CN205523382U - 全向轮体结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全向轮体结构及机器人，其中，端盖分别与全向轮及轮毂电机的外部转子直接或间接装配，轮毂电机内部定子的定子转轴上设置磁编码器，相应的在端盖上设置第一双极性永磁体。这样，考虑到轮毂电机上端盖内腔的空间尺寸要求，磁编码器体积较小、对振动不敏感、对环境要求不高、对灰尘不敏感的优点适合全向轮体结构，提升了检测精度。

Description

全向轮体结构及机器人

技术领域

本申请涉及机电领域，尤其涉及一种全向轮体结构及机器人。

背景技术

在机器人的伺服运动执行系统中，运动执行系统的动力一般都是由轮毂电机提供的。轮毂电机的角速度和角加速度与运动系统的速度、加速度有直接关系。因此，在伺服运动控制系统中，一般都会使用编码器，用以反馈轮毂电机的角位移、直线位移等，形成伺服运动控制系统的闭环控制。

通常，在伺服运动控制系统中所使用较多的编码器为光电编码器。光电编码器是一种通过光电转换将电机输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光栅盘与电机直连，电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的光电检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反馈当前电机的转速。

考虑到轮毂电机上端盖内腔的空间尺寸要求，光栅编码器体积较大、对振动敏感、对环境要求高、对灰尘敏感等缺点不适合全向轮体结构。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

根据本申请的第一方面，本申请提供一种全向轮体结构，包括：具有内部定子及外部转子的轮毂电机，以及，受所述轮毂电机驱动旋转的全向轮，

所述全向轮具有中空腔体，所述全向轮体结构还包括：设置有容置腔的端盖，

所述外部转子穿过所述中空腔体后置入所述容置腔中，

所述端盖分别与所述外部转子及所述全向轮相装配，

所述内部定子具有定子转轴，所述定子转轴的固定轴头位于所述端盖一侧，

所述固定轴头上设置有磁编码器，所述端盖上设置有与所述磁编码器配合使用的第一双极性永磁体。

进一步的，所述全向轮包括：至少两个全方位轮，以及，将相邻的所述全方位轮进行装配的连接件，

所述全方位轮包括：在外圆周上间隔设置有轮圈齿的轮圈，以及，设置于相邻的所述轮圈齿之间且径向与所述轮圈的外圆周的切线方向垂直的从动轮，

所述全方位轮同转动中心轴设置，且相邻的所述全方位轮相互错开，以使在平行于所述全方位轮的轴向方向上，一个所述全方位轮上的所述从动轮与相邻的另一个所述全方位轮上的所述轮圈齿相对应。

进一步的，所述端盖还设置有轴承安装孔，所述全向轮体结构还包括：

置于所述轴承安装孔内的、与所述固定轴头相装配的轴承，

所述轴承安装孔、所述轴承与所述定子转轴均同所述转动中心轴设置。

进一步的，所述端盖还具有安装沿，所述安装沿环绕所述容置腔，所述安装沿上开设有第一组安装孔与第二组安装孔，所述端盖通过所述第一组安装孔及螺钉与所述外部转子上的第三组安装孔相装配，所述端盖通过所述第二组安装孔及螺钉与所述轮圈上的第四组安装孔相装配。

进一步的，所述安装沿上设置有与所述外部转子装配时定位用的定位台阶。

进一步的，所述磁编码器的感应芯片与所述第一双极性永磁体之间距离为1±0.5毫米。

进一步的，所述连接件为法兰，所述法兰具有分布于一圆周上的第五组安装孔，相邻的所述全方位轮通过铆钉与所述法兰上的第五组安装孔相装配。

进一步的，所述法兰于边沿处设置有避空倒角，以避免与所述从动轮发生运动干涉。

进一步的，所述外部转子的靠近所述内部定子的一侧设置有第二双极性永磁体，所述内部定子上设置有线圈；所述线圈的电缆通过所述定子转轴的电缆穿线孔穿出；所述轮毂电机为无刷轮毂电机；所述轮圈通过两侧的压片压合，所述压片上装配有所述从动轮。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种机器人，所述机器人具有如上述的全向轮体结构。

本申请的有益效果是：

通过提供一种全向轮体结构及机器人，其中，端盖分别与全向轮及轮毂电机的外部转子直接或间接装配，轮毂电机内部定子的定子转轴上设置磁编码器，相应的在端盖上设置第一双极性永磁体。这样，考虑到轮毂电机上端盖内腔的空间尺寸要求，磁编码器体积较小、对振动不敏感、对环境要求不高、对灰尘不敏感的优点适合全向轮体结构，提升了检测精度。

