CN115325108A - 双轮式驱动模块和轮式运输机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种双轮式驱动模块和轮式运输机器人，涉及运输机器人技术领域，包括导向环和行走转向机构。行走转向机构包括支撑框架和两组一体化精密驱动单元，支撑框架与导向环配合，支撑框架与导向环绕预设轴线可摆动地配合，二者绕中心线可转动地配合。每个一体化精密驱动单元均包括无框电机和摆线行星精密减速器，无框电机与摆线行星精密减速器共用一个壳体和一个输入曲柄轴，壳体与支撑框架连接，摆线行星精密减速器上设置有车轮。该驱动模块具有结构紧凑、驱动力大、转向灵活和易实现全方位驱动的优点，改善了现有方案中由于差速执行不准确造成的转向卡滞或过载报警的技术问题，尤其适合潜伏式驱动的移动机器人的驱动方案。

Description

双轮式驱动模块和轮式运输机器人

技术领域

本发明涉及运输机器人技术领域，具体而言，涉及一种双轮式驱动模块和轮式运输机器人。

背景技术

现代的智能工厂、物流运输、搬运设备对轮式运输机器人要求体积小、搬运能力强，且具有原地转向、全方位驱动等功能。轮式运输机器人的驱动方式包括单轮驱动、差速驱动、双轮驱动和多轮驱动等。现有的驱动方式中至少需要一个主动轮和若干转向轮或从动轮配合以实现运输机器人的驱动。其中，两个独立驱动轮组成的驱动单元通过差速控制可实现原地转向，而通过多个双轮的驱动单元驱动的运输机器人可以十分方便的实现全方位驱动的功能，并且驱动能力强。

专利201910361572.5运输车及运输车的驱动模块提出了一种将两个电机独立驱动的驱动轮设置在回转轴承内圈空间的双轮驱动单元。专利CN210027667U运输车及运输车的驱动模块提出了一种两电机独立驱动驱动轮的结构，也采用回转轴承进行转向，但回转轴承布置在容纳孔内部。上述两个专利均以解决运输车负载行进过程中不稳定的问题，从而提高运输车的稳定性为目的，在实施过程中仍存在其他一些问题：

1)采用内外圈结构完整的回转轴承作为集成方案的驱动单元结构复杂、体积大；2)现有电机与减速器装置直联的方案，结构不够紧凑，驱动单元中电机体积占比太大；3)由于方案中的减速装置单级速比小、传动精度不高，现有的驱动单元输出力矩小，且两轮的差速控制误差太大，转向时容易因驱动掣肘而产生卡滞，甚至引发过载报警。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双轮式驱动模块和轮式运输机器人，用以改善轮式运输机器人对其驱动装置小体积、大搬运能力、原地转向方便和全方位驱动的要求。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种双轮式驱动模块，包括：

导向环和行走转向机构；所述导向环设有安装通孔，所述行走转向机构包括支撑框架和两组一体化精密驱动单元，所述支撑框架安装于所述安装通孔内，所述支撑框架与所述导向环绕预设轴线可摆动地配合，以及二者绕所述安装通孔的中心线可转动地配合，所述预设轴线与所述中心线具有夹角；

每个所述一体化精密驱动单元均包括无框电机和摆线行星精密减速器，所述无框电机与摆线行星精密减速器共用一个壳体和一个输入曲柄轴，所述壳体与所述支撑框架连接，所述摆线行星精密减速器上设置有车轮。

在可选的实施方式中，独立控制的所述两组一体化精密驱动单元分别驱动精密齿轮副进而驱动两个车轮；每组所述一体化精密驱动单元均采用精密减速器、电机和角度编码器一体化集成的方案，所述精密驱动单元通过角度编码器提升驱动电机的控制精度，通过所述精密减速器实现驱动单元的精确输出转角；每组所述精密齿轮副包括高精度直齿圆柱渐开线齿轮，且所述精密齿轮副的高速级齿轮由两片相位偏移的齿轮构成齿轮副啮合间隙消除机构，以提升齿轮副的运动输出精度。

