CN218844993U - 麦克纳姆轮驱动装置和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于全向移动技术领域，尤其涉及一种麦克纳姆轮驱动装置和机器人。本实用新型的麦克纳姆轮驱动装置包括：固定支架，包括第一连接部和安装部，所述安装部包括底板和筒状的壳体，底板和壳体围成一端设置有开口的容置腔，第一连接部由安装部背向所述开口的一侧朝远离所述开口的方向延伸，第一连接部上设置有连接孔；底座，与所述固定支架固定连接，底座位于所述容置腔中；定子，与所述底座固定连接；输出轴，与所述底座转动连接，所述输出轴的轴向方向与第一连接部上连接孔的方向不同；转子组件，通过所述输出轴与所述定子转动连接。本实用新型的麦克纳姆轮驱动装置可以部分穿入到麦克纳姆轮中从而减小麦克纳姆轮驱动装置的体积。

Description

麦克纳姆轮驱动装置和机器人

技术领域

本实用新型涉及全向移动技术领域，尤其涉及一种麦克纳姆轮驱动装置和机器人。

背景技术

为了实现全向移动，一般机器人常常会使用麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)。麦克纳姆轮轮体的圆周分布了许多鼓形辊子，这些辊子的外廓线与轮子的理论圆周相重合，这样确保了轮子与地面接触的连续性，并且辊子能自由地旋转，辊子的轴线与轮子轴线通常成一定的角度，例如45°。每个Mecanum轮具有3个运动自由度。第一个是轮子在电机驱动下绕自身轴线转动，第二个是辊子在摩擦力驱动下绕自身轴线转动，第三个是轮子绕轮子与地面的接触点转动。当电机驱动车轮旋转时，车轮以普通方式沿着垂直于驱动轴的方向前进，同时车轮外周的辊子沿着其各自的轴线自由旋转。麦克纳姆轮结构紧凑、运动灵活，3个或以上的麦克纳姆轮的组合，通过各个轮子之间转速与转向的配合，可以合成任意方向的力矩，从而驱动平台向任意方向进行移动，实现在平面内的全方位运动。为了驱动使麦克纳姆轮转动，常常将电机的输出端与麦克纳姆轮传动连接，从而利用电机来驱动麦克纳姆轮转动，但是电机直接输出的力矩较小，不利用机器人快速启动，并且目前的电机通常在麦克纳姆轮的外部与麦克纳姆轮连接，采用前述方式后由麦克纳姆轮组成的全向移动底盘的体积较大，所占用的空间过多。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种麦克纳姆轮驱动装置和机器人，用以解决现有技术的麦克纳姆轮驱动装置体积大，输出力矩小的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是：

第一方面，本实用新型提供了一种麦克纳姆轮驱动装置，包括：

外转无刷电机，包括第一安装架和输出轴，所述第一安装架包括一端开口的外壳和第一安装部，所述外壳包括底部和一端与所述底部相连的周壁，所述开口设置在周壁远离所述底部的一端，所述第一安装部由底部朝向远离所述开口的一端延伸，所述第一安装部上设置有连接面，所述输出轴与所述第一安装架转动连接；

减速器，包括内齿圈、行星齿轮传动机构和盖体，所述盖体盖设在所述内齿圈背向所述外转无刷电机的一端，所述内齿圈和盖体合围形成用于容置所述行星齿轮传动机构的容置腔；

所述第一安装架的外壁为圆柱形，所述减速器的内齿圈和盖体均为圆柱形，所述输出轴的一端从所述开口的一端穿出后插入所述减速器内与所述行星齿轮传动机构的输入端连接。

优选地，所述第一安装架的外壁的直径与内齿圈的外壁直径和盖体的外壁的直径相同。

优选地，所述第一安装部与所述输出轴在外转无刷电机的径向方向上相距第一预设距离。

优选地，所述第一安装部与底部成“L”形。

优选地，所述第一安装架朝向所述减速的端部设置有凸起，在所述减速器朝向所述第一安装架的端部上与所述第一安装架对应的位置设置有凹槽，所述凹槽的形状与所述凸起的形状互补，所述凸起嵌合到所述凹槽中。

优选地，所述凸起朝向所述减速器的一端由远离所述凹槽的方向朝靠近所述凹槽的方向逐渐变窄。

优选地，所述减速器包括第一轴承，所述内齿圈中设置有第一安装腔，所述第一轴承的外圈装配在所述第一安装腔中，所述输出轴与所述第一轴承的内圈装配，所述输出轴的端部穿出至所述内圈远离所述无刷外转电机的一侧后与减速器的输入端连接。

优选地，所述行星齿轮传动机构包括沿减速器轴向方向排布的第一级行星齿轮机构和第二级行星齿轮机构，所述输出轴与所述第一级行星齿轮机构的输入端连接，所述第一级行星齿轮机构的输出端与所述第二级行星齿轮机构的输入端连接，所述第二级行星齿轮机构的输出端作为减速器的输出端。

