CN108608859A - 驱动轮及移动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种驱动轮和移动机器人。本发明实施例公开的驱动轮包括行星齿轮机构、轴承和轮胎；所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星齿轮以及内齿圈；所述行星齿轮的一侧与所述太阳轮啮合，另一侧与所述内齿圈啮合，且所述太阳轮、所述行星齿轮以及所述内齿圈的中心重合；所述内齿圈包括第一圈部和第二圈部，所述第一圈部的内表面具有轮齿，所述第二圈部的内表面不具有轮齿，所述第一圈部和所述第二圈部的中心重合且外圈大小相同，且所述第一圈部与所述第二圈部为一体；所述行星齿轮与所述第一圈部啮合，所述轴承与所述第二圈部连接；所述轮胎套装在所述内齿圈的外圈上。本发明的驱动轮集成度高、体积小巧。

Description

驱动轮及移动机器人

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及驱动轮及移动机器人。

背景技术

随着电子商务近年来突飞猛进的发展，物流配送逐渐成为电子商务的核心要素。在当前的电子商务中，物流配送具有发货单位小型化的特点，品种多、批量小、批次多、周期短，传统的人工操作、传送带式或是AGV式的仓储物流方式已经难以适应电子商务的发展需求，而基于移动机器人的自动化仓储物流正在兴起。

移动机器人在自动化仓储物流中可以实现搬运、分拣或拣选等功能。其中，行走机构是移动机器人中的一个重要结构。行走机构主要包括行走电机(也可称为驱动电机)、主动轮(也可称为驱动轮)和从动轮等部件，常规的驱动轮由减速机和轮毂构成。

在相关的现有技术中，减速机是一种动力传递机构，常用在原动机与工作机之间通过齿轮的转速调节速度，将原动机回转数减至所需的回转数，并得到较大的转矩。在用于传递动力和运动的机构中，减速机的应用领域非常广泛，各式机械的传动***中大多都需要使用减速机，如船舶、汽车、机车、升降机、加工机具等。例如，CN206111962U公开了一种车桥轮边行星减速机构，包括输出法兰、轮毂、浮动油封、行星齿轮架、锁紧螺栓、行星齿轮、内齿圈和太阳轮轴套；输出法兰中部设有向内侧凸出延伸的中空结构的延伸部，延伸部的外壁通过轴承将整个输出法兰架设在轮毂的内部；浮动油封位于外侧轴承外侧的输出法兰与轮毂内壁之间的位置；行星齿轮架的外侧动力输出轴穿入输出法兰的延伸部内部并通过锁紧螺栓与输出法兰连接；内齿圈的外径尺寸与轮毂的内齿圈安装孔的内径尺寸过盈配合并定位安装在轮毂的内齿圈安装孔内。该车桥轮边行星减速机构能够在保证齿圈与桥壳稳固连接的前提下实现有效密封、防止润滑油泄露。

在自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)行业，通过减速机的运转可以使AGV改变运行速度并转换扭矩。AGV是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护及各种移载功能的运输车。在AGV行业，常规的驱动轮结构是驱动电机的输出端连接至减速机的输入齿轮，减速机的输出端连接至轮毂，从而将驱动电机的动力通过减速机传递至轮毂，获得期望的转速和扭矩。例如，CN205896114U公开了一种减速机，该减速机包括：外壳，在其内周面上沿整个周向排列设有内齿轮齿；齿轮架部，该齿轮架部借助轴承以能相对于外壳绕减速机的中心轴线转动的方式安装在外壳的内周面；曲轴，其具有偏心部，沿中心轴线的方向贯穿于齿轮架部的轴向贯通孔，并通过轴承以能绕其轴线转动的方式支承于齿轮架部，在该曲轴的接近马达的一端安装固定有传动齿轮；以及摆动齿轮，其套装在曲轴的偏心部，通过使曲轴转动而与外壳的内齿轮齿啮合从而进行传动，传动齿轮设置在齿轮架部的接近马达侧的轴向端面的外侧，设在马达的输出轴的端部的输入齿轮与传动齿轮相啮合。该减速机能够使减速机的减速比增大且不影响其密封性。再例如，CN205896048U公开了一种行星摆线减速机，其包括底盖和外壳，底盖和外壳通过螺栓连接扣合，其内部放置减速机主要部件，底盖的另一端连接有电机，电机与减速机内部输入轴相连，减速机包括设置于中心的主轴机构和以主轴机构为中心的偏心轴机构，偏心轴机构与主轴机构通过齿轮机构啮合传递转速，减速机内部设有三个完全相同的偏心轴机构，偏心轴机构等分设置于减速机内部，所述行星摆线减速机可用于机器人终端部位的智能动作转换。还例如，CN106151391A公开了一种减速机以及机器人，所述减速机具备被设置于齿轮的多个内销，所述内销包括芯部以及***装于上述芯部的外管部，所述外管部的弹性模量比上述芯部的弹性模量小；该减速机还可设置外管部，并在外管部内设置外径比外管部的内径小的芯部，外管部的弹性模量比芯部的弹性模量小，因此若通过在外管部的定位，齿轮承受载荷，则首先外管部沿旋转方向弯曲。该减速机通过利用外管部的变形吸收位置误差，可吸收加工公差并降低齿隙。