在可选的实施方式中，所述摆线行星精密减速器包括输入端盘、输出端盘、摆线轮、针齿组件、柱销组件、输入曲柄轴、角接触球轴承、深沟球轴承和圆柱滚子；所述针齿组件与摆线轮构成滚动摆线针齿啮合副，所述柱销组件与摆线轮、输入端盘、输出端盘构成销轴式输出机构，输入曲柄轴沿轴向穿过摆线轮，同时输入曲柄轴与摆线轮通过满装圆柱滚子转动配合。

在可选的实施方式中，所述针齿组件由圆周均布的针齿和针齿套构成；所述针齿组件与所述摆线轮构成摆线针齿啮合副，通过调整摆线针齿啮合副的滚针尺寸来控制啮合副的啮合间隙。

在可选的实施方式中，所述柱销组件包括柱销和柱销套；所述柱销的左端与输出端盘上均布的孔过盈配合，所述柱销的右端设有螺纹孔，所述柱销分别穿过摆线轮上的坐标孔通过螺钉与输入端盘连接；柱销套穿过销轴位于销轴和摆线轮坐标孔之间；每根所述销轴与两片摆线轮之间采用两独立销套支撑，通过调整销轴套壁厚来控制输出机构运动副之间的间隙。

在可选的实施方式中，所述行走转向机构集成于所述导向环内，所述安装通孔的孔壁上具有导向滚道，所述支撑框架上具有导向部件，所述导向部件与所述导向滚道构成滚动接触副。

在可选的实施方式中，所述导向滚道设置为圆弧滚道；所述导向部件设置为球状部件。

在可选的实施方式中，所述支撑框架上还设有限位部件，所述限位部件用于在所述行走转向机构绕所述预设轴线摆动时与所述导向滚道抵接，以限制所述行走转向机构的摆动幅度。

在可选的实施方式中，所述导向环与所述支撑框架之间安装有角度编码器；所述导向环上部设置有角度编码器定子安装支架以安装编码器定子；所述支撑框架结构上设置有角度编码器转子安装支架以安装编码器转子。

第二方面，本发明提供一种轮式运输机器人，所述轮式运输机器人包括：

前述实施方式中任一项所述的双轮式驱动模块。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供的双轮式驱动模块和轮式运输机器人具有至少如下优点：

1.本申请驱动模块结构紧凑、体积小。与现有技术中包含完整内外圈的回转轴承相比，本申请仅保留带有圆弧槽滚道的导向环，若干个球状导向介质集成安装于支撑框架上，与导向环一起构成驱动模块的导向结构；驱动模块的驱动器采用电机、精密减速器深度集成的一体化设计方案，与现有技术相比，结构更加紧凑，整个驱动器的体积大大减小，尤其适用于潜伏式驱动的移动机器人的驱动方案；

2.本申请驱动模块驱动力矩大。与现有技术相比，同等体积下，本申请可采用功率更大的电机与减速器集成；本申请集成的精密减速器单级速比大，单位功率密度更高，输出力矩更大，且具有4-5倍的过载能力，远高于现有技术中行星减速器2-3倍的过载能力，稳定可靠；

3.本申请驱动模块转向灵活，改善了现有技术中因差速控制时两轮执行不准确而造成的掣肘卡滞等问题。与现有技术相比，本申请驱动模块采用精密摆线行星减速器、带消隙方案的精密齿轮副，每个一体化的驱动器均集成有角度编码器以提升驱动器的控制精度，可大大提升驱动模块中差速的执行精度，从而改善了现有技术因差速执行不准确造成的转向卡滞或过载报警的技术问题；此外，每个驱动模块也安装有用于控制驱动模块转角相位的角度编码器，也适合于若干个驱动模块驱动轮式机器人时的精确转向控制。

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为本发明实施例的实施例1的一体化精密驱动单元的结构示意图；

图2为本发明实施例的实施例1的双轮式驱动模块的结构示意图；

图3为本发明实施例的实施例2的双轮式驱动模块的立体结构示意图；

图4为本发明实施例的实施例2的双轮式驱动模块的侧向结构示意图；

图5为本发明实施例的实施例2的导向环的结构示意图；

图6为本发明实施例的实施例2的筒体的剖视结构示意图；

图7为本发明实施例的实施例2的支撑框架的结构示意图；

图8为本发明实施例的实施例2的行走转向机构的结构示意图；

图9为本发明实施例的实施例2的行走转向机构的变形结构示意图；

图10为本发明实施例的实施例2的驱动器的剖视结构示意图；

图11为本发明实施例的实施例2的第一角度编码器的安装结构示意图。

图标:

