全向輪體結(jié)構(gòu)及機器人的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種全向輪體結(jié)構(gòu)及機器人，其中，端蓋分別與全向輪及輪轂電機的外部轉(zhuǎn)子直接或間接裝配，輪轂電機內(nèi)部定子的定子轉(zhuǎn)軸上設置磁編碼器，相應的在端蓋上設置第一雙極性永磁體。這樣，考慮到輪轂電機上端蓋內(nèi)腔的空間尺寸要求，磁編碼器體積較小、對振動不敏感、對環(huán)境要求不高、對灰塵不敏感的優(yōu)點適合全向輪體結(jié)構(gòu)，提升了檢測精度。
【專利說明】
全向輪體結(jié)構(gòu)及機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請涉及機電領(lǐng)域，尤其涉及一種全向輪體結(jié)構(gòu)及機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]在機器人的伺服運動執(zhí)行系統(tǒng)中，運動執(zhí)行系統(tǒng)的動力一般都是由輪轂電機提供的。輪轂電機的角速度和角加速度與運動系統(tǒng)的速度、加速度有直接關(guān)系。因此，在伺服運動控制系統(tǒng)中，一般都會使用編碼器，用以反饋輪轂電機的角位移、直線位移等，形成伺服運動控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
[0003]通常，在伺服運動控制系統(tǒng)中所使用較多的編碼器為光電編碼器。光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將電機輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光柵盤與電機直連，電機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的光電檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反饋當前電機的轉(zhuǎn)速。
[0004]考慮到輪轂電機上端蓋內(nèi)腔的空間尺寸要求，光柵編碼器體積較大、對振動敏感、對環(huán)境要求高、對灰塵敏感等缺點不適合全向輪體結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本申請旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一。
[0006]根據(jù)本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┮环N全向輪體結(jié)構(gòu)，包括:具有內(nèi)部定子及外部轉(zhuǎn)子的輪轂電機，以及，受所述輪轂電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的全向輪，
[0007]所述全向輪具有中空腔體，所述全向輪體結(jié)構(gòu)還包括:設置有容置腔的端蓋，
[0008]所述外部轉(zhuǎn)子穿過所述中空腔體后置入所述容置腔中，
[0009]所述端蓋分別與所述外部轉(zhuǎn)子及所述全向輪相裝配，
[0010]所述內(nèi)部定子具有定子轉(zhuǎn)軸，所述定子轉(zhuǎn)軸的固定軸頭位于所述端蓋一側(cè)，
[0011]所述固定軸頭上設置有磁編碼器，所述端蓋上設置有與所述磁編碼器配合使用的第一雙極性永磁體。
[0012]進一步的，所述全向輪包括:至少兩個全方位輪，以及，將相鄰的所述全方位輪進行裝配的連接件，
[0013]所述全方位輪包括:在外圓周上間隔設置有輪圈齒的輪圈，以及，設置于相鄰的所述輪圈齒之間且徑向與所述輪圈的外圓周的切線方向垂直的從動輪，
[0014]所述全方位輪同轉(zhuǎn)動中心軸設置，且相鄰的所述全方位輪相互錯開，以使在平行于所述全方位輪的軸向方向上，一個所述全方位輪上的所述從動輪與相鄰的另一個所述全方位輪上的所述輪圈齒相對應。
[0015]進一步的，所述端蓋還設置有軸承安裝孔，所述全向輪體結(jié)構(gòu)還包括:
[0016]置于所述軸承安裝孔內(nèi)的、與所述固定軸頭相裝配的軸承，
[0017]所述軸承安裝孔、所述軸承與所述定子轉(zhuǎn)軸均同所述轉(zhuǎn)動中心軸設置。
[0018]進一步的，所述端蓋還具有安裝沿，所述安裝沿環(huán)繞所述容置腔，所述安裝沿上開設有第一組安裝孔與第二組安裝孔，所述端蓋通過所述第一組安裝孔及螺釘與所述外部轉(zhuǎn)子上的第三組安裝孔相裝配，所述端蓋通過所述第二組安裝孔及螺釘與所述輪圈上的第四組安裝孔相裝配。
[0019]進一步的，所述安裝沿上設置有與所述外部轉(zhuǎn)子裝配時定位用的定位臺階。
[0020]進一步的，所述磁編碼器的感應芯片與所述第一雙極性永磁體之間距離為I±0.5毫米。
