麦克纳姆轮及机器人

技术领域

本申请涉及智能机器技术领域，特别是涉及一种麦克纳姆轮及机器人。

背景技术

目前，越来越多的科研单位基于麦克纳姆轮能够实现平面三自由度运动的优势对麦克纳姆轮及具有麦克纳姆轮的移动机器人进行研究，以努力实现商业化。

然而，目前的麦克纳姆轮多为在一体成型的轮体上安装多个辊子得到，然而，在轮体被磨损后，就需要对整个轮体进行更换，导致维修成本较高。

发明内容

基于此，有必要提供一种维修成本较低的麦克纳姆轮。同时，还提供一种具有麦克纳姆轮的机器人。

一种麦克纳姆轮，包括：

轮体，包括轮毂及两个轮辋；所述轮毂包括桶体及用于支撑所述桶体的连接体，所述连接体连接于所述桶体的内壁面；两个所述轮辋分别与所述桶体的轴向的相对两端可拆卸连接；及

辊子，所述辊子的两端分别与两个所述轮辋可拆卸转动连接；所述辊子有多个，多个所述辊子均位于所述桶体的外围，且沿所述桶体的周向间隔分布。

在其中一个实施例中，所述桶体包括主体及两个法兰，所述主体呈两端贯通的桶状，所述连接体连接于所述主体，两个所述法兰分别设于所述主体的两端，两个所述轮辋分别与两个所述法兰可拆卸连接。

在其中一个实施例中，所述麦克纳姆轮包括第一连接螺栓，所述第一连接螺栓穿设所述轮辋，且与所述法兰螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述法兰位于所述主体的外周面，所述主体的端面凸出于所述法兰而形成凸出部；所述轮辋呈环形结构，且恰好能够套设于所述凸出部。

在其中一个实施例中，所述轮毂为一体成型结构；及/或，所述轮毂的材质为金属，所述轮辋的材质为塑胶。

在其中一个实施例中，所述辊子包括转轴及辊体，所述转轴贯穿所述辊体，且与所述辊体之间存在间隙，所述转轴的两端分别与两个所述轮辋连接。

在其中一个实施例中，所述辊子包括两个轴套，两个所述轴套均活动套设于所述转轴，且分别固定连接于所述辊体的两端；部分所述轴套沿所述转轴的轴向延伸至所述辊体的内部，部分所述轴套位于所述辊体外部，且沿所述转轴的径向紧贴所述辊体的端面延伸。

在其中一个实施例中，所述辊子包括第一垫片，所述第一垫片套设于所述转轴，且夹紧于所述轴套与所述轮辋之间。

在其中一个实施例中，所述辊子包括锁紧螺母，所述转轴贯穿所述轮辋，且在所述轮辋的背离所述辊体的一侧，所述锁紧螺母套设于所述转轴，且与所述转轴螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述辊子包括第二垫片，所述第二垫片套设于所述转轴，且夹紧于所述锁紧螺母与所述轮辋之间。

在其中一个实施例中，所述辊体包括支撑件及辊套，所述转轴穿设所述支撑件，所述辊套套设于所述支撑件外围；至少部分所述辊套嵌设于所述支撑件，并沿所述转轴的轴向与所述支撑件相抵。

在其中一个实施例中，所述麦克纳姆轮还包括驱动组件，所述驱动组件连接于所述连接体，且部分所述驱动组件容置于所述桶体内，部分所述驱动组件贯穿所述轮辋并凸伸至所述轮体之外。

在其中一个实施例中，所述连接体与所述驱动组件的其中一个上设有定位孔，另一个设有定位柱，所述定位柱与所述定位孔相匹配，以对所述连接体与所述驱动组件定位；及/或，所述麦克纳姆轮还包括第二连接螺栓，所述第二连接螺栓穿设所述连接件，且与所述驱动组件螺纹连接。

