本發(fā)明涉及一種麥克納姆輪，具體是一種由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪。

背景技術：

目前基于麥克納姆輪技術的全方位運動設備是通過4個這種新型輪子進行組合，可以靈活方便的實現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉及其組合等全方位運動方式。但傳統(tǒng)麥克納姆輪系統(tǒng)中空間占用大，具有小滾子裝配困難且無法獨立更換，占用空間大，不夠輕便，成本高的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪，由外輪轂、內輪轂、12個麥克納姆輪小滾子組件、磁鋼、定子、輪軸、兩個軸承、驅動板、磁編碼器芯片和磁編碼器磁鐵組成，所述小滾子組件由兩個小滾子軸承、小滾子軸、小滾子內殼、小滾子外膠和兩個銅環(huán)組成，12組小滾子組件的外輪緣共同構成了一個麥克納姆輪的輪緣，定子通過連接鍵固定在輪軸上，而驅動板通過螺絲鎖緊在定子上，輪軸通過兩個軸承分別與內輪轂和外輪轂相連接，磁編碼器芯片通過螺絲鎖緊在輪軸在輪內的端面上，磁編碼器磁鐵固定在磁編碼器芯片正上方的外輪轂上，內輪轂和外輪轂通過內輪轂上的螺絲軸向鎖緊，并通過輪轂上的卡位沿圓周方向卡住，輪軸為中空軸，輪內側面開有通孔，輪轂內部所有走線全部從輪軸中引出，內輪轂和外輪轂的輪緣上開有12對半月槽，半月槽軸心軸向與輪軸軸向夾角為45°，小滾子組件從側面與輪軸的軸線方向斜45°卡入內輪轂和外輪轂邊緣上的相應卡槽內，然后通過螺絲從麥克納姆輪兩側鎖緊，一套麥克納姆輪驅動的系統(tǒng)由四個麥克納姆輪構成，其中左前輪和右后輪為右旋麥克納姆輪，右前輪和左后輪為左旋麥克納姆輪；

當需要驅動機構前進的時候，則驅動四個輪子按同樣的轉速前進，此時前后輪的左右方向的摩擦力相互抵消，四個輪子向前的摩擦力帶動機構向前直行，后退則四輪轉向相反；當需要驅動機構向右橫行時，則令由右前輪和左后輪向后旋轉，右后輪和左前輪向前旋轉，四輪轉速一致，此時四個輪子的前后方向的摩擦力相互抵消，四個輪子水平向右的摩擦力驅動機構水平向右直行，向左直行則四輪轉向相反；當需要驅動機構沿順時針自轉的時候，左前輪和左后輪向前轉動，右前輪和右后輪向后轉動，轉速一致，此時左前輪摩擦力方向為正右前方向，右前輪摩擦力方向為正右后方向，右后輪摩擦力方向為正左后方向，左后輪摩擦力方向為正左前方向；四個輪子的摩擦力共同帶動機構繞其幾何中心順時針轉動，逆時針則四輪轉向相反；當需要驅動機構沿正右前方向直行時，則令左前輪和右后輪向前轉動，轉速一致，右前輪和左后輪靜止；此時右后輪和左前輪的摩擦力方向皆為正右前方，摩擦力帶動機構沿右前方向直行，右前輪和左后輪此時為從動輪，大輪保持靜止，與地面接觸的小滾子組件繞小滾子軸從動旋轉，向左后方向直行時，則左前輪與右后輪轉向相反；當需要驅動機構沿左前方向直行時，則保持左前輪與右后輪靜止，左后輪和右前輪向前轉動，當需要驅動機構沿右后方向直行時，則左后輪與右前輪轉向相反。

作為本發(fā)明再進一步的方案：4個獨立驅動的麥克納姆輪組成的一套機構通過調節(jié)各個麥克納姆輪轉動實現(xiàn)多種運動方式。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明占用空間極小，更加輕便，成本更加低廉，控制精度更高，控制更方便，外觀更加美觀。

