專利名稱：：電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種麥克納姆輪，尤其涉及一種集成式電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪。
背景技術(shù)：
：麥克納姆輪(MecanumWheel)是一種全方位移動車輪，1973年由瑞士人BengtLion發(fā)明，所以也叫Lion輪，而他工作于MecanumAB公司。該輪的特點(diǎn)是在傳統(tǒng)車輪的基礎(chǔ)上，在輪緣上再沿與軸線成45°方向安裝若干可以自由旋轉(zhuǎn)的小滾子，這樣在車輪滾動時(shí)，小滾子就會產(chǎn)生測向運(yùn)動。通過麥克納姆輪的組合使用和控制，可以使車體產(chǎn)生運(yùn)動平面內(nèi)的任意方向移動和轉(zhuǎn)動。1975年，Lion獲得美國專利(專利號3,746,112，直接穩(wěn)定自驅(qū)動車，"DirectionallyStableSelfPropelledVehicle")，1980年美國海軍買得該專利并進(jìn)行軍事應(yīng)用開發(fā)，1996年該專利失效后，美國及世界眾多大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和再發(fā)明，應(yīng)用領(lǐng)域涉及全方位移動的叉車、搬運(yùn)車、輪椅、彈藥運(yùn)輸車、移動機(jī)器人等。采用全方位移動技術(shù)后，可以顯著提高搬運(yùn)效率和靈活性、減小貨物存儲空間20%30%、尤其對于狹小空間移動物體，具有不可取代的作用。目前，成功的應(yīng)用例子有美國AirTrix公司的Sidewinder全方位移動叉車、COBRA全方位移動升降機(jī)、MP2全方位搬運(yùn)拖車、全方位彈藥轉(zhuǎn)載機(jī)；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的全方位機(jī)器人、美國Ominx公司的全方位移動輪椅、噴氣發(fā)動機(jī)全方位移動托架等產(chǎn)品。包括我國在內(nèi)的世界眾多大學(xué)也開展了麥克納姆輪的應(yīng)用和控制研究，但是多集中在移動機(jī)器人方面的應(yīng)用研究，形成產(chǎn)品的很少。目前涉及麥克納姆全方位移動機(jī)構(gòu)的專利有-1、瑞士Lion的美國專利"直接穩(wěn)定自驅(qū)動車"(U.S.Pat.No.3746112，，"DirectionallyStableSelfPropelledVehicle"),首先發(fā)明了麥可納姆輪。2、美國AirTrix公司的美國專利"低振動全方位輪"(U.S.Pat.No.6340065，3和6547340，"LowVibrationOmni-DirectionalWheel"),美國專利"低振動全方位輪設(shè)計(jì)方法，，(U.S.Pat.No.6394203，"Methodfordesigninglow-vibrationOmni-DirectionalWheels"),美國專利"地面搬運(yùn)設(shè)備用全方位自驅(qū)動車"(U.S.Pat.No.5701966，"Omni-Directionalself-propelledvehicleforgroundhandlingofequipment")在Lion的基礎(chǔ)上，針對載荷作用下，因麥可納姆輪滾子與地面接觸面積變化而導(dǎo)致彈性變形不均勻，引起的車體上下振動，發(fā)明了低噪聲全方位輪及其設(shè)計(jì)方法，并將該技術(shù)運(yùn)用于地面搬運(yùn)車設(shè)計(jì)。3、美國專利"全方位武器裝填車"(USPat.No.6668950,"Omni-directionalmunitionshandlingvehicle")，美國專利"飛機(jī)維護(hù)裝置和維護(hù)方法"(USPat.No.6477730,"Aircraftmaintenanceapparatusandmethodofmaintainingaircraft"),正在申請的美國專利"先進(jìn)武器裝填者"(USPat.App.No.EP20050472003,"Advancedweaponsloader")，都是將麥可納姆輪運(yùn)用于各類移動搬運(yùn)裝備的發(fā)明。4、國內(nèi)全方位車輪相關(guān)的專利有哈工大閻國榮;張海兵的"一種全方位輪"(01209535.4)、上海交大冷春濤；曹其新;王美齡;劉偉豪，的"全方位輪"(200610024277.3)和國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)海丹;劉玉鵬;鄭志強(qiáng);柳林;季秀才;劉斐的"全向輪"(200520052595.1),都是對垂直小滾子全向輪的一種變化，不是麥克納姆輪。另外，國外有一些關(guān)于麥可納姆輪運(yùn)動控制的文章，如1.Dickerson，S丄.；Lapin,B.D.(1991).Controlofanomni-directionalroboticvehiclewithMecanumwheels.In:NationalTelesystemsConferenceProceedings,pp.323-328，March26-27,1991，Atlanta,USA.2.Nagatani，K.;Tachibana^S.etal.(2000).Improvementofodometryforomni—directionalvehicleusingopticalflowinformation.In:ProceedingsofIEEE/R5JInt.ConferenceonIntelligentRobotsandSystems,pp.468-473，Oct30-Nov5，2000，Tak咖atsu,Japan.3.FrancoisPin:"ANewFamilyofOmnidirectionalandHolonomicPlatformsforMobileRobots,"IEEETrans.OnRoboticsandAutomation,Aug.1994，vol.0，No.4國內(nèi)哈工大機(jī)器人所等單位進(jìn)行過基于麥克納姆輪的全方位移動機(jī)器人研究，但國內(nèi)關(guān)于麥克納姆輪研究的論文較少。