專利名稱：：電機減速器一體化麥克納姆輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及一種麥克納姆輪，尤其涉及一種集成式電機減速器一體化麥克納姆輪。
背景技術(shù)：
：麥克納姆輪(Meca皿mWheel)是一種全方位移動車輪，1973年由瑞士人BengtLion實用新型，所以也叫Lion輪，而他工作于Meca皿mAB公司。該輪的特點是在傳統(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，小滾子就會產(chǎn)生測向運動。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)、研究機構(gòu)和公司進行應(yīng)用開發(fā)和再實用新型，應(yīng)用領(lǐng)域涉及全方位移動的叉車、搬運車、輪椅、彈藥運輸車、移動機器人等。采用全方位移動技術(shù)后，可以顯著提高搬運效率和靈活性、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、C0BRA全方位移動升降機、MP2全方位搬運拖車、全方位彈藥轉(zhuǎn)載機；卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的全方位機器人、美國0minx公司的全方位移動輪椅、噴氣發(fā)動機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")，首先實用新型了麥可納姆輪。2、美國AirTrix公司的美國專利"低振動全方位輪"(U.S.Pat.No.6340065，和6547340，"LowVibrationOmni-DirectionalWheel")，美國專利"低振動全方位輪設(shè)計方法，，(U.S.Pat.No.6394203，"Methodfordesigninglow_vibrationOmni_DirectionalWheels")，美國專禾U"地面搬運設(shè)備用全方位自驅(qū)動車"(U.S.Pat.No.5701966，"0mni_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，實用新型了低噪聲全方位輪及其設(shè)計方法，并將該技術(shù)運用于地面搬運車設(shè)計。3、美國專利"全方位武器裝填車"(USPat.No.6668950，"Omni-directionalmunitionshandlingvehicle")，美國專利"飛機維護裝置禾口維護方法，，(USPat.No.6477730，"Aircraftmaintenanceapparatusandmethodofmaintainingaircraft")，正在申請的美國專利"先進武器裝填者"(USPat.A卯.No.EP20050472003,"Advancedweaponsloader")，都是將麥可納姆輪運用于各類移動搬運裝備的實用新型。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；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)于麥可納姆輪運動控制的文章，如1.Dickerson，S丄丄鄰in，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/RSJInt.ConferenceonIntelligentRobotsandSystems,pp.468-473，Oct30_Nov5，2000，Tak咖atsu，Japan.3.FrancoisPin:〃ANewFamilyofOmnidirectionalandHolonomicPlatformsforMobileRobots，〃IEEETrans.OnRoboticsandAutomation,Aug.1994，vol.10，No.4國內(nèi)哈工大機器人所等單位進行過基于麥克納姆輪的全方位移動機器人研究，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、減速器和麥克納姆輪分體獨立設(shè)計，串聯(lián)安裝，結(jié)構(gòu)尺寸大，材料消耗多，更換維護困難；迫切需要設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、維護性好的新型麥克納姆輪，本實用新型即是為此目的而設(shè)計的。
實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有麥克納姆輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計中，電機、減速器與輪體獨立設(shè)計安裝而體積大等弊端，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊且便于應(yīng)用的集成式電機減速器一體化麥克納姆輪。本實用新型采用如下技術(shù)方案—種電機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)有電機定子繞組和傳動齒輪支架，在電機定子繞組外部套有電機轉(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)中心上實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。與普通車輪安裝結(jié)構(gòu)一樣，本實用新型采用中心軸安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計；依據(jù)直流無刷電機原理，本實用新型設(shè)計電機定子為內(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4較寬的特點，將電機轉(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，用于本實用新型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，電機轉(zhuǎn)子與中心齒輪設(shè)計為一體，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2-3個傳動齒輪，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，本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型針對現(xiàn)有麥克納姆輪驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計中，電機、減速器與輪體獨立設(shè)計安裝而體積大的弊端，將電機、減速器集成設(shè)計到麥克納姆輪內(nèi)部，形成電機減速器一體化麥克納姆輪。這樣，采用本實用新型電機減速器一體化麥克納姆輪設(shè)計的全方位移動車，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；由于將多個部件一體化設(shè)計，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)重量和制造維護成本；由于減少了多余的運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為本實用新型的電機減速器一體化麥克納姆輪的機構(gòu)運動原理圖。圖2為本實用新型的電機減速器一體化麥克納姆輪的輪體軸向剖面圖。圖3為本實用新型的電機減速器一體化麥克納姆輪的軸側(cè)圖。圖1中1-固定中心軸2-電機定子繞組3-電機轉(zhuǎn)子4-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-內(nèi)齒圈輪緣；附圖2中10-深溝球軸承11-右輪輻板12-深溝球軸承13-轉(zhuǎn)子中心齒輪架14-傳動齒輪軸15-左輪輻板具體實施方式—種電機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l，在固定中心軸1上設(shè)有電機定子繞組2和傳動齒輪支架6，在電機定子繞組2外部套有電機轉(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)中心上實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。在本實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；[0039]傳動齒輪8的數(shù)量為28個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，對本實用新型的具體實施方案作出更為詳細(xì)地描述參照圖1和圖2，電機的轉(zhuǎn)動驅(qū)動電流輸入電機定子繞組2，通過電機磁場作用使得電機轉(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動。固定中心軸1用于將本實用新型的電機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用于將電機轉(zhuǎn)子3和轉(zhuǎn)子中心齒輪架13支撐于右輪輻板11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11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l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，實現(xiàn)傳動齒輪8的空套安裝。權(quán)利要求一種電機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)有電機定子繞組(2)和傳動齒輪支架(6)，在電機定子繞組(2)外部套有電機轉(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)中心上實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機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。專利摘要一種電機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)有電機定子繞組和傳動齒輪支架，在電機定子繞組外部套有電機轉(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)中心上實現(xiàn)轉(zhuǎn)動連接。采用本實用新型電機減速器一體化麥克納姆輪設(shè)計的全方位移動車，即可與普通車輪一樣安裝使用，簡化車體結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低結(jié)構(gòu)重量和制造維護成本。文檔編號B60K7/00GK201494299SQ20092023184公開日2010年6月2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)