在其中一个实施例中，所述定位孔为异形孔，并能够沿其周向与所述定位柱相抵接。

在其中一个实施例中，所述驱动组件包括驱动主体及传动件，所述驱动主体与所述传动件连接，并能够驱动所述传动件旋转，所述传动件与所述连接体连接。

一种机器人，包括上述的麦克纳姆轮。

上述麦克纳姆轮中，轮体可拆分为轮毂与两个轮辋三部分，轮毂作为整个麦克纳姆轮的支撑结构而连接于两个轮辋之间，而两个轮辋能够与轮毂拆卸开来，多个辊子又能够与轮辋拆卸开来，从而在辊子相对轮辋转动而对轮辋造成磨损时，只需要对轮体中的轮辋进行更换，而保留轮毂部分继续使用，如此将降低维修成本。此外，在需要增加或减少麦克纳姆轮中辊子的数量时，只需要更换轮辋，并使轮辋具有数量与辊子的数量相同的安装位即可，而轮毂还仍能够被复用，如此也能够在较低成本的情况下，实现麦克纳姆轮的改装。此外，连接于轮毂两侧的两个轮辋的结构完全相同，仅仅是安装朝向相反，如此，也使得轮体所需加工的零件数量减少，降低加工成本的同时，还有助于拆装操作的顺利进行。

附图说明

图1为本申请实施例的机器人的结构示意图；

图2为图1所示机器人中麦克纳姆轮的结构示意图；

图3为图2所示麦克纳姆轮的结构爆炸示意图；

图4为图2所示麦克纳姆轮中轮体的一视角的结构示意图；

图5为图4所示轮体的另一视角的结构示意图；

图6为图5所示轮体的结构爆炸示意图；

图7为图2所示麦克纳姆轮的一剖视图；

图8为图2所示麦克纳姆轮的另一剖视图；

图9为图8中的局部结构放大示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

如图1所示，本申请保护一种机器人10，机器人10包括机架20及麦克纳姆轮30。在本申请中，麦克纳姆轮30可以为多个，多个麦克纳姆轮30均连接于机架20，以对机架20进行支撑，并控制机架20的运动方向。

结合图2至图4所示，具体地，对于麦克纳姆轮30，其包括轮体200及辊子500。其中，轮体200包括轮毂300及两个轮辋400，轮毂300包括桶体310及用于支撑桶体310的连接体320，连接体320连接于桶体310的内壁面。两个轮辋400分别与桶体310的轴向的相对两端可拆卸连接。辊子500的两端分别与两个轮辋400可拆卸转动连接。辊子500有多个，多个辊子500均位于桶体310的外围，且沿桶体310的周向间隔分布。

上述麦克纳姆轮30中，轮体200可拆分为轮毂300与两个轮辋400三部分，轮毂300作为整个麦克纳姆轮30的支撑结构而连接于两个轮辋400之间，而两个轮辋400能够与轮毂300拆卸开来，多个辊子500又能够与轮辋400拆卸开来，从而在辊子500相对轮辋400转动而对轮辋400造成磨损时，只需要对轮体200中的轮辋400进行更换，而保留轮毂300部分继续使用，如此将降低维修成本。此外，在需要增加或减少麦克纳姆轮30中辊子500的数量时，只需要更换轮辋400，并使轮辋400具有数量与辊子500的数量相同的安装位即可，而轮毂300还仍能够被复用，如此也能够在较低成本的情况下，实现麦克纳姆轮30的改装。此外，连接于轮毂300两侧的两个轮辋400的结构完全相同，仅仅是安装朝向相反，如此，也使得轮体200所需加工的零件数量减少，降低加工成本的同时，还有助于拆装操作的顺利进行。

需要指出的是，如图2所示，X轴即为桶体310的轴向，而图中弧形箭头Y所示的方向即为桶体310的周向。此外，此处桶体310的轴向也为主体(后续会提到)的轴向，桶体310的周向也为主体的周向，桶体310的径向也为主体的径向。

结合图4至图7所示，具体地，对于桶体310，其包括主体311及两个法兰312，主体311呈两端贯通的桶状，连接体320连接于主体311，两个法兰312分别设于主体311的两端，两个轮辋400分别与两个法兰312可拆卸连接。可以理解，主体311沿轴向两端贯通而呈中空结构，相比实心的主体311，主体311的重量得以减小，而法兰312的设置又有助于轮辋400与桶体310实现连接。