1-柱销组件；2-角接触球轴承；3-外壳；4-电机定子；5-端盖；6-角度编码器；7-曲柄轴；8-电机转子；9-输入端盘；10-螺钉；11-柱销套；12-圆柱滚子；13-深沟球轴承；14-输出端盘；15-摆线轮；16-针齿组件；1000-第一基部；2000-第二基部；3000-旋转部件；4000-驱动轮；5000-精密驱动单元；

001-预设轴线；002-中心线；100-导向环；110-筒体；111-安装通孔；112-第一端；113-第二端；114-导向槽；1141-第一槽侧壁；1142-第二槽侧壁；1143-槽底壁；120-安装板；200-行走转向机构；210-支撑框架；211-底板；212-顶板；213-前侧板；214-后侧板；215-左侧板；216-右侧板；217-中心轴；218-定位轮；2181-第一定位轮；2182-第二定位轮；219-限位轮；2191-第一限位轮；2192-第二限位轮；220-一体化精密驱动单元；221-驱动器；2211-电机；2212-曲轴；2213-针齿壳；2214-输入端盘；2215-销轴；2216-销套；2217-摆线轮；22171-销孔；2218-输出端盘；22181-输出齿轮；2219-滚子；222-车轮；223-驱动齿轮；300-第一角度编码器；310-编码器定子；320-编码器转子。

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”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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“设置”、“安装”、“相连”、“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。

现有技术，轮式运输机器人的结构多种多样，轮式运输机器人常见的驱动模块有两种结构，其一、将通过两个电机独立驱动的驱动轮设置在回转轴承内圈空间的双轮驱动结构；其二、将电个机独立驱动驱动轮的结构，也采用回转轴承进行转向，但回转轴承布置在容纳孔内部。现有技术中的两种驱动模块存在如下缺点：

1、采用内外圈结构完整的回转轴承作为集成方案的驱动单元结构复杂、体积大；

2、现有电机与减速器装置直联的方案，结构不够紧凑，驱动单元中电机体积占比太大；

3、减速装置单级速比小、传动精度不高，现有的驱动单元输出力矩小，且两轮的差速控制误差太大，转向时容易因驱动掣肘而产生卡滞，甚至引发过载报警。

实施例1

本发明实施例公开一种一体化集成的精密驱动单元，一种轮式机器人用驱动模块。

请结合图1，本发明实施例公开的一体化集成的精密驱动单元5000采用精密减速器、电机和角度编码器一体化集成的方案。减速器采用新型摆线行星精密减速器，其通过调整摆线针齿啮合副的滚针尺寸来控制啮合副的啮合间隙；销轴式输出机构采用的每根销轴与两片摆线轮则采用两独立销套支撑的结构，这样即可通过调整销套壁厚控制销轴式输出机构运动副之间的间隙，从而获得精确运动输出的效果。角度传感器一般采用编码器来获得高精度的电机转子位置信息。新型摆线减速器与电机一体化设计，电机转子旋转轴与减速器输入轴采用一体化设计；编码器安装在电机另一侧轴心位置监控电机转子运行，与减速器分布在电机两端；电机定子安装壳体以及减速器壳体采用一体化设计，共用一个壳体。

本发明实施例公开的轮式机器人用驱动模块主要包括第一基部1000、第二基部2000、旋转部件3000、驱动轮4000和上述的一体化集成的精密驱动单元5000。

第一基部1000是驱动模块的基础框架，可以为整个驱动模块提供安装基础。在本发明实施例中，第一基部1000是驱动模块中可旋转部分的框架，其整体为一个箱体，在其左右两侧框架板中心点处均设有通孔，中心轴穿过两个通孔完成固定，为驱动轮和轴承等部件提供安装位置。