[0021]進一步的，所述連接件為法蘭，所述法蘭具有分布于一圓周上的第五組安裝孔，相鄰的所述全方位輪通過鉚釘與所述法蘭上的第五組安裝孔相裝配。
[0022]進一步的，所述法蘭于邊沿處設置有避空倒角，以避免與所述從動輪發(fā)生運動干涉。
[0023]進一步的，所述外部轉(zhuǎn)子的靠近所述內(nèi)部定子的一側(cè)設置有第二雙極性永磁體，所述內(nèi)部定子上設置有線圈；所述線圈的電纜通過所述定子轉(zhuǎn)軸的電纜穿線孔穿出；所述輪轂電機為無刷輪轂電機;所述輪圈通過兩側(cè)的壓片壓合，所述壓片上裝配有所述從動輪。
[0024]根據(jù)本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┮环N機器人，所述機器人具有如上述的全向輪體結(jié)構(gòu)。
[0025]本申請的有益效果是:
[0026]通過提供一種全向輪體結(jié)構(gòu)及機器人，其中，端蓋分別與全向輪及輪轂電機的外部轉(zhuǎn)子直接或間接裝配，輪轂電機內(nèi)部定子的定子轉(zhuǎn)軸上設置磁編碼器，相應的在端蓋上設置第一雙極性永磁體。這樣，考慮到輪轂電機上端蓋內(nèi)腔的空間尺寸要求，磁編碼器體積較小、對振動不敏感、對環(huán)境要求不高、對灰塵不敏感的優(yōu)點適合全向輪體結(jié)構(gòu)，提升了檢測精度。
【附圖說明】
[0027 ]圖1為本申請實施例的全向輪體結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0028]圖2為本申請實施例的全向輪體結(jié)構(gòu)的左視圖。
[0029]圖3為本申請實施例的全向輪體結(jié)構(gòu)的右視圖。
[0030]圖4為本申請實施例的全向輪體結(jié)構(gòu)的軸測圖。
[0031]圖5為本申請實施例的全向輪體結(jié)構(gòu)中端蓋與全向輪的裝配示意圖。
[0032]圖6為本申請實施例的全向輪體結(jié)構(gòu)中磁編碼器的裝配示意圖。
[0033]圖7為本申請實施例中全向輪的主視圖。
[0034]圖8為本申請實施例中全向輪的軸測圖。
[0035]圖9為本申請實施例中兩個全方位輪與法蘭的裝配圖。
[0036]圖10為本申請實施例中輪轂電機的主視圖。
[0037]圖11為本申請實施例中輪轂電機的左視圖。
[0038]圖12為本申請實施例中端蓋的軸測圖。
[0039]圖13為本申請實施例中端蓋的剖面圖。
[0040 ]圖14為本申請實施例中法蘭的軸測圖。
[0041]圖15為本申請實施例中法蘭的主視圖。
[0042]圖16為本申請實施例中法蘭的剖面圖。
【具體實施方式】
[0043]下面詳細描述本申請的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本申請，而不能理解為對本申請的限制。
[0044]在本申請的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。
[0045]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本申請的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0046]在本申請中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本申請中的具體含義。
[0047]在本申請中，除非另有明確的規(guī)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觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。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，或僅僅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，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0048]下面通過【具體實施方式】結(jié)合附圖對本申請作進一步詳細說明。
[0049]如圖1?16所示，本實施例提供了一種全向輪體結(jié)構(gòu)，包括:具有內(nèi)部定子11及外部轉(zhuǎn)子12的輪轂電機I，以及，與外部轉(zhuǎn)子12間接相裝配以受輪轂電機I驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的全向輪
2。具體的，當外部轉(zhuǎn)子12間接與全向輪2相裝配時，輪轂電機I輸出的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩通過間接裝配所用部件傳遞到全向輪2，從而驅(qū)動全向輪2轉(zhuǎn)動。在本實施例中，間接裝配所用部件為端蓋4。端蓋4的主要作用是傳遞輪轂電機I的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，并將輪轂電機I與全向輪2可靠連接。