在本申请中，麦克纳姆轮30包括第一连接螺栓800，第一连接螺栓800穿设轮辋400，且与法兰312螺纹连接。通过利用第一连接螺栓800直接与法兰312螺纹连接，可以在不使用螺母的情况下将轮辋400与法兰312锁定在一起，从而减少零件的使用、减轻重量、减小装配难度。

具体地，法兰312设置有螺纹孔(图未标)，轮辋400上开设有贯通孔(图未标)，第一连接螺栓800穿设贯通孔后，与螺纹孔螺纹配合。通过使第一连接螺栓800不断旋入螺纹孔，可以使第一连接螺栓800的帽端将轮辋400压紧于法兰312。

进一步地，第一连接螺栓800为多个，多个第一连接螺栓800从不同位置将法兰312与轮辋400连接在一起，如此就使得法兰312与轮辋400具有多处连接，可提升两者的连接强度及连接稳定性。具体地，多个第一连接螺栓800沿桶体310的周向均匀分布，如此，多个第一连接螺栓800对法兰312与轮辋400在各连接位置处施加的锁紧作用力较为一致，避免多个第一连接螺栓800受力不均而出现部分第一连接螺栓800磨损加快、锁紧失效的问题。

继续参阅图6、图7，具体在本申请中，法兰312位于主体311的外周面，主体311的端面凸出于法兰312而形成凸出部313。轮辋400呈环形结构，且恰好能够套设于凸出部313。可以理解，在轮辋400套设于凸出部313时，凸出部313的外周面与轮辋400的内圈相贴合，从而可以在将轮辋400与轮毂300组装时对轮辋400进行快速定位。此外，在轮辋400套设于凸出部313时，轮辋400还能够与法兰312相抵，从而以法兰312作为轮辋400的安装基准，如此，可以提高组装精度，同时还提高组装效率。

在本申请中，轮毂300为一体成型结构。可以理解，对于桶体310，通过将主体311与两个法兰312一体成型，可以提高法兰312的强度，同时也减少了连接结构件的使用，免去了组装的麻烦。而对于桶体310与连接体320一体成型，具体是主体311与连接体320一体成型，如此可以提高连接体320对主体311的支撑强度，从而使整个轮毂300具有较大的支撑强度。具体地，连接体320连接于主体311沿轴向的中间位置，如此可以对桶体310实现稳定的支撑。

此外，对于连接体320，通过在其上形成多个镂空而使得整个连接体320包括连接盘321、连接圈322及多个辐条323，辐条323的两端分别连接连接盘321与连接圈322，多个辐条323沿桶体310的周向均匀分别，且呈散射状设于连接盘321与连接圈322之间。连接圈322连接于主体311的内壁面，且沿主体311的周向延伸呈环形。如此，整个连接体320可以具有较强的支撑强度，同时还能够通过多个镂空去除部分材料而降低重量。

在本申请中，轮毂300的材质为金属，而轮辋400的材质为塑胶。可以理解，如果轮体200的全部都使用金属材质，将使得轮体200的重量较大，而如果轮体200的全部都使用塑胶材质，则会导致轮体200的支撑强度较弱而无法承担重载。通过将轮毂300的材质设置为金属，而将轮辋400的材质设置为塑胶，可以同时兼顾重量与支撑强度，使轮体200的性能得以提升。

结合图8、图9所示，在本申请中，辊子500包括转轴510及辊体520，转轴510贯穿辊体520，且与辊体520之间存在间隙，转轴510的两端分别与两个轮辋400连接。通过使辊体520与转轴510之间存在间隙，可以使得两者能够相对活动，从而避免相互接触而发生干磨。