附圖說明

圖1A為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中左旋一體式麥克納姆輪結構示意圖。

圖1B為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中右旋一體式麥克納姆輪結構示意圖。

圖2為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中左旋一體式麥克納姆輪爆炸圖。

圖3A為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中單個小滾子外膠件輪廓圖。

圖3B為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中小滾子外膠件沿軸心方向斜45°的投影視圖。

圖3C為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中小滾子垂直于軸心方向的投影視圖。

圖4A為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中12個小滾子的外膠件的主視圖。

圖4B為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中12個小滾子的外膠件的俯視圖。

圖5為由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪中一套麥克納姆輪驅動的底板的俯視圖。

其中：1、外輪轂 2、軸承 3、磁編碼器磁鐵 4、磁軛 5、磁鋼 6、麥克納姆輪小滾子組件 7、墊片 8、小滾子鎖緊螺絲 9、定子 10、驅動板 11、驅動板鎖緊螺絲 12、內輪轂 13、輪轂鎖緊螺絲 14軸承 15、防水圈 16、銅環(huán) 17小滾子軸 18、小滾子軸承19、小滾子內殼 20、小滾子外膠 21、小滾子軸承 22、銅環(huán)。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例中，一種由輪轂電機驅動的一體式麥克納姆輪，由外輪轂1、內輪轂12、12個麥克納姆輪小滾子組件6、磁鋼5、定子9、輪軸、兩個軸承2、驅動板10、磁編碼器芯片和磁編碼器磁鐵3組成，所述小滾子組件由兩個小滾子軸承19、小滾子軸17、小滾子內殼19、小滾子外膠20和兩個銅環(huán)22組成，12組小滾子組件的外輪緣共同構成了一個麥克納姆輪的輪緣，定子9通過連接鍵固定在輪軸上，而驅動板10通過螺絲鎖緊在定子9上，輪軸通過兩個軸承2分別與內輪轂12和外輪轂1相連接，磁編碼器芯片通過螺絲鎖緊在輪軸在輪內的端面上，磁編碼器磁鐵3固定在磁編碼器芯片正上方的外輪轂1上，內輪轂12和外輪轂1通過內輪轂12上的螺絲軸向鎖緊，并通過輪轂上的卡位沿圓周方向卡住，輪軸為中空軸，輪內側面開有通孔，輪轂內部所有走線全部從輪軸中引出，內輪轂12和外輪轂1的輪緣上開有12對半月槽，半月槽軸心軸向與輪軸軸向夾角為45°，小滾子組件從側面與輪軸的軸線方向斜45°卡入內輪轂12和外輪轂1邊緣上的相應卡槽內，然后通過螺絲從麥克納姆輪兩側鎖緊，一套麥克納姆輪驅動的系統(tǒng)由四個麥克納姆輪構成，其中左前輪和右后輪為右旋麥克納姆輪，右前輪和左后輪為左旋麥克納姆輪；

當需要驅動機構前進的時候，則驅動四個輪子按同樣的轉速前進，此時前后輪的左右方向的摩擦力相互抵消，四個輪子向前的摩擦力帶動機構向前直行，后退則四輪轉向相反；當需要驅動機構向右橫行時，則令由右前輪和左后輪向后旋轉，右后輪和左前輪向前旋轉，四輪轉速一致，此時四個輪子的前后方向的摩擦力相互抵消，四個輪子水平向右的摩擦力驅動機構水平向右直行，向左直行則四輪轉向相反；當需要驅動機構沿順時針自轉的時候，左前輪和左后輪向前轉動，右前輪和右后輪向后轉動，轉速一致，此時左前輪摩擦力方向為正右前方向，右前輪摩擦力方向為正右后方向，右后輪摩擦力方向為正左后方向，左后輪摩擦力方向為正左前方向；四個輪子的摩擦力共同帶動機構繞其幾何中心順時針轉動，逆時針則四輪轉向相反；當需要驅動機構沿正右前方向直行時，則令左前輪和右后輪向前轉動，轉速一致，右前輪和左后輪靜止；此時右后輪和左前輪的摩擦力方向皆為正右前方，摩擦力帶動機構沿右前方向直行，右前輪和左后輪此時為從動輪，大輪保持靜止，與地面接觸的小滾子組件繞小滾子軸17從動旋轉，向左后方向直行時，則左前輪與右后輪轉向相反；當需要驅動機構沿左前方向直行時，則保持左前輪與右后輪靜止，左后輪和右前輪向前轉動，當需要驅動機構沿右后方向直行時，則左后輪與右前輪轉向相反。4個獨立驅動的麥克納姆輪組成的一套機構通過調節(jié)各個麥克納姆輪轉動實現(xiàn)多種運動方式。