目前，國際上麥克納姆輪的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，都是將電機(jī)、減速器和麥克納姆輪分體獨(dú)立設(shè)計(jì)，串聯(lián)安裝，結(jié)構(gòu)尺寸大，材料消耗多，更換維護(hù)困難；迫切需要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)性好的新型麥克納姆輪，本發(fā)明即是為此目的而設(shè)計(jì)的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有麥克納姆輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電機(jī)、減速器與輪體獨(dú)立設(shè)計(jì)安裝而體積大等弊端，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊且便于應(yīng)用的集成式電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪，包括麥克納姆輪本體，在麥克納姆輪本體的回轉(zhuǎn)中心設(shè)有固定中心軸，在固定中心軸上設(shè)有電機(jī)定子繞組和傳動齒輪支架，在電機(jī)定子繞組外部套有電機(jī)轉(zhuǎn)子；在固定中心軸上套有中心齒輪，在麥克納姆輪本體的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)齒圈輪緣，在中心齒輪與內(nèi)齒圈輪緣之間設(shè)有傳動齒輪，并且，傳動齒輪分別與中心齒輪、內(nèi)齒圈輪緣嚙合，所述的傳動齒輪支架與傳動齒輪轉(zhuǎn)動連接且傳動齒輪支架于傳動齒輪的回轉(zhuǎn)中心上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。與普通車輪安裝結(jié)構(gòu)一樣，本發(fā)明采用中心軸安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；依據(jù)直流無刷電機(jī)原理，本發(fā)明設(shè)計(jì)電機(jī)定子為內(nèi)磁極，轉(zhuǎn)子為外周磁極；根據(jù)內(nèi)嚙合固定軸行星齒輪傳動原理，電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動中心輪轉(zhuǎn)動，中心輪通過固定軸行星輪帶動內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)動；再在內(nèi)齒圈上設(shè)計(jì)麥克納姆滾子支架用于安裝麥克納姆滾子，構(gòu)成麥克納姆輪。根據(jù)麥克納姆輪較寬的特點(diǎn)，將電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子與內(nèi)嚙合齒輪傳動減速輪系并列平行安裝于麥克納姆輪體的內(nèi)部。內(nèi)齒圈輪緣與麥克納姆滾子支架、若干麥克納姆滾子一起構(gòu)成麥克納姆輪，用于本發(fā)明麥克納姆輪安裝的固定中心軸位于此麥克納姆輪軸線上，與內(nèi)齒圈輪緣同軸。為減少復(fù)雜度，電機(jī)轉(zhuǎn)子與中心齒輪設(shè)計(jì)為一體，并同步轉(zhuǎn)動。為保證載荷分布均勻，采用固定軸行星齒輪結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)2—3個(gè)傳動齒輪，均布于中心齒輪與內(nèi)齒圈輪緣間；傳動齒輪空套在安裝于傳動齒輪支架上的齒輪軸上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明針對現(xiàn)有麥克納姆輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，電機(jī)、減速器與輪體獨(dú)立設(shè)計(jì)安裝而體積大的弊端，將電機(jī)、減速器集成設(shè)計(jì)到麥克納姆輪內(nèi)部，形成電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪。這樣，采用本發(fā)明電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪設(shè)計(jì)的5全方位移動車，由于車體上的安裝部件減少，簡化了以往麥克納姆輪全方位車的車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；由于將多個(gè)部件一體化設(shè)計(jì)，減少了多余的箱體及安裝連接零件，簡化了安裝過程和要求，降低結(jié)構(gòu)重量和制造維護(hù)成本；由于減少了多余的運(yùn)動支承部件和傳動連接件，減少了摩擦和系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，提高麥克納姆輪的效率和加減速性能；由于減少了多余的零部件，提高了車輪系統(tǒng)的可靠性。圖1為本發(fā)明的電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪的機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理圖。圖2為本發(fā)明的電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪的輪體軸向剖面圖。圖3為本發(fā)明的電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪的軸側(cè)圖。