器24的磨损，提高使用寿命。
在电机轴222带动调心轮241转动时，由于谐波发生器的调心轮241转动的轨迹并不是完整的圆形，因此，电机轴222会随着调节轮的转动而发生一定范围内的晃动，若电机22固定的连接侧板251与调心轮241之间不设置间隙，电机轴222没有晃动空间，则谐波发生器的调心轮241会在电机轴222的带动下一直处于某个偏心状态，造成柔轮和刚轮242之间的啮合不均匀，极易造成齿的磨损，影响减速精度和谐波减速器24的使用寿命。但是通过连接侧板251和调心轮241之间间隙的设置，电机轴222有了晃动空间，可以避免发生调心轮241的偏心问题，使得调心轮241的转动更加均匀，减少柔轮和刚轮242之间齿的磨损。该间隙值设计也不能过大，否则电机轴222的晃动空间过大，造成转矩传送精度下降，调心轮241的转动均匀性和谐波减速器24的稳定性仍会受到影响。
因此上述固定板27除了起到紧固电机轴222和调心轮241的作用，还可以起到限位电机轴222伸入调心轮241距离的作用。如果没有该固定板27，上述间隙并不容易把握，通过固定板27的限位凸台272的长度设计，令电机轴222端面与该限位凸台272端面始终接触连接，则可保证上述间隙便恰好位于设定范围内。
本实施例通过在麦克纳姆轮本体21的内部空间设置谐波减速器24，实现麦克纳姆轮大减速比的实现，减少了装配空间，使得整个麦克纳姆轮系统2的小型化都成为了现实。同时，该谐波减速器24可以与悬挂装置23通过连接板结构25设置于同一麦克纳姆轮平台中，使得该麦克纳姆轮平台既能实现缓冲减震，又能以较大减速比减速，具有很强的实用性，该麦克纳姆轮平台在各种车体、机器人装置或者运输装置上都有很好的应用前景。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (5)
1.一种麦克纳姆轮平台，其特征在于，包括平台本体(1)和设于所述平台本体(1)上的麦克纳姆轮系统(2)；
所述麦克纳姆轮系统(2)包括麦克纳姆轮本体(21)、电机(22)、悬挂装置(23)和谐波减速器(24)，所述谐波减速器(24)位于所述麦克纳姆轮本体(21)内部，并与所述电机(22)驱动连接，所述电机(22)通过连接板结构(25)设于所述麦克纳姆轮本体(21)的一侧；所述悬挂装置(23)的一端与所述连接板结构(25)连接，另一端与所述平台本体(1)连接；
所述麦克纳姆轮本体(21)包括内轮毂(211)、外轮毂(212)和设于所述外轮毂(212)和所述内轮毂(211)之间的多个辊轮(213)；所述谐波减速器(24)固设于所述外轮毂(212)和所述内轮毂(211)之间；所述辊轮(213)在所述谐波减速器(24)的外围设置；
所述连接板结构(25)包括相互连接的连接侧板(251)和连接底板(252)；所述连接侧板(251)与所述内轮毂(211)相互平行且间隔设置；所述连接底板(252)与所述悬挂装置(23)相互连接；
所述电机(22)包括电机本体(221)和伸出所述电机本体(221)设置的电机轴(222)；所述电机本体(221)固定于所述连接侧板(251)上，所述电机轴(222)穿过所述连接侧板(251)与所述谐波减速器(24)连接；
所述悬挂装置(23)包括设于所述连接底板(252)侧壁上的减震机构；所述减震机构包括减震器(231)和位于减震器(231)上部的连接块(233)，所述减震器(231)下部与所述连接底板(252)侧壁间隙配合连接；所述减震器(231)上部的连接块(233)与所述减震器(231)间隙配合，且所述连接块(233)与所述平台本体(1)连接；
所述谐波减速器(24)包括谐波发生器、刚轮(242)和连接法兰(243)；所述刚轮(242)与所述内轮毂(211)为过盈配合，所述内轮毂(211)和所述连接法兰(243)通过定位环(26)与所述外轮毂(212)固定连接；
所述谐波发生器包括调心轮(241)；所述电机轴(222)与所述调心轮(241)固定连接；
所述连接侧板(251)靠近所述内轮毂(211)一侧的端面与所述调心轮(241)靠近所述电机本体(221)一侧的端面之间设有间隙，所述间隙值设为0.4-0.7mm。
2.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮平台，其特征在于，所述定位环(26)包括第一卡接部(261)和第二卡接部(262)；所述第二卡接部(262)的自由端开设有凹槽(2621)；
所述第一卡接部(261)与所述外轮毂(212)为过盈配合；所述连接法兰(243)与所述凹槽(2621)卡合。
3.根据权利要求2所述的麦克纳姆轮平台，其特征在于，所述第二卡接部(262)、所述连接法兰(243)、所述外轮毂(212)和所述内轮毂(211)上开设有相互贯通的螺纹孔，通过螺栓结构将所述第二卡接部(262)、所述连接法兰(243)、所述外轮毂(212)和所述内轮毂(211)固定连接。
4.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮平台，其特征在于，所述电机轴(222)与所述调心轮(241)之间还设有用于辅助固定的固定板(27)；所述固定板(27)固设于所述调心轮(241)上，且所述固定板(27)与所述电机轴(222)通过螺栓结构固定连接。
5.根据权利要求4所述的麦克纳姆轮平台，其特征在于，所述固定板(27)的中心设有限位凸台(272)，所述限位凸台(272)的端面与所述电机轴(222)的端面为接触连接。
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