具体地，辊子500包括两个轴套530，两个轴套530均活动套设于转轴510，且分别固定连接于辊体520的两端。部分轴套530沿转轴510的轴向延伸至辊体520的内部，部分轴套530位于辊体520外部，且沿转轴510的径向紧贴辊体520的端面延伸。可以理解，两个轴套530与辊体520固定连接，以能够随辊体520相对转轴510转动，同时，两个轴套530在套设于转轴510后，延伸至辊体520内部的部分轴套530对辊体520构成支撑，以确保辊体520与转轴510之间存在间隙，避免辊体520与转轴510接触而发生干磨。此外，对于位于辊体520外部的部分轴套530，其可以在轮辋400与辊体520的端面之间构成间隔，避免辊体520相对轮辋400运动时与轮辋400直接接触而发生干磨的问题，进而对辊体520起到保护作用。此外，与常规的使用轴承的方案相比，本申请中使用轴套530，可以降低辊体520的加工精度，也减轻了辊子500的质量、节省了成本。

进一步地，辊子500包括第一垫片540，第一垫片540套设于转轴510，且夹紧于轴套530与轮辋400之间。通过在轮辋400与轴套530之间设置第一垫片540，可以确保轴套530与辊体520只能相对转轴510旋转，而无法沿转轴510的轴向相对转轴510移动，进而使辊体520运行较为稳定，同时也减轻轴套530与轮辋400之间干磨的程度。

具体地，辊子500包括锁紧螺母550，转轴510贯穿轮辋400，且在轮辋400的背离辊体520的一侧，锁紧螺母550套设于转轴510，且与转轴510螺纹连接。可以理解，在转轴510的两端均设置有外螺纹，两个锁紧螺母550分别螺纹连接于转轴510的两端。通过不断旋紧锁紧螺母550，可以使锁紧螺母550压紧轮辋400，如此，两个锁紧螺母550共同配合将转轴510锁定于两个轮辋400之间。

进一步地，辊子500包括第二垫片560，第二垫片560套设于转轴510，且夹紧于锁紧螺母550与轮辋400之间。通过在锁紧螺母550与轮辋400之间设置第二垫片560，可以减小锁紧螺母550对轮辋400的压强，尤其在轮辋400为塑胶材质时可以避免压坏轮辋400的塑胶面。

对于轮辋400，轮辋400的朝向辊体520的一侧及背离辊体520的一侧均通过去除材料的方式形成避让槽，从而在朝向辊体520的一侧，避让槽可对辊体520、轴套530及第一垫片540构成避让，而在背离辊体520的一侧，避让槽可对锁紧螺母550及第二垫片560构成避让。

具体在本申请中，辊体520包括支撑件521及辊套522，转轴510穿设支撑件521，辊套522套设于支撑件521外围。至少部分辊套522嵌设于支撑件521，并沿转轴510的轴向与支撑件521相抵。可以理解，可以在支撑件521与辊套522的其中一个设置凹槽(图未标)，而在另一个设置凸起(图未标)，凸起容置于凹槽内，进而使支撑件521与辊套522呈相互嵌设，如此，可以更好的使支撑件521与辊套522结合在一起，防止转动过程中因切向力过大造成的分离。进一步地，凹槽沿转轴510的周向延伸，且多个凹槽沿转轴510的轴向间隔设置，如此，多个凸起与多个凹槽一一对应相匹配，从而提高支撑件521与辊套522的结合强度。

具体地，辊套522为硅胶、软胶等能够发生弹性变形的塑胶材质，如此可以起到减震、缓冲作用，提升麦克纳姆轮30运行时的稳定性。支撑件521为硬度大于辊套522的塑胶材质，以确保在满足支撑需求的同时具有较小的重量。

如此，本申请中辊子500的装配顺序为先将轴套530嵌入辊体520,再将第一垫片540与第二垫片560嵌入轮辋400两侧的避让槽内，再插入转轴510，留好两端间距之后，再将两个锁紧螺母550分别旋紧于转轴510的两端。

需要指出的是，辊子500在连接于两个轮辋400之间时，转轴510的轴向与桶体310的轴向存在夹角而呈倾斜设置，从而使得辊子500呈倾斜状设置于轮体200上(如图2所示)。