附图说明

图1为本申请实施例的全向轮体结构的主视图。

图2为本申请实施例的全向轮体结构的左视图。

图3为本申请实施例的全向轮体结构的右视图。

图4为本申请实施例的全向轮体结构的轴测图。

图5为本申请实施例的全向轮体结构中端盖与全向轮的装配示意图。

图6为本申请实施例的全向轮体结构中磁编码器的装配示意图。

图7为本申请实施例中全向轮的主视图。

图8为本申请实施例中全向轮的轴测图。

图9为本申请实施例中两个全方位轮与法兰的装配图。

图10为本申请实施例中轮毂电机的主视图。

图11为本申请实施例中轮毂电机的左视图。

图12为本申请实施例中端盖的轴测图。

图13为本申请实施例中端盖的剖面图。

图14为本申请实施例中法兰的轴测图。

图15为本申请实施例中法兰的主视图。

图16为本申请实施例中法兰的剖面图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

如图1～16所示，本实施例提供了一种全向轮体结构，包括：具有内部定子11及外部转子12的轮毂电机1，以及，与外部转子12间接相装配以受轮毂电机1驱动旋转的全向轮2。具体的，当外部转子12间接与全向轮2相装配时，轮毂电机1输出的转速与转矩通过间接装配所用部件传递到全向轮2，从而驱动全向轮2转动。在本实施例中，间接装配所用部件为端盖4。端盖4的主要作用是传递轮毂电机1的转速与转矩，并将轮毂电机1与全向轮2可靠连接。

全向轮2主要为运动系统提供支撑、全向移动的能力，其包括：两个全方位轮21，以及，将相邻的全方位轮21进行装配的连接件22。其中，全方位轮21包括：在外圆周上间隔设置有轮圈齿2111的轮圈211，以及，设置于相邻的轮圈齿2111之间且径向与轮圈211的外圆周的切线方向垂直的从动轮212，轮圈211通过两侧的压片213压合，压片213上装配有从动轮212。全方位轮21均同转动中心轴3设置，且相邻的全方位轮21相互错开，以使在平行于全方位轮21的轴向方向上，一个全方位轮21上的从动轮212与相邻的另一个全方位轮21上的轮圈齿2111相对应。

这样，由于全向轮受轮毂电机直接驱动，无中间传动装置，从而延长了全向轮体结构的使用寿命，减小了噪声污染，降低了成本，增强了全向轮体结构的稳定性和可靠性，另外，至少两个全方位轮的配置，使得整个全向轮体结构运转平稳。

在本实施例中，全向轮2具有中空腔体23，全向轮体结构还包括：设置有容置腔41的端盖4，外部转子12穿过中空腔体23后部分置入容置腔41中，当然，在其他实施例中，外部转子12也可以基本全部置入容置腔41中。端盖4分别与外部转子12及全向轮2相装配。

内部定子11具有定子转轴111，定子转轴111具有固定轴头112，固定轴头112位于端盖4一侧，固定轴头112上设置有磁编码器7，端盖4上设置有与磁编码器7配合使用的第一双极性永磁体8。第一双极性永磁体8安装固定于端盖4的正中心，依靠过盈配合固定。磁编码器7与固定轴头112端面贴合，依靠强力胶相固定，同时，磁编码器7的外边缘轮廓与轴承9的内边缘之间有间隙，磁编码器7的感应芯片与第一双极性永磁体8之间距离为1±0.5毫米，保证轮毂电机所反馈信号的准确性。通常，磁编码器7采用霍尔原理的无接触式磁旋转编码器感应芯片，第一双极性永磁体采用尺寸为6毫米×2.5毫米的钕铁硼(NdFeB)永磁体，可精确测量轮毂电机的角位移等，并依据测量参量即时指示轮毂电机的角速度及角加速度等，分辨率可达到0.0879°，即每圈有4096个位置。

端盖4还设置有轴承安装孔42，全向轮体结构还包括：置于轴承安装孔42内的、与固定轴头112相装配的轴承9，轴承安装孔42、轴承9及定子转轴111均同转动中心轴3设置。其中，固定轴头112容置于轴承9的内腔体中，轴承9的外表面抵接轴承安装孔42的内壁。定子转轴111会被固定在相应的固定架上。轴承9一般可采用滚动轴承，如深沟球轴承等。

这样，轮毂电机1在运转时，内部定子11与外部转子12之间会保持一定间隙，而不会因强磁力导致内部定子11往外部转子12的某一方位上偏斜，从而保证了轮毂电机1运转的可能性和稳定性。