优选地，所述第一级行星齿轮机构包括第一太阳轮和第一行星架和若干个第一行星轮，所述输出轴远离所述无刷外转电机的一端与所述第一太阳轮连接，所述第一行星轮与所述内齿圈啮合，所述第一行星轮与所述第一太阳轮啮合，所述第一行星轮和所述第一行星架转动连接。

第二方面，本实用新型提供一种机器人，所述机器人包括第一方面所述的麦克纳姆轮驱动装置。

有益效果：本实用新型的麦克纳姆轮驱动装置和机器人利用体积小输出转矩大的外转无刷电机与采用了行星齿轮传动机构的减速器相配合，使两者所组成的麦克纳姆轮驱动装置可以在较小体积的情况下实现较大的传动比和力矩输出，从而使整个麦克纳姆轮驱动装置体积更小，所能输出的力矩更大。本实用新型还将减速器和外转无刷电机的外壁都设置为圆柱形，以便将减速器和外转无刷电机伸入到麦克纳姆轮支架的中空的腔体中，从而大大减少麦克纳姆轮驱动装置所占用的多余空间，使由麦克纳姆轮组成的全向移动底盘的结构更加紧凑，体积也显著减小。本实用新型还将第一安装部设置为朝背离无刷电机输出端的方向延伸，可以使无刷电机和减速器伸入到麦克纳姆轮支架的中空的腔体中的同时还可以方便且可靠地与全向移动底盘的安装部件连接。当麦克纳姆轮驱动装置部分伸入到麦克纳姆轮支架的中空的腔体中后可以通过第一安装部上的连接面让麦克纳姆轮与全向移动底盘的安装部件紧凑且精确的进行连接，这样既可以减小全向移动底盘的体积又可以保证麦克纳姆轮安装后转轴位置的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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的附图，这些均在本实用新型的保护范围内。

图1为本实用新型的麦克纳姆轮驱动装置的三维结构图；

图2为本实用新型的麦克纳姆轮驱动装置的分解为外转无刷电机和减速器的分解结构示意图；

图3为本实用新型中外转无刷电机的三维结构图；

图4为本实用新型中外转无刷电机的爆炸图；

图5为本实用新型中第一安装架的三维结构图；

图6为本实用新型中减速器的三维结构图；

图7为本实用新型中减速器的爆炸图；

图8为本实用新型的麦克纳姆轮驱动装置的剖视图；

图中零件部件及编号：

外转无刷电机1、第一安装架11、外壳111、底部1111、周壁1112、开口1113、第一安装部112、凸起113、输出轴12、转子13、定子14、控制电路板15、减速器2、内齿圈21、凹槽211、盖体22、第一轴承23、第一级行星齿轮机构24、第一太阳轮241、第一行星轮242、第一行星架243、第二级行星齿轮机构25、第二太阳轮251、第二行星轮252、第二行星架253。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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实用新型的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种麦克纳姆轮驱动装置，该装置主要包括外转无刷电机1和减速器2。

如图3所示，本实施例中的外转无刷电机1，包括第一安装架11和输出轴12。如图5所示，所述第一安装架11包括一端开口1113的外壳111和第一安装部112，所述外壳111包括底部1111和一端与所述底部1111相连的周壁1112，所述开口1113设置在周壁1112远离所述底部1111的一端，所述第一安装部112由底部1111朝向远离所述开口1113的一端延伸，所述第一安装部112上设置有连接面，所述输出轴12与所述第一安装架11转动连接；

外转无刷电机1是一种体积小输出转矩大的电机。如图4和图8所示，外转无刷电机1的转子13位于定子14的外侧。定子14上设置有线圈绕组，转子13上则设置有磁圈。外转无刷电机1的输出轴12与转子13装配在一起。当给线圈绕组安装一定的方式通电后可以在定子14周围形成旋转磁场，转子13则在旋转磁场作用下转动并带动输出轴12转动。外转无刷电机1中设置有可以检测磁场变化的霍尔元件传感器，通过霍尔传感器可以检测出转子13所处的实时角位置，外转无刷电机1中的控制器根据转子13所处的实时角位置调整线圈绕组的通电方式，从而在不采用换相器的情况下利用旋转磁场带动转子13转动。外转无刷电机1中转子13、定子14、控制电路板15等零部件可以通过前述设置在外中的开口1113装入到外壳111的内部空腔中。

如图6和图7所示，本实施例中的减速器2，包括内齿圈21、行星齿轮传动机构和盖体22，所述盖体22盖设在所述内齿圈21背向所述外转无刷电机1的一端，所述内齿圈21和盖体22合围形成用于容置所述信息齿轮传动机构的容置腔；本实施例中的减速器2通过内齿圈21和行星齿轮传动机构的配合可以在较小体积的情况下实现较大的传动比，从而使整个麦克纳姆轮驱动装置体积更小，所能输出的力矩更大。

