[发明专利]一种内置减速器和电机的车轮结构

说明书

本发明提出的一种内置减速器和电机的车轮结构，作为舵轮中的驱动车轮，在保持高速度和加速度的同时，拥有很高的集成度，显著降低舵轮整体的高度。

技术领域

本发明属于机械人领域，具体涉及一种内置减速器和电机的车轮结构，该结构体积小，集成度高。

背景技术

在全向移动机器人底盘中，舵轮拥有舵向转动的车轮转动两个自由度，舵向转动改变车轮转动前进的方向，可以在满足机器人底盘全向移动的同时还拥有很高的速度和加速度，在机器人比赛中表现卓越。

底盘越低稳定性和操控性越好，并且舵轮部件紧凑化设计能够给机器人提供更加充裕的上层设计及空间，扩展机器人的功能部件和延展机器人的应用领域。但现有的舵轮均存在设计过高和占用空间过大的问题，究其原因，是舵轮中用于前进运动的驱动车轮部分整体偏大偏高所致。有些舵轮采用大直径的轮毂电机直接连接驱动的方式作为驱动车轮，设计直径偏大；而另一些舵轮虽然采用小直径电机作为驱动车轮的电机，但无法避免地将减速器布局于上方，同样导致高度过大。

发明内容

针对上述舵轮设计中主驱动车轮部分存在的问题，本发明提出的一种内置减速器和电机的车轮结构，作为舵轮中的驱动车轮，在保持高速度和加速度的同时，拥有很高的集成度，显著降低舵轮整体的高度。

一种内置减速器和电机的车轮结构，包括车轮、驱动电机和减速器。

所述车轮由轮毂和轮胎组成。所述轮毂为中空结构，横截面为偏置的“工”字形状，中间偏置设置竖直的辐条提供强度支撑；所述辐条将车轮内部的空间分成左右两个不同体积的轮毂内腔空间，分别放置驱动电机和减速器，轮毂内腔由内到外内径逐步增大，提供电机和减速器安装空间的同时增加装配间隙；轮毂外圆柱表面有凹槽用于粘接轮胎。所述轮胎采用摩擦系数较高的热熔光头胎。

所述驱动电机为小直径、大功率的电机，布置于轮毂内体积较大的内腔空间里。

所述的减速器为行星减速器，包括车轮齿圈架、齿圈轴承、内齿圈、齿圈固定架、车轮行星架、外行星架、太阳齿轮、挡圈、太阳齿轮轴、电机输出轴、压片、键、行星架法兰轴承、齿圈架法兰轴承、行星齿轮轴、行星齿轮法兰轴承、行星齿轮和车轮法兰轴承等。驱动电机的电机输出轴通过压片压住位于其末端的D型轴与太阳齿轮轴相连接，太阳齿轮轴通过键与太阳齿轮共轴连接，太阳齿轮端面设置轴向约束的挡圈；外行星架、车轮行星架通过沉头螺钉与轮毂相连接，行星齿轮通过两个行星齿轮法兰轴承约束在行星齿轮轴上，行星齿轮轴连接外行星架和车轮行星架，约束行星齿轮在外行星架和车轮行星架中间运动；内齿圈、车轮齿圈架通过内六角螺钉连接到齿圈固定架上。

所述轮毂通过车轮法兰轴承与电机输出轴同轴约束相连，车轮齿圈架通过齿圈轴承与车轮行星架同轴约束相连，外行星架通过行星架法兰轴承与太阳齿轮轴同轴约束相连，太阳齿轮轴通过齿圈架法兰轴承与齿圈固定架同轴约束相连。

所述行星减速器以内齿圈作为固定端，以太阳齿轮作为输入端，车轮行星架作为输出端，太阳齿轮与行星齿轮啮合，行星齿轮与内齿圈啮合，太阳齿轮旋转时驱动行星齿轮在固定的内齿圈上转动前进，带动车轮行星架同轴于太阳齿轮减速输出。行星减速器的输入端外接驱动电机，输出端外接车轮，固定端作为减速器的支撑。

单条轮胎的宽度设为a，轮毂需要布置K个轮胎，因此轮毂宽度为A＝ka(k为正整数)；轮毂宽度A的设计需要使电机转子和减速器布置在轮毂内，且尽量降低轮毂内闲置空间。

所述轮毂外圈尺寸配合轮胎尺寸进行设计，轮毂宽度综合考虑轮胎宽度、驱动电机宽度、减速器宽度进行设计，

轮毂外尺寸应配合轮胎的内直径，设该直径为D；轮毂内腔最大直径为d₁，最小直径为d₂，驱动电机转子最大直径为d；

D＞d₁＞d₂＞d；