本發(fā)明的工作原理是：參考圖2、3：單個一體式麥克納姆輪由12個小滾子組件組成。其中每個小滾子與其大輪轂軸心呈45°夾角。當單個麥克納姆輪在地面滾動動時， 右旋麥克納姆輪會沿滾動方向向右斜45°夾角的方向運動，左旋麥克納姆輪則會沿滾動方向向左斜45度夾角方向運動。由于該特性，由4個獨立驅動的麥克納姆輪組成的一套機構可以通過調節(jié)各個麥克納姆輪轉動從而實現(xiàn)多種運動方式。

當單個麥克納姆輪需要運轉時，控制信號和電源信號輸入到對應的一體式麥克納姆輪內的驅動板10上，驅動定子9上的線圈產生變化的電流，從而產生變化的磁場，變化的磁場與輪轂上的磁鋼5產生作用力，帶動麥克納姆輪按指定的轉速轉動。

輪軸頂端的磁編碼芯片在轉動的同時反饋轉動的角度信號給驅動板10，并通過驅動板10輸出角度和轉速信號。

參考圖5：一套由麥克納姆輪驅動的機構包括4個單獨驅動的麥克納姆輪。其中左前輪和右后輪為右旋一體式麥克納姆輪，右前輪和左后輪為左旋一體式麥克納姆輪。按此方式排列可以使機構實現(xiàn)多種運動方向。

當需要驅動機構前進的時候，則驅動四個輪子按同樣的轉速前進，此時前后輪的左右方向的摩擦力相互抵消，四個輪子向前的摩擦力帶動機構向前直行，后退則四輪轉向相反；

當需要驅動機構向右橫行時，則令由右前輪和左后輪向后旋轉，右后輪和左前輪向前旋轉，四輪轉速一致，此時四個輪子的前后方向的摩擦力相互抵消，四個輪子水平向右的摩擦力驅動機構水平向右直行，向左直行則四輪轉向相反；

當需要驅動機構沿順時針自轉的時候，左前輪和左后輪向前轉動，右前輪和右后輪向后轉動，轉速一致，此時左前輪摩擦力方向為正右前方向，右前輪摩擦力方向為正右后方向，右后輪摩擦力方向為正左后方向，左后輪摩擦力方向為正左前方向。四個輪子的摩擦力共同帶動機構繞其幾何中心順時針轉動，逆時針則四輪轉向相反。

當需要驅動機構沿正右前方向直行時，則令左前輪和右后輪向前轉動，轉速一致，右前輪和左后輪靜止。此時右后輪和左前輪的摩擦力方向皆為正右前方，摩擦力帶動機構沿右前方向直行，右前輪和左后輪此時為從動輪，大輪保持靜止，與地面接觸的小滾子組件繞小滾子軸17從動旋轉，向左后方向直行時，則左前輪與右后輪轉向相反。當需要驅動機構沿左前方向直行時，則保持左前輪與右后輪靜止，左后輪和右前輪向前轉動，當需要驅動機構沿右后方向直行時，則左后輪與右前輪轉向相反。

本發(fā)明具體如下優(yōu)點：

（1）完全省去傳動麥克納姆輪四輪驅動中各個輪子的傳動機構，并且將底座上的驅動機構轉移至各個麥克納姆輪的輪芯位置。為底座節(jié)約出很大空間。

（2）由于輪轂電機直接驅動各個麥克納姆輪的運動，該機構完全避開了傳統(tǒng)傳動過程中由于傳動機構可能產成的一系列運動誤差，并且由于輪轂電機自身的運動精度較高誤差較小，使得單個輪子運動精度得以極大地提高。

（3）輪轂電機的控制精度由磁極數(shù)決定，可以達到一個很高的精度水平，所以該機構可以更加精確的控制單輪運轉精度，從而更加精確的控制由麥克納姆輪四輪驅動系統(tǒng)的整體運動精度。

（4）從成本的角度去看，該機構完全省去了傳統(tǒng)驅動中的傳動機構，所以整體成本有所降低。

（5）由于麥克納姆輪自身運動特性，小滾子容易磨損，因此小滾子更換相對比較重要。小滾子側面卡入式的安裝結構使得麥克納姆輪的小滾子能夠在大輪轂已經安裝完成的前提下，進行小滾子的拆裝跟換。完美的解決了傳統(tǒng)麥克納姆輪所不能解決的小滾子更換問題。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。