[0050]全向輪2主要為運動系統(tǒng)提供支撐、全向移動的能力，其包括:兩個全方位輪21，以及，將相鄰的全方位輪21進行裝配的連接件22。其中，全方位輪21包括:在外圓周上間隔設置有輪圈齒2111的輪圈211，以及，設置于相鄰的輪圈齒2111之間且徑向與輪圈211的外圓周的切線方向垂直的從動輪212，輪圈211通過兩側(cè)的壓片213壓合，壓片213上裝配有從動輪212。全方位輪21均同轉(zhuǎn)動中心軸3設置，且相鄰的全方位輪21相互錯開，以使在平行于全方位輪21的軸向方向上，一個全方位輪21上的從動輪212與相鄰的另一個全方位輪21上的輪圈齒2111相對應。
[0051]這樣，由于全向輪受輪轂電機直接驅(qū)動，無中間傳動裝置，從而延長了全向輪體結(jié)構(gòu)的使用壽命，減小了噪聲污染，降低了成本，增強了全向輪體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，另夕卜，至少兩個全方位輪的配置，使得整個全向輪體結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
[0052]在本實施例中，全向輪2具有中空腔體23，全向輪體結(jié)構(gòu)還包括:設置有容置腔41的端蓋4，外部轉(zhuǎn)子12穿過中空腔體23后部分置入容置腔41中，當然，在其他實施例中，外部轉(zhuǎn)子12也可以基本全部置入容置腔41中。端蓋4分別與外部轉(zhuǎn)子12及全向輪2相裝配。
[0053]內(nèi)部定子11具有定子轉(zhuǎn)軸111，定子轉(zhuǎn)軸111具有固定軸頭112，固定軸頭112位于端蓋4 一側(cè)，固定軸頭112上設置有磁編碼器7，端蓋4上設置有與磁編碼器7配合使用的第一雙極性永磁體8。第一雙極性永磁體8安裝固定于端蓋4的正中心，依靠過盈配合固定。磁編碼器7與固定軸頭112端面貼合，依靠強力膠相固定，同時，磁編碼器7的外邊緣輪廓與軸承9的內(nèi)邊緣之間有間隙，磁編碼器7的感應芯片與第一雙極性永磁體8之間距離為I ±0.5毫米，保證輪轂電機所反饋信號的準確性。通常，磁編碼器7采用霍爾原理的無接觸式磁旋轉(zhuǎn)編碼器感應芯片，第一雙極性永磁體采用尺寸為6毫米X 2.5毫米的釹鐵硼(NdFeB)永磁體，可精確測量輪轂電機的角位移等，并依據(jù)測量參量即時指示輪轂電機的角速度及角加速度等，分辨率可達到0.0879°，即每圈有4096個位置。
[0054]端蓋4還設置有軸承安裝孔42，全向輪體結(jié)構(gòu)還包括:置于軸承安裝孔42內(nèi)的、與固定軸頭112相裝配的軸承9，軸承安裝孔42、軸承9及定子轉(zhuǎn)軸111均同轉(zhuǎn)動中心軸3設置。其中，固定軸頭112容置于軸承9的內(nèi)腔體中，軸承9的外表面抵接軸承安裝孔42的內(nèi)壁。定子轉(zhuǎn)軸111會被固定在相應的固定架上。軸承9一般可采用滾動軸承，如深溝球軸承等。
[0055]這樣，輪轂電機I在運轉(zhuǎn)時，內(nèi)部定子11與外部轉(zhuǎn)子12之間會保持一定間隙，而不會因強磁力導致內(nèi)部定子11往外部轉(zhuǎn)子12的某一方位上偏斜，從而保證了輪轂電機I運轉(zhuǎn)的可能性和穩(wěn)定性。
[0056]端蓋4還具有安裝沿43，安裝沿43環(huán)繞容置腔41，安裝沿43上開設有第一組安裝孔431與第二組安裝孔432，端蓋4通過第一組安裝孔431及螺釘5與外部轉(zhuǎn)子12上的第三組安裝孔121相裝配，端蓋4通過第二組安裝孔432及螺釘5與輪圈211上的第四組安裝孔相裝配。其中，螺釘5可采用圓柱頭內(nèi)六角螺釘。
[0057]安裝沿43上設置有與外部轉(zhuǎn)子12裝配時定位用的定位臺階433。
[0058]連接件22為法蘭，法蘭具有分布于一與轉(zhuǎn)動中心軸3同軸的圓周上的第五組安裝孔221，相鄰的全方位輪21通過鉚釘6與法蘭上的第五組安裝孔221相裝配。法蘭于邊沿處設置有避空倒角222，以避免與從動輪212發(fā)生運動干涉。
[0059]外部轉(zhuǎn)子12的靠近內(nèi)部定子11的一側(cè)設置有第二雙極性永磁體122，內(nèi)部定子11上設置有線圈113;線圈113的電纜通過定子轉(zhuǎn)軸111的電纜穿線孔1111穿出。輪轂電機I依靠線圈113產(chǎn)生的交變磁場運轉(zhuǎn)。
[0060]輪轂電機I為無刷輪轂電機，采用低轉(zhuǎn)速、大扭矩的無刷輪轂電機，主要為運動系統(tǒng)提供動力。
[0061]相應的，本實施例還提供了一種機器人，機器人具有如上述的全向輪體結(jié)構(gòu)。而機器人可以是各種功能形式的機器人，例如:戰(zhàn)斗機器人、掃地機器人等。