驱动轮4000与一体化集成的精密驱动单元5000借助第一基部完成匹配安装，为了节约空间，精密驱动单元5000一般设置在第一基部1000内部，驱动轮4000设置在第一基部1000外部且安装在中心轴上，从里向外，分别安装有中心轴轴向定向环、驱动单元从动齿轮、轴承。轴承上安装驱动轮。一台轮式机器人用驱动模块由两个驱动轮组成，每个驱动轮都拥有独立的一体化精密驱动单元通过齿轮传动进行驱动。驱动模块的两组精密齿轮副由高精度直齿圆柱渐开线齿轮构成，且齿轮副的高速级齿轮由两片相位偏移的齿轮构成齿轮副啮合间隙消除机构，从而提升齿轮副的运动输出精度。

第二基部2000是驱动模块的外框架，主要包括圆柱形导向环与传感器安装支撑。在轮式运输机器人中，第二基部2000与运输机器人底部固定连接。在本发明实施例中，圆柱形导向环内部留有滚道供旋转机构使用，传感器支撑板为角度传感器提供安装位置，导向环上部设置角度编码器定子安装支架供编码器定子安装；驱动模块框架结构上设置编码器转子安装支撑以安装编码器转子，从而方便时刻观测机器人运行状态。

旋转部件3000使得驱动模块能够完成灵活转向，本实施例采用的是球型导向机构，通过若干球状导向部件与圆柱形导向环内部圆弧滚道构成滚动接触副。其中驱动模块集成于导向环内部，导向环内部留有圆弧滚道。本实施例中采用四个球状导向部件，其中两大尺寸球状导向部件安装在第一基部1000前后框架板的中心位置，其尺寸必须与导向环内部滚道匹配，要求该两球状导向部件只能在滚道内进行水平方向滚动而无竖直方向上的位移活动，从而固定第一基部1000的中轴线与第二基部的相对位置，保证驱动轮与地面的接触；另外两个球状导向部件安装在第一基部1000中穿过左右框架板的中心轴两端，采用小尺寸球状导向环，其尺寸小于导向环内部滚道，要求其在滚道内既能进行水平方向上的滚动，又能在竖直方向上的一定限度内活动，从而使得第一基部1000相对于第二基部2000不仅可以绕竖直方向360°旋转，也可以绕第一基部中轴线(两大尺寸球状导向部件所在轴线)在一定角度限制内进行旋转。该设计提高了驱动模块的自由度，有助于提高运输机器人对复杂路况的适应能力。例如面对不平整道路时此多自由度设计可以保证驱动轮与地面之间更好得接触从而减轻车轮悬空对机器人产生的各种影响，增强系统的自适应能力。

本发明实施例公开的驱动模块能够起到驱动和支撑的作用，为了提高系统的稳定性，第一基部除了驱动轮4000低于第二基部2000的下边沿外，其余部分均安装在第二基部内部，这样的设计有效节约了空间，并降低了轮式运输机器人的整体高度，从而增强了系统的稳定性。另外本实施例采用一体化精密驱动单元，其内部集成了新型的精密摆线行星减速器和高精度的角度编码器，在保证小体积和高精度的同时，大大增加了力矩输出能力。另外驱动模块的两组精密齿轮副由高精度直齿圆柱渐开线齿轮构成，且齿轮副的高速级齿轮由两片相位偏移的齿轮构成齿轮副啮合间隙消除机构，提升齿轮副的运动输出精度，相比于当前市面上电机-减速机组合的性能，本发明结构更紧凑、体积更小，输出力矩更大，并拥有更强的过载能力和更高的输出精度。

针对双轮驱动方案，通常对驱动模块的两个驱动轮采用差速的方式进行驱动。如上文所述，导向环内侧有滚道供球状导向部件旋转。当两驱动轮差速时，球状导向部件在内壁上滚动，可以实现第一基部1000相对于第二基部2000的相对旋转，而第二基部2000与运输车车架相固定，因此第一基部事实上是相对于整个轮式机器人本体做出的相对旋转，从而可以完成机器人的转向。另外因为小尺寸球状导向部件没有固定的轨道，其相对于第二基部2000内侧的滚道形成了“点对面”的接触方式使得转向轮可以自由在滚道内滚动，这样第一基部可以相对于第二基部进行摇摆，形成一种以第一基部1000中轴线(两大尺寸球状导向部件所在直线)为轴线的相对旋转。

