CN109909973A - 一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮 - Google Patents

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Abstract

一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮，属于驱动轮技术领域。本发明设计的全向移动机器人独立转向驱动轮，轴台固定在轮毂架中央，中空方便轮毂电机走线，在轴台上装有万向轮，减小相对转动时的摩擦。小法兰同轴套在轴台上并固定，中空轴同轴嵌入小法兰内固定。套筒同轴套在轴台上，套筒圆盘与向上万向轮接触。套筒内同轴套有下角接触轴承与上角接触轴承，下角接触轴承与上角接触轴承分别同轴套在中空轴上下两端，上角接触轴承下面与中空轴接触，下角接触轴承上表面与中空轴接触，下表面与小法兰接触。光轴均匀分布并固定在套筒上面，光轴上端嵌入上法兰盘并固定。在行进的过程中通过相连接的减震器较少颠簸与震动，保证了在行进过程中的平稳性。

Description

一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮
技术领域
本发明用于全方位移动机器人，主要是作为机器人的驱动轮，可以实现机器人全方位移动以及独立转向的功能。本设计方案结构紧凑，方便安装更换零件，也满足对于全方位移动机器人灵活，机动性高的要求，属于驱动轮技术领域。
背景技术
全方位移动机器人快速发展，作为行进装置的独立驱动轮，为机器人灵活地全方位移动提供了保障，可以使机器人能够在更狭小的环境内自由移动。独立驱动轮由行进机构、受力机构、减震机构组成，独立转向轮涉及到机械技术，控制技术等。经过调研发现，现存在的同类装置，虽然可以满足要求，但是存在或多或少的缺点，行走过程中不够稳定，比较颠簸，噪声较大等。
发明内容
本方案是提供了一种用于全方位移动机器人的行进装置。第一，本方案选择使用轮毂电机，轮毂电机将电机集成于轮子内部，使得装置整体更加紧凑，同时轮毂电机更加方便安装更换；第二，考虑到机器人的平稳性，驱动轮通过减震装置与底盘连接，可以减少机器人因路面不平带来的跳动；第三驱动轮设有与摆臂连接的零件，增加驱动轮活动范围，从而给机器人提供一定的跨越低矮门槛的能力。
为了解决上述问题，采用以下方案：
一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮，其特征在于，包括轮毂电机轮(101)、轮毂架A(102)、轮毂架B(103)、轴台(201)、套筒(202)、万向轮(203)、小法兰(204)、中空轴(205)、光轴(206)、上法兰盘(207)、上交接触轴承(208)、下角接触轴承(209)、摆臂铰链连接(301)、减震器铰链连接(302)、减震器(303)、摆臂(304)；轮毂电机轮(101)轴向两侧固定有向上的轮毂架A(102)，两个轮毂架A(102)的上面固定有同一个轮毂架B(103)，轮毂架B(103)的上面固定有轴台(201)，轴台(201)包括下端盘和下端盘上设有的向上凸起的中空桶状槽；中空桶状槽外侧下端盘上表面上固定有可转动的万向轮(203)；套筒(202)：底部为圆环底盘结构，圆环底盘结构上设有凸起向上的中空桶状结构，圆环平板结构的内径与中空桶状结构内径同尺寸且齐平；中空轴(205)为中空轴状结构，外表面的轴向中间部位相对于两端具有径向尺寸扩大形成的凸台；中空轴(205)同轴套在套筒(202)中空桶状结构内，万向轮(203)的上表面与套筒(202)圆环平板结构的下表面接触；在轴台(201)中空桶状槽的上端固定有同轴的中空的小法兰(204)，同时小法兰(204)整体位于套筒(202)的中空桶状结构中，中空轴(205)同轴嵌入小法兰(204)内并固定；在中空轴(205)外侧表面和套筒(202)中空桶状结构内侧表面之间，小法兰(204)的上表面设有下角接触轴承(209)，下角接触轴承(209)套在中空轴(205)下端外侧并与中空轴(205)固定在一起，下角接触轴承(209)的上表面与中空轴(205)外侧凸台的下表面接触，中空轴(205)外侧凸台的上表面设有上交接触轴承(208)，上交接触轴承(208)套在中空轴(205)上端外侧且与上端外侧固定在一起；多根光轴(206)轴向下端均匀分布固定在套筒(202)的中空桶状结构桶壁的上端，多根光轴(206)轴向上端于同一上法兰盘(207)固定连接；上法兰盘(207)上设有与中空轴(205)相对应的孔，同时中空轴(205)伸入到上述上法兰盘(207)的孔中；在套筒(202)圆环平板结构上表面中空桶状结构径向相对的两侧分别通过减震器铰链连接(302)固定有一个减震器(303)；在两个减震器(303)之间套筒(202)中空桶状结构的外侧通过摆臂铰链连接(301)固定有摆臂(304)；上法兰盘(207)上安装有转向电机，转向电机与中空轴(205)匹配固定，带动中空轴(205)转动，进而带动轮毂电机轮(101)转动，套筒(202)不随中空轴(205)转动；