以上减速机存在的缺陷是减速机及其驱动电机和工作机构的联合体积大，占用空间多。对于集成化程度要求较高的AGV及各类移动机器人装置，传统的减速机已不能满足设计需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种将减速机与轮胎高度集成的驱动轮，该驱动轮体积小、占用空间少。本发明还提供一种移动机器人，该移动机器人使用所述驱动轮。

一方面，本发明提供一种驱动轮，其包括行星齿轮机构、轴承和轮胎；所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星齿轮以及内齿圈；所述行星齿轮的一侧与所述太阳轮啮合，另一侧与所述内齿圈啮合，且所述太阳轮、所述行星齿轮以及所述内齿圈的中心重合；所述内齿圈包括第一圈部和第二圈部，所述第一圈部的内表面具有轮齿，所述第二圈部的内表面不具有轮齿，所述第一圈部和所述第二圈部的中心重合且外圈大小相同，且所述第一圈部与所述第二圈部为一体；所述行星齿轮与所述第一圈部啮合，所述轴承与所述第二圈部连接；所述轮胎套装在所述内齿圈的外圈上。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述驱动轮还包括驱动电机，所述驱动电机的输出端与所述太阳轮相连接。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述驱动轮还包括驱动轮安装座，所述行星齿轮的转轴固定在驱动轮安装座上，所述轴承的一侧与所述驱动轮安装座连接，另一侧与所述第二圈部连接。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述轴承的内圈与所述驱动轮安装座连接，所述轴承的外圈与所述第二圈部的内圈连接。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述轴承的外圈与所述驱动轮安装座连接，所述轴承的内圈与所述第二圈部的外圈连接，所述轮胎套装在所述第一圈部的外圈上。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述驱动轮安装座包括底座以及设置在底座上的圆形凸台，所述圆形凸台的中部具有开口，所述驱动电机的输出端从与所述圆形凸台相对的一侧穿过所述圆形凸台的所述开口，所述轴承的一侧与所述圆形凸台连接。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述驱动电机的输出端与所述太阳轮可拆卸连接，或者所述驱动电机的输出端与所述太阳轮为一体。

根据本发明的驱动轮，可选地，所述轮胎采用橡胶轮胎、聚氨酯轮胎或金属轮胎。

另一方面，本发明还提供一种移动机器人，所述移动机器人包括如上所述的驱动轮。

根据本发明的移动机器人，可选地，所述移动机器人包括自动引导运输车AGV。

本发明将减速机装置集成在轮胎内，形成一种轮毂和减速机集成化的一体式驱动轮，而不是将减速机连接在轮胎的轮毂上，因此体积小巧，节省了驱动轮整体所需占用的空间，可替换以往减速机连接轮毂的分离式的驱动轮结构，该一体式驱动轮适用于靠轮胎驱动完成移动的装置，尤其适用于那些设计空间狭小的机械装置。该一体式驱动轮可安装在各类移动机器人上，例如AGV小车，可使移动机器人的内部模块部件布局更为紧凑，集成程度高，并在一定程度是减轻装置自重。

附图说明

图1为本发明的一种驱动轮的分解示意图。

图2为本发明的一种驱动轮的正视图。

图3为图2的驱动轮沿F-F面的剖面图。

附图标记说明如下：

1-安装座，2-驱动电机，3-太阳轮，4-轴承，5-内齿圈，6-行星齿轮，7-轮胎；

110-底座，120-安装面，101-圆形凸台；

502-第一圈部，501-第二圈部。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明的驱动轮包括行星齿轮机构、轴承和轮胎，该行星齿轮机构包括太阳轮、行星齿轮和内齿圈，其中所述的行星齿轮机构和轴承集成在轮胎内，形成一种驱动轮，该轮胎可直接接触地面。为了方便安装，可将上述部件安装在适合的驱动轮安装座上，进而通过该驱动轮安装座将驱动轮安装在移动装置上。作为优选，利用驱动驱动电机驱动所述太阳轮。以下对本发明的结构及工作原理进行详细描述。