同时，每个一体化精密驱动单元均包括无框电机和摆线行星精密减速器，无框电机与摆线行星精密减速器共用一个壳体和一个输入曲柄轴，壳体与支撑框架连接，摆线行星精密减速器上设置有车轮。独立控制的两组一体化精密驱动单元分别驱动精密齿轮副进而驱动两个车轮；每组一体化精密驱动单元均采用精密减速器、电机和角度编码器一体化集成的方案，精密驱动单元通过角度编码器提升驱动电机的控制精度，通过精密减速器实现驱动单元的精确输出转角；每组精密齿轮副包括高精度直齿圆柱渐开线齿轮，且精密齿轮副的高速级齿轮由两片相位偏移的齿轮构成齿轮副啮合间隙消除机构，以提升齿轮副的运动输出精度。

请结合图2，其中，壳体包括相连的外壳3和端盖5。摆线行星精密减速器包括输入端盘9、输出端盘14、摆线轮15、针齿组件16、柱销组件1、输入曲柄轴7、角接触球轴承2、深沟球轴承13、圆柱滚子12和角度编码器6。针齿组件16与摆线轮构15成滚动摆线针齿啮合副，柱销组件1与摆线轮15、输入端盘9、输出端盘14构成销轴式输出机构，输入曲柄轴7沿轴向穿过摆线轮15，同时输入曲柄轴7与摆线轮15通过满装圆柱滚子转动配合。针齿组件16由圆周均布的针齿和针齿套构成；针齿组件16与摆线轮15构成摆线针齿啮合副，通过调整摆线针齿啮合副的滚针尺寸来控制啮合副的啮合间隙。柱销组件1包括柱销和柱销套11，柱销的左端与输出端盘上均布的孔过盈配合，柱销的右端设有螺纹孔，柱销分别穿过摆线轮上的坐标孔通过螺钉10与输入端盘连接；柱销套穿过销轴位于销轴和摆线轮坐标孔之间；每根销轴与两片摆线轮之间采用两独立销套支撑，通过调整销轴套壁厚来控制输出机构运动副之间的间隙。电机包括相互配合的电机定子4和电机转子8。角度编码器6包括编码器定子和编码器转子，编码器定子固定在电机减速器一体化驱动单元的端盖5上，编码器转子固定在电机转子上跟随旋转；通过监测并反馈电机转速信息和电机转子位置信息完成对电机的闭环控制，提高电机控制精度，实现整个机构的精确输出。

实施例2

请结合图3-图11，鉴于此，设计者设计了一种双轮式驱动模块，能够简化结构，提高紧凑性，缩小体积，降低成本。

请结合图3、图4、图8，本实施例中，双轮式驱动模块包括导向环100和行走转向机构200。导向环100设有安装通孔111。行走转向机构200包括支撑框架210和两组一体化精密驱动单元220，支撑框架210安装于安装通孔111内，支撑框架210与导向环100绕预设轴线001可转动地配合，以及二者绕安装通孔111的中心线002可转动地配合，预设轴线001与中心线002具有不为零的夹角。每个一体化精密驱动单元220均包括车轮222和驱动器221，驱动器221与支撑框架210连接，车轮222与支撑框架210可转动地连接，驱动器221与对应的车轮222传动连接，用于驱动对应的车轮222转动；两个车轮222的轮轴同轴设置。

本实施例中，除非特别说明外，预设轴线001与中心线002为垂直设置，也即二者的夹角为90°。显然，在其他实施例中，预设轴线001与中心线002还可以是其他夹角。

本实施例提供的双轮式驱动模块的工作原理如下：

两个车轮222接触地面，两个驱动器221分别独立控制两个车轮222转动，从而通过两个车轮222带动整体行走于地面。当需要进转向控制时，两个驱动器221驱的输出功率不同，两个车轮222的转速不同，从而形成差速运动，使得支撑框架210相对于导向环100绕安装通孔111的中心线002转动，进而完成转向动作。同时，在驱动模块运行过程中，由于驱动模块的行走转向机构200整体能够相对于导向环100绕预设轴线001转动，当两个车轮222行走于凹凸不平的地面上时，两个车轮222与地面接触位置的高度不同，此时，支撑框架210能够适应性地相对于导向环100绕预设轴线001转动一定角度，平衡高度差，从而保证两个车轮222均能够接触地面，有效改善了车轮222悬空所产生的不利影响，增强了整体自适应能力，适用范围广。