优选套筒(202)中空桶状结构的外侧为长方体结构，两个减震器(303)位于长方体相对的两个侧面外侧；在上述两个侧面上分别通过一个摆臂铰链连接(301)固定连接一个长轴的摆臂(304)，两个侧面上同高度的两个平行的摆臂(304)中间采用连接杆固定连接，形成一个摆臂对，使得摆臂对摆动的平面与减震器(303)摆动的平面平行；在套筒(202)中空桶状结构上不同高度上设有多个摆臂对。
本方案设计的全向移动机器人独立转向驱动轮，由行进机构，受力机构，减震机构构成。其中行进机构主要是轮毂电机轮构成，提供行进动力；受力机构主要作用于支撑整个机器人以及力的传递；减震机构的作用主要是减少因路面不平带来的震动，同时增加活动范围。行进机构包括轮毂电机和轮毂架，受力机构包括：中空轴、轴台、套筒、上法兰盘、小法兰、下角接触轴承、上角接触轴承、万向轮和光轴；减震机构包括：摆臂铰链连接零件、减震器铰链连接零件、摆臂和减震器。轴台固定在轮毂架中央，中空方便轮毂电机走线，在轴台上并装有三个倒置的小型万向轮，减小相对转动时的摩擦。小法兰同轴套在轴台上通过螺纹固定，中空轴同轴嵌入小法兰内，通过侧面开孔螺钉固定。套筒同轴套在轴台上，套筒圆盘与向上万向轮接触。套筒内同轴套有下角接触轴承与上角接触轴承，同时下角接触轴承与上角接触轴承分别同轴套在中空轴上下两端，上角接触轴承下面与中空轴接触，下角接触轴承上表面与中空轴接触，下表面与小法兰接触。四根光轴以中空轴为中心均匀分布在套筒上面，光轴下端带有螺纹，与开有螺纹的套筒上表面固定，光轴上端嵌入上法兰盘通过螺钉固定好。本发明方案作为全方位移动机器人的行进装置，为了方便安装，以及方便更换零部件，因此对独立转向驱动轮进行独立设计。通过减震机构与机器人的底盘固定，在行进的过程中可以通过相连接的减震器较少颠簸与震动，从而保证了在行进过程中的平稳性。
本发明与之前现有的技术相比较而言，第一，使用轮毂电机以及这用紧凑的设计形式，整体来说比较美观，所占空间较小，体积小。第二，选择中空轴台内部走线，防止轮毂电机线缠绕于外体。第三，摆臂和减震器使得该驱动轮与随动轮共面，同时又可以避免行进中带来的颠簸与震动。
附图说明
图1为本设计方案的结构主视图
图2为本设计方案的结构左视图
图3为本设计方案的结构剖视图
图4为本设计方案的结构轴测图
其中1行进机构、2受力机构、3减震机构、101轮毂电、102轮毂架A和103轮毂架B；受力机构包括201轴台、202套筒、203万向轮、204小法兰、205中空轴、206光轴、207上法兰盘、208上交接触轴承、209下角接触轴承、301摆臂铰链连接、302减震器铰链连接、303减震器、304摆臂。
具体装配方式
下面结合所给出的附图以及具体的安装方法对本发明进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
根据图1-图4，本发明设计的应用于全方位移动机器人的独立驱动转向轮，由1行进机构、2受力机构、3减震机构构成。
上述各个机构中，行进机构包括101轮毂电机轮、102轮毂架A和103轮毂架B；受力机构包括201轴台、202套筒、203万向轮、204小法兰、205中空轴、206光轴、207上法兰盘、208上交接触轴承、209下角接触轴承；减震机构包括301摆臂铰链连接、302减震器铰链连接、303减震器、304摆臂。
各部分组成以连接关系如下：通过螺母将101轮毂电机轮固定在由102轮毂架A与103轮毂架B组成的电机架上，轮毂电机架上开有通孔，201轴台与轮毂电机架通过螺纹固定。201轴台台面上开有盲孔并带有内螺纹，203万向轮末端带有螺纹，可以通过螺纹将两者固定。204小法兰同轴套在201轴台上，并且通过螺纹固定。205中空轴同轴嵌入小法兰内，通过侧面螺钉固定。202套筒同轴套在205中空轴上，套筒圆盘与203万向轮接触。202套筒内部套有209下角接触轴承与208上角接触轴承，并且209下角接触轴承与208上角接触轴承分别同轴套在205中空轴两端并固定好，208上角接触轴承下表面与205中空轴接触，209下角接触轴承下表面与204下法兰接触，上表面与205中空轴接触。四根206光轴均匀的分布在202套筒上侧，206光轴下端带有螺纹，与202套筒上表面固定，206光轴上端嵌入207上法兰盘内通过螺钉固定好。302减震器铰链连接固定在202套筒原盘上，301摆臂铰链连接焊接在202套同一侧。303减震器一侧通过与302减震器铰链连接固定在底盘。303摆臂一侧可以通过301摆臂铰链连接与底盘固定。驱动轮可以通过减震机构固定在机器人底盘上。207上法兰盘上表面开有4个通孔用于固定转向电机，电机转动杆与205中空轴通过销连接固定，205中空轴侧面开有小孔方便轮毂电机线穿出。