端盖4还具有安装沿43，安装沿43环绕容置腔41，安装沿43上开设有第一组安装孔431与第二组安装孔432，端盖4通过第一组安装孔431及螺钉5与外部转子12上的第三组安装孔121相装配，端盖4通过第二组安装孔432及螺钉5与轮圈211上的第四组安装孔相装配。其中，螺钉5可采用圆柱头内六角螺钉。

安装沿43上设置有与外部转子12装配时定位用的定位台阶433。

连接件22为法兰，法兰具有分布于一与转动中心轴3同轴的圆周上的第五组安装孔221，相邻的全方位轮21通过铆钉6与法兰上的第五组安装孔221相装配。法兰于边沿处设置有避空倒角222，以避免与从动轮212发生运动干涉。

外部转子12的靠近内部定子11的一侧设置有第二双极性永磁体122，内部定子11上设置有线圈113；线圈113的电缆通过定子转轴111的电缆穿线孔1111穿出。轮毂电机1依靠线圈113产生的交变磁场运转。

轮毂电机1为无刷轮毂电机，采用低转速、大扭矩的无刷轮毂电机，主要为运动系统提供动力。

相应的，本实施例还提供了一种机器人，机器人具有如上述的全向轮体结构。而机器人可以是各种功能形式的机器人，例如：战斗机器人、扫地机器人等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种全向轮体结构，其特征在于，包括：具有内部定子及外部转子的轮毂电机，以及，受所述轮毂电机驱动旋转的全向轮，

所述全向轮具有中空腔体，所述全向轮体结构还包括：设置有容置腔的端盖，

所述外部转子穿过所述中空腔体后置入所述容置腔中，

所述端盖分别与所述外部转子及所述全向轮相装配，

所述内部定子具有定子转轴，所述定子转轴的固定轴头位于所述端盖一侧，

所述固定轴头上设置有磁编码器，所述端盖上设置有与所述磁编码器配合使用的第一双极性永磁体。

2.如权利要求1所述的全向轮体结构，其特征在于，所述全向轮包括：至少两个全方位轮，以及，将相邻的所述全方位轮进行装配的连接件，

所述全方位轮包括：在外圆周上间隔设置有轮圈齿的轮圈，以及，设置于相邻的所述轮圈齿之间且径向与所述轮圈的外圆周的切线方向垂直的从动轮，

所述全方位轮同转动中心轴设置，且相邻的所述全方位轮相互错开，以使在平行于所述全方位轮的轴向方向上，一个所述全方位轮上的所述从动轮与相邻的另一个所述全方位轮上的所述轮圈齿相对应。

3.如权利要求2所述的全向轮体结构，其特征在于，所述端盖还设置有轴承安装孔，所述全向轮体结构还包括：

置于所述轴承安装孔内的、与所述固定轴头相装配的轴承，

所述轴承安装孔、所述轴承与所述定子转轴均同所述转动中心轴设置。

4.如权利要求2所述的全向轮体结构，其特征在于，所述端盖还具有安装沿，所述安装沿环绕所述容置腔，所述安装沿上开设有第一组安装孔与第二组安装孔，所述端盖通过所述第一组安装孔及螺钉与所述外部转子上的第三组安装孔相装配，所述端盖通过所述第二组安装孔及螺钉与所述连接件上的第四组安装孔相装配。

5.如权利要求4所述的全向轮体结构，其特征在于，所述安装沿 上设置有与所述外部转子装配时定位用的定位台阶。

6.如权利要求1所述的全向轮体结构，其特征在于，所述磁编码器的感应芯片与所述第一双极性永磁体之间距离为1±0.5毫米。

7.如权利要求2所述的全向轮体结构，其特征在于，所述连接件为法兰，所述法兰具有分布于一圆周上的第五组安装孔，相邻的所述全方位轮通过铆钉与所述法兰上的第五组安装孔相装配。

8.如权利要求7所述的全向轮体结构，其特征在于，所述法兰于边沿处设置有避空倒角，以避免与所述从动轮发生运动干涉。

9.如权利要求2所述的全向轮体结构，其特征在于，所述外部转子的靠近所述内部定子的一侧设置有第二双极性永磁体，所述内部定子上设置有线圈；所述线圈的电缆通过所述定子转轴的电缆穿线孔穿出；所述轮毂电机为无刷轮毂电机；所述轮圈通过两侧的压片压合，所述压片上装配有所述从动轮。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人具有如权利要求1-9中任一项所述的全向轮体结构。