请结合图5和图6，本实施例中，可选的，导向环100包括筒体110和安装板120，筒体110为圆筒结构，筒体110的两端均为敞口，为便于描述，筒体110的两端分别为第一端112和第二端113。筒体110的筒腔即为安装通孔111，安装通孔111设置为圆形孔。安装通孔111的孔壁上设置有环形的导向槽114，导向槽114围绕安装通孔111的中心线002设置。导向槽114的断面形状为U形或其他形状。导向槽114具有在中心线002的延伸方向上相对设置的环形的第一槽侧壁1141和环形的第二槽侧壁1142，第一槽侧壁1141和第二槽侧壁1142之间通过环形的槽底壁1143连接。安装板120设于筒体110的第一端112并且可以通过螺钉等固定于筒体110上，车轮222凸设于第二端113，如此，驱动模块正常作业时，第二端113面向地面，第一端112背离地面。具体的，安装板120为矩形板，安装板120横跨筒体110的第一端112，安装板120的两端均通过螺钉固定在筒体110的第一端112所在端面上。如此，安装板120的两侧均被限位，安装板120与筒体110的连接结构牢固。

请结合图4和图7，本实施例中，可选的，支撑框架210包括均为矩形状的底板211、顶板212、左侧板215、右侧板216、前侧板213和后侧板214。底板211和顶板212相对设置，左侧板215、前侧板213、右侧板216和后侧板214依次首尾连接构成筒状结构，并且底板211同时与筒状结构的底侧连接，顶板212同时与筒状结构的顶侧连接。同时，前侧板213上在其中部位置设置有第一定位轮2181，后侧板214上在其中部位置均设置有第二定位轮2182，第一定位轮2181和第二定位轮2182同轴设置，第一定位轮2181和第二定位轮2182所在轴线即为预设轴线001。第一定位轮2181和第二定位轮2182均设置有球形面，例如，二者均可以设置为球体。第一定位轮2181和第二定位轮2182均能卡接在导向槽114中，使得球形面同时与导向槽114的槽底壁1143、第一槽侧壁1141和第二槽侧壁1142接触，并且能够与导向槽114在导向槽114的延伸方向上可滑动地配合。同时，第一定位轮2181和第二定位轮2182卡接于导向槽114后，二者与导向槽114在安装通孔111的中心线002的延伸方向上相对固定，如此，使得支撑框架210能够绕中心线002相对于导向环100转动并且绕预设轴线001相对于导向环100摆动，支撑框架210不会相对于导向环100上下窜动，稳定可靠。

需要说明的是，第一定位轮2181和第二定位轮2182均与导向槽114的槽壁为点与面的接触，第一定位轮2181和第二定位轮2182与导向槽114的接触面积小，摩擦力小，运动更加灵活。

进一步的，底板211、顶板212、左侧板215、右侧板216、前侧板213和后侧板214上还可以设置减重孔，在节省材料的同时，减轻重量。

同时，左侧板215的中部位置设置有第一定位孔，右侧板216的中部位置设置有第二定位孔，第一定位孔和第二定位孔均为圆孔，并且二者同轴设置。第一定位孔和第二定位孔中同时穿设有中心轴217。中心轴217外设置套接有轴承，轴承外套接有驱动齿轮223，驱动齿轮223与车轮222固定连接，如此，驱动器221的扭矩能够通过驱动齿轮223传递至车轮222，从而通过车轮222相对于中心轴217转动实现行走。进一步的，中心轴217的两端分别伸出对应的车轮222，在中心轴217的两端分别安装有第一限位轮2191和第二限位轮2192。第一限位轮2191和第二限位轮2192均设置有球形面，例如，二者均设置为球体。第一限位轮2191和第二限位轮2192均卡接于导向槽114中，第一限位轮2191和第二限位轮2192能够沿导向槽114的延伸方向滑动，同时，第一限位轮2191和第二限位轮2192与第一槽侧壁1141和第二槽侧壁1142具有间距，或者说，当处于正常状态时，第一限位轮2191位于第一槽侧壁1141和第二槽侧壁1142之间的中部位置，第二限位轮2192位于第一槽侧壁1141和第二槽侧壁1142之间的中部位置，如此，支撑框架210能够相对于导向环100绕预设轴线001摆动，并且，当支撑框架210摆动至一定角度后，第一限位轮2191与第一槽侧壁1141接触的同时第二限位轮2192与第二槽侧壁1142接触，或者第一限位轮2191与第二槽侧壁1142接触的同时第二限位轮2192与第一槽侧壁1141接触，在该两种状态下，支撑框架210摆动至极限位置，从而起到限制支撑框架210摆动范围的目的，不易造成侧翻等事故。