如图1所示，在本实施例中，所述第一安装架11的外壁为圆柱形，所述减速器2的内齿圈21和盖体22均为圆柱形，所述输出轴12的一端插入所述减速器2内与所述行星齿轮传动机构的输入端连接。本实施例将减速器2和外转无刷电机1的外壁都设置为圆柱形，以便将减速器2和外转无刷电机1伸入到麦克纳姆轮支架的中空的腔体中，从而大大减少麦克纳姆轮驱动装置所占用的多余空间，从而使由麦克纳姆轮组成的全向移动底盘的结构更加紧凑，体积也显著减小。本实施例将第一安装部112设置为朝背离无刷电机输出端的方向延伸，可以使无刷电机和减速器2伸入到麦克纳姆轮支架的中空的腔体中的同时还可以方便且可靠地与全向移动底盘的安装部件连接。当麦克纳姆轮驱动装置部分伸入到麦克纳姆轮支架的中空的腔体中后可以通过第一安装部112上的连接面让麦克纳姆轮与全向移动底盘的安装部件紧凑且精确的进行连接，这样既可以减小全向移动底盘的体积又可以保证麦克纳姆轮安装后转轴位置的准确性。

作为一种可选但有利的实施方式，在本实施例中所述第一安装架11的外壁的直径与内齿圈21的外壁直径和盖体22的外壁的直径相同。采用前述结构后麦克纳姆轮驱动装置的外壁形成大小相同的整体，该整体的形状大致成圆柱形，与麦克纳姆轮支架的中空的圆柱形腔体相适配，因此麦克纳姆轮驱动装置可以方便的伸入到麦克纳姆轮支架的中空的圆柱形腔体中。

作为一种可选但有利的实施方式，在本实施例中，所述第一安装部112与所述输出轴12在外转无刷电机1的径向方向上相距第一预设距离。本实施例将第一安装部112偏离输出轴12一定距离设置，这样可以在第一安装部112和输出轴12的轴线位置之间留出用于安装全向移动底盘主体支架的空间，使第一安装部112可以深入到全向移动底盘主体支架下方一侧或者上方一侧后与全向移动底盘主体支架，从而在提高第一安装部112与全向移动底盘主体支架连接的可靠性的基础上减小了全向移动底盘的整体尺寸。其中第一预设距离可以根据全向移动底盘主体支架的厚度和安装后输出轴12轴线的位置来确定。具体实施时所述第一安装部112与底部1111成“L”形。

如图5所示，在本实施例中，所述第一安装架11朝向所述减速的端部设置有凸起113。如图6所示，在所述减速器2朝向所述第一安装架11的端部上与所述第一安装架11对应的位置设置有凹槽211，所述凹槽211的形状与所述凸起113的形状互补，所述凸起113嵌合到所述凹槽211中。

采用前述结构后，外转无刷电机1和减速器2在装配时可以先将第一安装架11的凸起113对准减速器2上的凹槽211，然后将第一安装架11上的凸起113嵌合到减速器2的凹槽211中。由于凹槽211的形状与所述凸起113的形状互补，因此当凸起113嵌合到所述凹槽211中后，外转无刷电机1和减速器2的外壁可以形成一个完整的整体结构。采用前述结构可以在外转无刷电机1和减速器2的装配过程中对两者的轴向位置和周向位置进行快速准确的定位，可以显著提高装配效率。作为一种可选但有利的实施方式，可以沿外转无刷电机1的周向方向设置多个所述凸起113，而减速器2也相应沿其周向方向设置多个凹槽211，这样可以进一步提高两者连接的可靠性。

作为一种优选的实施方式，在本实施例中，所述凸起113朝向所述减速器2的一端由远离所述凹槽211的方向朝靠近所述凹槽211的方向逐渐变窄。本实施例的凸起113采用前窄后宽的结构，这样外转无刷电机1的凸起113更容易进入到减速器2的凹槽211中。

如图8所示，在本实施例中，所述减速器2包括第一轴承23，所述内齿圈21中设置有第一安装腔，所述第一轴承23的外圈装配在所述第一安装腔中，所述输出轴12与所述第一轴承23的内圈装配，所述输出轴12的端部穿出至所述内圈远离所述无刷外转电机的一侧后与减速器2的输入端连接。本实施例通过在内齿圈21中安装第一轴承23使输出轴12可以同内齿圈21形成可转动地连接，从而减少麦克纳姆轮驱动装置整体的轴向长度。