本文在描述过程中使用了指示方向或方位的术语，例如：上、下、左、右、里、外、内部、外部等，这些术语是为了更清楚地描述本发明的方案，是相对的方向或方位，而不是绝对的方向或方位。

<驱动轮安装座>

本发明的驱动轮安装座包括底座和设置在所述底座上的安装面，所述底座用于承载所述安装面以及安装在所述安装面上的部件和机构。所述底座可以是平板结构，也可以是包含支撑横杆或格栅的框架结构，所述安装面固定设置在所述底座上，也可以与所述底座一体成型。所述驱动轮中的太阳轮、行星齿轮、内齿圈、轴承和轮胎可直接或间接地设置在所述驱动轮安装座上。对所述底座以及所述安装面的尺寸没有特别限定，根据其上设置的部件尺寸改变所述底座以及所述安装面的尺寸。

在一种可选的实施方式中，所述底座上具有安装孔，安装孔具有螺纹，在本发明的某些实施例中，通过所述安装孔利用螺栓或螺钉将所述驱动轮安装在被驱动装置中。以安装在可移动机器人的底盘上为例，所述驱动轮可以安装在所述底盘的上方，也可以吊装在所述底盘的下方。

本发明的所述驱动轮安装座的安装面设置在所述底座上，所述安装面所在平面与所述底座所在平面垂直，所述安装面的一侧安装有所述驱动电机，所述安装面的另一侧安装有所述行星齿轮、内齿圈、轴承和轮胎。

具体来看，在所述安装面的另一侧(与驱动电机所在的一侧相对)表面上，具有圆形凸台，所述圆形凸台的中部具有开口，所述开口贯穿所述安装面；所述驱动电机的输出端上具有一太阳轮，所述圆形凸台的高度以及所述开口的直径能够使得所述驱动电机输出端的太阳轮穿过所述开口并暴露于所述圆形凸台的外部，便于所述太阳轮与所述行星齿轮啮合，从而驱动所述行星齿轮转动。所述圆形凸台可以与所述安装面一体成型，也可以通过螺钉或螺栓安装在所述安装面上，还可以焊接在所述安装面上。

<太阳轮>

通常将行星齿轮机构中作为中心齿轮的外齿轮称为太阳轮。本发明的所述太阳轮可以固定连接在所述驱动电机的输出端上，也可以与所述驱动电机的输出端为一体成型。所述太阳轮穿过所述开口并暴露于所述圆形凸台的外部，便于所述太阳轮与所述行星齿轮啮合，从而驱动所述行星齿轮转动。在其他实施例中，所述太阳轮穿过所述开口但并不暴露于所述圆形凸台的外部，而是位于所述开口中。

本发明的所述太阳轮可以采用已知的结构，对其结构和工作原理在此不再赘述。在本发明的实施例中，所述太阳轮的基圆直径为18～36mm；优选为22～32mm；更优选为24～28mm。

<行星齿轮>

所谓行星齿轮是指除了能像定轴齿轮那样围绕着自身的转动轴转动之外，它们的转轴还可随着行星架绕太阳轮的轴线转动的齿轮***。本发明的所述太阳轮、所述行星齿轮以及其他必要部件如内齿圈构成一个行星齿轮机构，所述行星齿轮机构的中心是所述太阳轮，所述太阳轮与所述行星齿轮常啮合。本发明的所述行星齿轮可包含若干行星小齿轮，例如三个、四个或者更多个，所述行星齿轮的转轴可安装在所述圆形凸台上。

本发明的所述行星齿轮可以采用已知的结构，对其结构和工作原理在此不再赘述。在本发明的实施例中，所述行星齿轮中的一个行星小齿轮的基圆直径为36～72mm；优选为44～64mm；更优选为48～56mm。

<内齿圈>

本发明的所述内齿圈包括第一圈部和第二圈部，所述第一圈部的内表面上具有轮齿，所述第二圈部的内表面上不具有轮齿。所述第一圈部和所述第二圈部的旋转中心轴相互重合且外圈大小相同，并且，它们的连接方式使得所述第一圈部能够带动所述第二圈部转动。例如，所述第一圈部和所述第二圈部两者为一体成型，或者是固定连接(例如通过螺钉连接或焊接)，因此所述第一圈部的旋转或者所述第二圈部的旋转均可代表所述内齿圈的旋转。本发明的所述行星齿轮与所述第一圈部啮合，所述第二圈部与所述轴承连接。