应当理解，由于第一限位轮2191和第二限位轮2192均具有球形面，球形面与导向槽114的槽壁接触时，为点与面的接触方式，第一限位轮2191和第二限位轮2192与导向槽114的槽壁接触面积小，摩擦力小，运动更加灵活。

本实施例中，需要说明的是，第一定位轮2181、第二定位轮2182、第一限位轮2191和第二限位轮2192还可以是不为球体的其他结构，例如，请参考图7，定位轮218和限位轮219均为圆柱形轮体。并且，限位轮219的数量为四个，两个限位轮219为一组且两组限位轮219分别设于左侧板215和右侧板216上。

本实施例中，可选的，驱动器221设置为摆线针轮减速机。

请结合图10，可选的，摆线针轮减速机包括电机2211和减速传动机构，减速传动机构包括曲轴2212、针齿壳2213、输入端盘2214、销轴2215、销套2216、摆线轮2217和输出端盘2218。电机2211的壳体与针齿壳2213连接。曲轴2212与电机2211的转子连接，输入端盘2214、摆线轮2217和输出端盘2218均套接于曲轴2212外且依次排布；摆线轮2217与针齿壳2213之间以及摆线轮2217与针齿壳2213之间均设有滚子2219；摆线轮2217上设置有销孔22171，销套2216套接于销轴2215外，输入端盘2214与输出端盘2218通过销轴2215连接；销套2216插接于销孔22171内；输出端盘2218上固定连接有输出齿轮22181，输出齿轮22181与中心轴217上的驱动齿轮223啮合，如此，输出端盘2218输出的扭矩能够传递至车轮222，从而带动车轮222转动。

进一步的，输出齿轮22181和驱动齿轮223均设置为高精度的直齿圆柱渐开线齿轮，且输出齿轮22181和驱动齿轮223的相位偏移，从而能够消除输出齿轮22181和驱动齿轮223构成的齿轮副的啮合间隙，提升齿轮副的运动输出精度。

进一步的，电机2211的壳体与针齿壳2213为一体式结构，也即电机2211的转子和定子与减速传动机构公用一个壳体，电机2211与减速传动机构采用深度集成方式，与现有技术的电机2211与减速器采用直联的结构相比，整体结构更加紧凑，体积更小，更加趋于小型化，尤其适用于潜伏式驱动的移动机器人的驱动方案。

同时，由于销轴2215外设置有销套2216，通过调整销套2216的壁厚能够调整销套2216与摆线轮2217上的销孔22171之间的间隙，便于灵活调整输出功率，使用范围广，且能够获得精确运动输出。

需要说明的是，每个车轮222均通过对应的驱动器221驱动，本实施例中，两个驱动器221的结构设置为相同。

请结合图11，本实施例中，双轮式驱动模块还包括第一角度编码器300和两个第二角度编码器(图未示)。第一角度编码器300用于检测支撑框架210相对于导向环100的转动角度。两个第二角度编码器分别设于对应于两个车轮222，用于检测对应的车轮222的转动角度，从而实现更加精确的差速控制。

例如，本实施例中，第一角度编码器300包括配对的编码器定子310和编码器转子320，编码器定子310与安装板120面向筒体110的一侧连接，编码器转子320与顶板212连接。应当理解，编码器定子310和编码器转子320的配合关系以及二者的作业原理为现有公知技术，本实施例中为避免赘述不进行详细说明，参考现有技术即可。