Claims (4)

1.一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮，其特征在于，包括轮毂电机轮(101)、轮毂架A(102)、轮毂架B(103)、轴台(201)、套筒(202)、万向轮(203)、小法兰(204)、中空轴(205)、光轴(206)、上法兰盘(207)、上交接触轴承(208)、下角接触轴承(209)、摆臂铰链连接(301)、减震器铰链连接(302)、减震器(303)、摆臂(304)；轮毂电机轮(101)轴向两侧固定有向上的轮毂架A(102)，两个轮毂架A(102)的上面固定有同一个轮毂架B(103)，轮毂架B(103)的上面固定有轴台(201)，轴台(201)包括下端盘和下端盘上设有的向上凸起的中空桶状槽；中空桶状槽外侧下端盘上表面上固定有可转动的万向轮(203)；套筒(202)：底部为圆环底盘结构，圆环底盘结构上设有凸起向上的中空桶状结构，圆环平板结构的内径与中空桶状结构内径同尺寸且齐平；中空轴(205)为中空轴状结构，外表面的轴向中间部位相对于两端具有径向尺寸扩大形成的凸台；中空轴(205)同轴套在套筒(202)中空桶状结构内，万向轮(203)的上表面与套筒(202)圆环平板结构的下表面接触；在轴台(201)中空桶状槽的上端固定有同轴的中空的小法兰(204)，同时小法兰(204)整体位于套筒(202)的中空桶状结构中，中空轴(205)同轴嵌入小法兰(204)内并固定；在中空轴(205)外侧表面和套筒(202)中空桶状结构内侧表面之间，小法兰(204)的上表面设有下角接触轴承(209)，下角接触轴承(209)套在中空轴(205)下端外侧并与中空轴(205)固定在一起，下角接触轴承(209)的上表面与中空轴(205)外侧凸台的下表面接触，中空轴(205)外侧凸台的上表面设有上交接触轴承(208)，上交接触轴承(208)套在中空轴(205)上端外侧且与上端外侧固定在一起；多根光轴(206)轴向下端均匀分布固定在套筒(202)的中空桶状结构桶壁的上端，多根光轴(206)轴向上端于同一上法兰盘(207)固定连接；上法兰盘(207)上设有与中空轴(205)相对应的孔，同时中空轴(205)伸入到上述上法兰盘(207)的孔中；在套筒(202)圆环平板结构上表面中空桶状结构径向相对的两侧分别通过减震器铰链连接(302)固定有一个减震器(303)；在两个减震器(303)之间套筒(202)中空桶状结构的外侧通过摆臂铰链连接(301)固定有摆臂(304)；上法兰盘(207)上安装有转向电机，转向电机与中空轴(205)匹配固定，带动中空轴(205)转动，进而带动轮毂电机轮(101)转动，套筒(202)不随中空轴(205)转动。
2.按照权利要求1所述的一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮，其特征在于，套筒(202)中空桶状结构的外侧为长方体结构，两个减震器(303)位于长方体相对的两个侧面外侧。
3.按照权利要求2所述的一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮，其特征在于，在上述两个侧面上分别通过一个摆臂铰链连接(301)固定连接一个长轴的摆臂(304)，两个侧面上同高度的两个平行的摆臂(304)中间采用连接杆固定连接，形成一个摆臂对，使得摆臂对摆动的平面与减震器(303)摆动的平面平行。
4.按照权利要求3所述的一种基于轮毂电机的独立转向驱动轮，其特征在于，在套筒(202)中空桶状结构上不同高度上设有多个摆臂对。
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