<轴承>

本发明的所述轴承安装在所述圆形凸台与所述第二圈部之间，使得所述第二圈部可以相对于所述圆形凸台进行旋转，也即所述内齿圈可以相对于所述圆形凸台进行旋转，所述轴承支撑所述内齿圈的旋转。

本发明的实施例优选地采用滚动轴承。所谓滚动轴承是指将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种机械元件。滚动轴承通常包括内圈、外圈和滚动体，可采用已有的滚动轴承，此处对其结构和工作原理在此不再赘述。

在本发明的一种实施方式中，所述滚动轴承的内圈与所述圆形凸台的外圆周相连接，所述滚动轴承的外圈与所述第二圈部的内圈相连接，此时，所述圆形凸台的外圆周的直径小于所述第二圈部的内径。

在本发明的另一种实施方式中，所述滚动轴承的内圈与所述第二圈部的外圈相连接，所述轴承的外圈与所述圆形凸台的内圆周相连接，此时，所述圆形凸台的内圆周的直径大于所述第二圈部的外径。上述两种实施方式均能实现所述第二圈部与所述圆形凸台的相对旋转。

<轮胎>

本发明的所述轮胎套装在所述内齿圈的外表面上。当所述内齿圈旋转时，带动所述轮胎发生相对于所述圆形凸台的旋转，也即所述轮胎相对于所述驱动轮安装座旋转，从而形成前进的动力。所谓轮胎通常是指在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性制品。本发明的所述轮胎的材质可采用已知的那些，轮胎表面通常具有增大摩擦力的纹路，例如橡胶轮胎、聚氨酯轮胎等，按照需要也可以采用金属材质轮胎，适于在轨道上行进。在本发明的实施例中，所述轮胎的外径为120～230mm，宽度为20～50mm；优选地，所述轮胎的外径为150～200mm，宽度为22～40mm；更优选地，所述轮胎的外径为155～180mm，宽度为28～36mm。

本发明通过上述设置实现了一种将减速机集成在轮胎内的驱动轮。所述驱动轮的整体的厚度为90～150mm，优选为100～140mm；更优选为115～130mm。当所述驱动电机工作时，动力从所述太阳轮输入，从所述内齿圈输出，为所述轮胎提供前进的动力。

将本发明的驱动轮安装座装配在各种车辆或机械装置上，例如AGV小车，该驱动轮可以为其提供移动的驱动力。由于本发明的所述驱动轮将减速机集成在轮胎内，而不是将减速机连接在轮胎的轮毂上，因此大大节省了驱动轮整体所需占用的空间，尤其适用于那些设计空间狭小的机械装置，例如移动机器人。

实施例1-驱动轮

以下结合附图，描述本发明所述驱动轮的一种具体实施方式。以下描述仅为说明目的，并不意欲限定本发明的保护范围。

图1和2分别为本发明的一种驱动轮的分解示意图(***图)和正视图。该驱动轮用于安装在移动机器人的底盘上。该驱动轮包括驱动轮安装座1、驱动电机2、太阳轮3、轴承4、内齿圈5、行星齿轮6和轮胎7，其中太阳轮3位于驱动电机2的输出轴末端。

驱动电机2整体上为近立方体结构，并固定在驱动轮安装座1上。所述驱动轮安装座1包括底座110和安装面120，该底座110和该安装面120均包含平板结构，该安装面120竖直地设置在该底面上。该底座110上具有安装孔，利用螺钉或螺栓可通过这些安装孔将该底座110固定在移动机器人的底盘上。

如图1所示，在该安装面120上设置有圆形凸台101，圆形凸台101的中部具有圆形开口，该圆形开口贯穿该安装面120，驱动电机2的输出轴穿过所述开口，从该安装面120的一侧延伸至另一侧，并使得输出轴端部的太阳轮3暴露于圆形凸台101的外部。如图2所示，太阳轮3与行星齿轮6啮合，行星齿轮6的转轴安装在圆形凸台101的平面上。