本实施例提供的双轮式驱动模块，支撑框架210与导向环100通过第一定位轮2181、第二定位轮2182、第一限位轮2191和第二限位轮2192配合导向槽114的传动结构，实现了转动和摆动的功能，与现有技术中通过采用完整的内外圈的回转轴承相比，简化了结构，缩小了体积，降低了成本。同时，支撑框架210运行过程中能够相对于导向环100摆动，适应复杂地形能力更强，作业范围广。

本实施例还提供了一种轮式运输机器人，包括双轮式驱动模块。

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 (10)

1.一种双轮式驱动模块，其特征在于，包括：

导向环和行走转向机构；所述导向环设有安装通孔，所述行走转向机构包括支撑框架和两组一体化精密驱动单元，所述支撑框架安装于所述安装通孔内，所述支撑框架与所述导向环绕预设轴线可摆动地配合，以及二者绕所述安装通孔的中心线可转动地配合，所述预设轴线与所述中心线具有夹角；

每个所述一体化精密驱动单元均包括无框电机和摆线行星精密减速器，所述无框电机与摆线行星精密减速器共用一个壳体和一个输入曲柄轴，所述壳体与所述支撑框架连接，所述摆线行星精密减速器上设置有车轮。

2.根据权利要求1所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

独立控制的所述两组一体化精密驱动单元分别驱动精密齿轮副进而驱动两个车轮；每组所述一体化精密驱动单元均采用精密减速器、电机和角度编码器一体化集成的方案，所述精密驱动单元通过角度编码器提升驱动电机的控制精度，通过所述精密减速器实现驱动单元的精确输出转角；每组所述精密齿轮副包括高精度直齿圆柱渐开线齿轮，且所述精密齿轮副的高速级齿轮由两片相位偏移的齿轮构成齿轮副啮合间隙消除机构，以提升齿轮副的运动输出精度。

3.根据权利要求1所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述摆线行星精密减速器包括输入端盘、输出端盘、摆线轮、针齿组件、柱销组件、输入曲柄轴、角接触球轴承、深沟球轴承和圆柱滚子；所述针齿组件与摆线轮构成滚动摆线针齿啮合副，所述柱销组件与摆线轮、输入端盘、输出端盘构成销轴式输出机构，输入曲柄轴沿轴向穿过摆线轮，同时输入曲柄轴与摆线轮通过满装圆柱滚子转动配合。

4.根据权利要求3所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述针齿组件由圆周均布的针齿和针齿套构成；所述针齿组件与所述摆线轮构成摆线针齿啮合副，通过调整摆线针齿啮合副的滚针尺寸来控制啮合副的啮合间隙。

5.根据权利要求3所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述柱销组件包括柱销和柱销套；所述柱销的左端与输出端盘上均布的孔过盈配合，所述柱销的右端设有螺纹孔，所述柱销分别穿过摆线轮上的坐标孔通过螺钉与输入端盘连接；柱销套穿过销轴位于销轴和摆线轮坐标孔之间；每根所述销轴与两片摆线轮之间采用两独立销套支撑，通过调整销轴套壁厚来控制输出机构运动副之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述行走转向机构集成于所述导向环内，所述安装通孔的孔壁上具有导向滚道，所述支撑框架上具有导向部件，所述导向部件与所述导向滚道构成滚动接触副。

7.根据权利要求6所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述导向滚道设置为圆弧滚道；所述导向部件设置为球状部件。

8.根据权利要求6所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述支撑框架上还设有限位部件，所述限位部件用于在所述行走转向机构绕所述预设轴线摆动时与所述导向滚道抵接，以限制所述行走转向机构的摆动幅度。

9.根据权利要求1所述的双轮式驱动模块，其特征在于：

所述导向环与所述支撑框架之间安装有角度编码器；所述导向环上部设置有角度编码器定子安装支架以安装编码器定子；所述支撑框架结构上设置有角度编码器转子安装支架以安装编码器转子。

10.一种轮式运输机器人，其特征在于，所述轮式运输机器人包括：

权利要求1-9中任一项所述的双轮式驱动模块。

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