如图7和图8所示，为了实现较大的传动比，本实施例的减速器2采用两级行星齿轮减速的方式，具体实施时行星齿轮传动机构包括沿减速器2轴向方向排布的第一级行星齿轮机构24和第二级行星齿轮机构25，所述输出轴12与所述第一级行星齿轮机构24的输入端连接，所述第一级行星齿轮机构24的输出端与所述第二级行星齿轮机构25的输入端连接，所述第二级行星齿轮机构25的输出端作为减速器2的输出端。外转无刷电机1的动力由输出轴12传递给第一级行星齿轮机构24，经过第一级行星齿轮机构24减速后传递给第二级行星齿轮机构25，经过第二级行星齿轮机构25进一步减速后输出给麦克纳姆轮。

其中第一级行星齿轮机构24包括第一太阳轮241和第一行星架和若干个第一行星轮243，所述输出轴12远离所述无刷外转电机的一端与所述第一太阳轮241连接，所述第一行星轮243与所述内齿圈21啮合，所述第一行星轮243与所述第一太阳轮241啮合，所述第一行星轮243和所述第一行星架转动连接。其中第一行星轮243可以设置为3个。

输出轴12带动第一太阳轮241转动，第一太阳轮241带动第一行星轮243转动，第一行星轮243再带动第一行星架转动，第一行星架将转动输出到第二级行星齿轮机构25。

所述第二级行星齿轮机构25包括第二太阳轮251和第二行星架253和若干个第二行星轮252，所述第一行星架远离所述无刷外转电机的一端与所述第二太阳轮251连接，所述第二行星轮252与所述内齿圈21啮合，所述第二行星轮252与所述第二太阳轮251啮合，所述第二行星轮252和所述第二行星架253转动连接。其中第二行星轮252可以设置为3个。第一行星架带动第二太阳轮251转动，第二太阳轮251带动第二行星轮252转动，第二行星轮252再带动第二行星架253转动，第二行星架253将转动输出到麦克纳姆轮。

实施例2

本实施例提供了一种机器人，所述机器人包括第一方面所述的麦克纳姆轮驱动装置。

还需要说明的是，本实用新型提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本实用新型不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例的对应过程，在此不再赘述。应理解，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，包括：

外转无刷电机，包括第一安装架和输出轴，所述第一安装架包括一端开口的外壳和第一安装部，所述外壳包括底部和一端与所述底部相连的周壁，所述开口设置在周壁远离所述底部的一端，所述第一安装部由底部朝向远离所述开口的一端延伸，所述第一安装部上设置有连接面，所述输出轴与所述第一安装架转动连接；

减速器，包括内齿圈、行星齿轮传动机构和盖体，所述盖体盖设在所述内齿圈背向所述外转无刷电机的一端，所述内齿圈和盖体合围形成用于容置所述行星齿轮传动机构的容置腔；

所述第一安装架的外壁为圆柱形，所述减速器的内齿圈和盖体均为圆柱形，所述输出轴的一端从所述开口的一端穿出后插入所述减速器内与所述行星齿轮传动机构的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述第一安装架的外壁的直径与内齿圈的外壁直径和盖体的外壁的直径相同。

3.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述第一安装部与所述输出轴在外转无刷电机的径向方向上相距第一预设距离。

4.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述第一安装部与底部成“L”形。

5.根据权利要求1所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述第一安装架朝向所述减速的端部设置有凸起，在所述减速器朝向所述第一安装架的端部上与所述第一安装架对应的位置设置有凹槽，所述凹槽的形状与所述凸起的形状互补，所述凸起嵌合到所述凹槽中。

6.根据权利要求5所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述凸起朝向所述减速器的一端由远离所述凹槽的方向朝靠近所述凹槽的方向逐渐变窄。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述减速器包括第一轴承，所述内齿圈中设置有第一安装腔，所述第一轴承的外圈装配在所述第一安装腔中，所述输出轴与所述第一轴承的内圈装配，所述输出轴的端部穿出至所述内圈远离所述外转无刷电机的一侧后与减速器的输入端连接。

8.根据权利要求7所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述行星齿轮传动机构包括沿减速器轴向方向排布的第一级行星齿轮机构和第二级行星齿轮机构，所述输出轴与所述第一级行星齿轮机构的输入端连接，所述第一级行星齿轮机构的输出端与所述第二级行星齿轮机构的输入端连接，所述第二级行星齿轮机构的输出端作为减速器的输出端。

9.根据权利要求8所述的麦克纳姆轮驱动装置，其特征在于，所述第一级行星齿轮机构包括第一太阳轮和第一行星架和若干个第一行星轮，所述输出轴远离所述外转无刷电机的一端与所述第一太阳轮连接，所述第一行星轮与所述内齿圈啮合，所述第一行星轮与所述第一太阳轮啮合，所述第一行星轮和所述第一行星架转动连接。

10.机器人，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的麦克纳姆轮驱动装置。

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