如图1～3所示，内齿圈5与行星齿轮6啮合，圆形凸台101的外圆周的直径小于内齿圈5的内径，轴承4的内圈套装在圆形凸台101的外圆周上，轴承4的外圈嵌套在内齿圈5中。关于内齿圈5，其厚度大于行星齿轮6的厚度。内齿圈5包括不具有轮齿的第二圈部501和具有轮齿的第一圈部502。轮齿设置在第一圈部502的内表面上。

具有轮齿的第一圈部502与行星齿轮6啮合；不具有轮齿的第二圈部501与轴承4的外圈接触，安装在轴承4的外圈上。第一圈部502与第二圈部501为一体成型。轮胎7套装在内齿圈5的外部，并且，轮胎7的最底部超过所述驱动轮安装座1的最底部，确保安装后轮胎7可着地。

实施例2-驱动轮

本实施例的驱动轮基于实施例1所述的结构，该驱动轮的相关尺寸、型号采用如下参数：太阳轮3的基圆直径为28mm，型号为M2Z14；行星齿轮6中的行星小齿轮的基圆直径为56mm，型号为M2Z28；轮胎的外径约为180mm，宽度约为36mm。该驱动轮的宽度约为130mm，所谓驱动轮的宽度是指在驱动轮的轮胎至驱动电机的方向上，从轮胎的边缘到驱动电机的边缘的尺寸。该驱动轮体积小巧，占用空间少。

实施例3-移动机器人

将实施例1或2中的驱动轮安装在移动机器人上，例如安装在移动机器人的底盘上，安装数量为1个、2个、3个或更多，替换以往的轮胎-减速机结构，从而为移动机器人提供运行的动力。由于该驱动轮体积小巧，占用空间少，因此，本发明实施例的移动机器人集成度高，结构紧凑，自重轻。

实施例4-AGV小车

将实施例1或2中的驱动轮安装在AGV小车上，例如安装在AGV小车的底盘上，安装数量为至少2个，替换以往的轮胎-减速机结构，从而为AGV小车提供行进的动力。由于该驱动轮体积小巧，占用空间少，因此本发明实施例的AGV小车集成度高，结构紧凑，自重轻。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种驱动轮，其特征在于，所述驱动轮包括行星齿轮机构、轴承和轮胎；所述行星齿轮机构包括太阳轮、行星齿轮以及内齿圈；所述行星齿轮的一侧与所述太阳轮啮合，另一侧与所述内齿圈啮合，且所述太阳轮、所述行星齿轮以及所述内齿圈的中心重合；所述内齿圈包括第一圈部和第二圈部，所述第一圈部的内表面具有轮齿，所述第二圈部的内表面不具有轮齿，所述第一圈部和所述第二圈部的中心重合且外圈大小相同，且所述第一圈部与所述第二圈部为一体；所述行星齿轮与所述第一圈部啮合，所述轴承与所述第二圈部连接；所述轮胎套装在所述内齿圈的外圈上。

2.根据权利要求1所述的驱动轮，其特征在于，所述驱动轮还包括驱动电机，所述驱动电机的输出端与所述太阳轮相连接。

3.根据权利要求1所述的驱动轮，其特征在于，所述驱动轮还包括驱动轮安装座，所述行星齿轮的转轴固定在驱动轮安装座上，所述轴承的一侧与所述驱动轮安装座连接，另一侧与所述第二圈部连接。

4.根据权利要求3所述的驱动轮，其特征在于，所述轴承的内圈与所述驱动轮安装座连接，所述轴承的外圈与所述第二圈部的内圈连接。

5.根据权利要求3所述的驱动轮，其特征在于，所述轴承的外圈与所述驱动轮安装座连接，所述轴承的内圈与所述第二圈部的外圈连接，所述轮胎套装在所述第一圈部的外圈上。

6.根据权利要求3所述的驱动轮，其特征在于，所述驱动轮安装座包括底座以及设置在底座上的圆形凸台，所述圆形凸台的中部具有开口，所述驱动电机的输出端从与所述圆形凸台相对的一侧穿过所述圆形凸台的所述开口，所述轴承的一侧与所述圆形凸台连接。

7.根据权利要求2所述的驱动轮，其特征在于，所述驱动电机的输出端与所述太阳轮可拆卸连接，或者所述驱动电机的输出端与所述太阳轮为一体。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的驱动轮，其特征在于，所述轮胎采用橡胶轮胎、聚氨酯轮胎或金属轮胎。

9.一种移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括权利要求1～8中任一项所述的驱动轮。

10.根据权利要求9所述的移动机器人，其特征在于，所述移动机器人包括自动引导运输车AGV。