[0062]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施方式”、“一些實施方式”、“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本申請的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0063]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。
【主權(quán)項】
1.一種全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:具有內(nèi)部定子及外部轉(zhuǎn)子的輪轂電機，以及，受所述輪轂電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的全向輪， 所述全向輪具有中空腔體，所述全向輪體結(jié)構(gòu)還包括:設置有容置腔的端蓋， 所述外部轉(zhuǎn)子穿過所述中空腔體后置入所述容置腔中， 所述端蓋分別與所述外部轉(zhuǎn)子及所述全向輪相裝配， 所述內(nèi)部定子具有定子轉(zhuǎn)軸，所述定子轉(zhuǎn)軸的固定軸頭位于所述端蓋一側(cè)， 所述固定軸頭上設置有磁編碼器，所述端蓋上設置有與所述磁編碼器配合使用的第一雙極性永磁體。2.如權(quán)利要求1所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述全向輪包括:至少兩個全方位輪，以及，將相鄰的所述全方位輪進行裝配的連接件， 所述全方位輪包括:在外圓周上間隔設置有輪圈齒的輪圈，以及，設置于相鄰的所述輪圈齒之間且徑向與所述輪圈的外圓周的切線方向垂直的從動輪， 所述全方位輪同轉(zhuǎn)動中心軸設置，且相鄰的所述全方位輪相互錯開，以使在平行于所述全方位輪的軸向方向上，一個所述全方位輪上的所述從動輪與相鄰的另一個所述全方位輪上的所述輪圈齒相對應。3.如權(quán)利要求2所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端蓋還設置有軸承安裝孔，所述全向輪體結(jié)構(gòu)還包括: 置于所述軸承安裝孔內(nèi)的、與所述固定軸頭相裝配的軸承， 所述軸承安裝孔、所述軸承與所述定子轉(zhuǎn)軸均同所述轉(zhuǎn)動中心軸設置。4.如權(quán)利要求2所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述端蓋還具有安裝沿，所述安裝沿環(huán)繞所述容置腔，所述安裝沿上開設有第一組安裝孔與第二組安裝孔，所述端蓋通過所述第一組安裝孔及螺釘與所述外部轉(zhuǎn)子上的第三組安裝孔相裝配，所述端蓋通過所述第二組安裝孔及螺釘與所述連接件上的第四組安裝孔相裝配。5.如權(quán)利要求4所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述安裝沿上設置有與所述外部轉(zhuǎn)子裝配時定位用的定位臺階。6.如權(quán)利要求1所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述磁編碼器的感應芯片與所述第一雙極性永磁體之間距離為I ±0.5毫米。7.如權(quán)利要求2所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連接件為法蘭，所述法蘭具有分布于一圓周上的第五組安裝孔，相鄰的所述全方位輪通過鉚釘與所述法蘭上的第五組安裝孔相裝配。8.如權(quán)利要求7所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述法蘭于邊沿處設置有避空倒角，以避免與所述從動輪發(fā)生運動干涉。9.如權(quán)利要求2所述的全向輪體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外部轉(zhuǎn)子的靠近所述內(nèi)部定子的一側(cè)設置有第二雙極性永磁體，所述內(nèi)部定子上設置有線圈；所述線圈的電纜通過所述定子轉(zhuǎn)軸的電纜穿線孔穿出；所述輪轂電機為無刷輪轂電機;所述輪圈通過兩側(cè)的壓片壓合，所述壓片上裝配有所述從動輪。10.—種機器人，其特征在于，所述機器人具有如權(quán)利要求1-9中任一項所述的全向輪體結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H02K7/18GK205523382SQ201620191058
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】謝貽強, 張馳
【申請人】深圳小趴智能科技有限公司