圖l中l(wèi)一固定中心軸2—電機(jī)定子繞組3—電機(jī)轉(zhuǎn)子4一麥克納姆滾子支架5—麥克納姆滾子6—傳動齒輪支架7—中心齒輪8—傳動齒輪9一內(nèi)齒圈輪緣；附圖2中IO—深溝球軸承l(wèi)l一右輪輻板12—深溝球軸承13—轉(zhuǎn)子中心齒輪架14一傳動齒輪軸15—左輪輻板具體實(shí)施例方式一種電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪，包括麥克納姆輪本體，在麥克納姆輪本體的回轉(zhuǎn)中心設(shè)有固定中心軸1,在固定中心軸1上設(shè)有電機(jī)定子繞組2和傳動齒輪支架6，在電機(jī)定子繞組2外部套有電機(jī)轉(zhuǎn)子3;在固定中心軸l上套有中心齒輪7，在麥克納姆輪本體的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)齒圈輪緣9，在中心齒輪7與內(nèi)齒圈輪緣9之間設(shè)有傳動齒輪8，并且，傳動齒輪8分別與中心齒輪7、內(nèi)齒圈輪緣9嚙合，所述的傳動齒輪支架6與傳動齒輪8轉(zhuǎn)動連接且傳動齒輪支架6于傳動齒輪8的回轉(zhuǎn)中心上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。在本實(shí)施例中麥克納姆輪本體由麥克納姆滾子支架4及麥克納姆滾子5組成，麥克納姆滾子5設(shè)在麥克納姆滾子支架4上，麥克納姆滾子支架4與固定中心軸1轉(zhuǎn)動連接；傳動齒輪8的數(shù)量為28個(gè)且均勻分布于由中心齒輪7與內(nèi)齒圈輪緣9形成的環(huán)形空間。下面參照附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施方案作出更為詳細(xì)地描述-參照圖1和圖2，電機(jī)的轉(zhuǎn)動驅(qū)動電流輸入電機(jī)定子繞組2，通過電機(jī)磁場作用使得電機(jī)轉(zhuǎn)子3轉(zhuǎn)動，帶動中心齒輪7轉(zhuǎn)動；中心齒輪7帶動若干均布的傳動齒輪8，將運(yùn)動傳遞給內(nèi)齒圈輪緣9;內(nèi)齒圈輪緣9帶動由麥克納姆滾子支架4和若干麥克納姆滾子5組成的麥克納姆輪運(yùn)動。固定中心軸1用于將本發(fā)明的電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪安裝到全方位移動車體上。在圖2中，深溝球軸承10用于將電機(jī)轉(zhuǎn)子3和轉(zhuǎn)子中心齒輪架13支撐于右輪輻板ll上；一對深溝球軸承10用于將內(nèi)齒圈輪緣9、麥克納姆滾子支架4和麥克納姆滾子5組成的麥克納姆輪，及左輪輻板15、右輪輻板ll支撐于固定中心軸1上；傳動齒輪支架6固定安裝在固定中心軸1上，傳動齒輪軸14通過深溝球軸承安裝在傳動齒輪支架6上，實(shí)現(xiàn)傳動齒輪8的空套安裝。權(quán)利要求1、一種電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪，包括麥克納姆輪本體，其特征在于在麥克納姆輪本體的回轉(zhuǎn)中心設(shè)有固定中心軸(1)，在固定中心軸(1)上設(shè)有電機(jī)定子繞組(2)和傳動齒輪支架(6)，在電機(jī)定子繞組(2)外部套有電機(jī)轉(zhuǎn)子(3)；在固定中心軸(1)上套有中心齒輪(7)，在麥克納姆輪本體的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)齒圈輪緣(9)，在中心齒輪(7)與內(nèi)齒圈輪緣(9)之間設(shè)有傳動齒輪(8)，并且，傳動齒輪(8)分別與中心齒輪(7)、內(nèi)齒圈輪緣(9)嚙合，所述的傳動齒輪支架(6)與傳動齒輪(8)轉(zhuǎn)動連接且傳動齒輪支架(6)于傳動齒輪(8)的回轉(zhuǎn)中心上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪，其特征在于麥克納姆輪本體由麥克納姆滾子支架(4)及麥克納姆滾子(5)組成，麥克納姆滾子(5)設(shè)在麥克納姆滾子支架(4)上，麥克納姆滾子支架(4)與固定中心軸(1)轉(zhuǎn)動連接。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪，其特征在于傳動齒輪(8)的數(shù)量為28個(gè)且均勻分布于由中心齒輪(7)與內(nèi)齒圈輪緣(9)形成的環(huán)形空間。全文摘要一種電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪，包括麥克納姆輪本體，在麥克納姆輪本體的回轉(zhuǎn)中心設(shè)有固定中心軸，在固定中心軸上設(shè)有電機(jī)定子繞組和傳動齒輪支架，在電機(jī)定子繞組外部套有電機(jī)轉(zhuǎn)子；在固定中心軸上套有中心齒輪，在麥克納姆輪本體的內(nèi)側(cè)設(shè)有內(nèi)齒圈輪緣，在中心齒輪與內(nèi)齒圈輪緣之間設(shè)有傳動齒輪，并且，傳動齒輪分別與中心齒輪、內(nèi)齒圈輪緣嚙合，所述的傳動齒輪支架與傳動齒輪轉(zhuǎn)動連接且傳動齒輪支架于傳動齒輪的回轉(zhuǎn)中心上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。采用本發(fā)明電機(jī)減速器一體化麥克納姆輪設(shè)計(jì)的全方位移動車，即可與普通車輪一樣安裝使用，簡化車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低結(jié)構(gòu)重量和制造維護(hù)成本。文檔編號B60K7/00GK101659205SQ200910035189公開日2010年3月3日申請日期2009年9月7日優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日發(fā)明者王興松申請人:東南大學(xué)