结合图1、图2与图7所示，麦克纳姆轮30还包括驱动组件600，驱动组件600连接于连接体320，且部分驱动组件600容置于桶体310内，部分驱动组件600贯穿轮辋400并凸伸至轮体200之外。可以理解，通过将驱动组件600内置于轮体200，驱动组件600可直接与轮毂300的连接体320连接，从而省略掉复杂的中间传动部件，实现较佳的运动性能。此外，部分驱动组件600凸伸至轮体200之外，并能够与机架20连接，同时确保机架20与轮体200之间存在间隙，防止行驶过程中轮体200与机架20发生剐蹭。

具体地，对于驱动组件600，其最大外径要略小于桶体310的内径，以能够容纳于桶体310内部，同时这样使得驱动组件600与桶体310之间的间隙不至于过大而导致驱动组件600在桶体310内发生幅度较大的晃动，而且也有助于对驱动组件600与连接体320的连接进行粗定位。

具体地，驱动组件600包括驱动主体610及传动件620，驱动主体610与传动件620连接，并能够驱动传动件620旋转，传动件620与连接体320连接。可以理解，传动件620与连接体320固定连接，且传动件620与驱动主体610连接，并能够在驱动主体610的驱动下相对驱动主体610旋转，而驱动主体610能够与机架20固定连接，如此，在驱动主体610的驱动下，传动件620通过带动连接体320运动，从而驱动整个轮体200运动。在本申请中，驱动主体610可通过电磁感应的方式来驱动传动件620旋转，例如，驱动主体610具有线圈，而传动件620具有磁铁，通过在线圈中通电，从而产生磁场而作用于磁铁，进而迫使传动件620旋转。进一步地，对于驱动主体610，其可通过螺栓与机架20固定连接。

结合图5与图7所示，连接体320与驱动组件600的其中一个上设有定位孔630，另一个设有定位柱324，定位柱324与定位孔630相匹配，以对连接体320与驱动组件600定位。可以理解，通过定位柱324与定位孔630的配合，可以使驱动组件600与连接体320进行定位，以便于对两者进行连接。具体在本申请中，连接体320上设置有定位柱324，而驱动组件600上设有定位孔630。

具体地，麦克纳姆轮30还包括第二连接螺栓700，第二连接螺栓700穿设连接体320，且与驱动组件600螺纹连接。通过设置第二连接螺栓700，并使其直接与驱动组件600螺纹连接而将驱动组件600锁定于连接体320，如此可以省略掉螺母的使用，从而降低麦克纳姆轮30的重量，降低装配难度。进一步地，第二连接螺栓700有多个，多个第二连接螺栓700沿桶体310的周向均匀分布，且均穿设连接体320的连接盘321后与传动件620螺纹连接。

在本申请中，连接体320上同时设有定位柱324与定位孔325，如此，既可以利用定位柱324与具有定位孔630的驱动组件600配合定位，还可以利用定位孔325与具有定位柱的驱动组件600配合定位，从而有助于与不同形式的驱动组件600连接，提高轮毂300的适应性，满足不同的动力需求。

具体地，定位孔325可以为异形孔，定位柱插入定位孔630后，定位孔325能够沿其周向与驱动组件600的定位柱相抵接而相互施加作用力，从而减小驱动组件600驱动轮毂300运动时第二连接螺栓700的受力，延长麦克纳姆轮30的寿命。

再次参阅图1，对于机器人10，麦克纳姆轮30有四个，四个麦克纳姆轮30均匀分布于机架20的相对两侧，且位于一侧的两个麦克纳姆轮30与位于另一侧的两个麦克纳姆轮30一一对应设置。位于同一侧的两个麦克纳姆轮30的辊子500的倾斜方向相反，而位于机架20两侧，且呈对应设置的两个麦克纳姆轮30的辊子500的倾斜方向也相反。即，定义四个麦克纳姆轮30分别为1#、2#、3#、4#，则，1#与3#麦克纳姆轮30位于机架20的同一侧，且两者的辊子500的倾斜方向相反；2#与4#麦克纳姆轮30位于机架20的另一侧，且两者的辊子500的倾斜方向相反；1#与2#麦克纳姆轮30对应设置，且两者的辊子500倾斜方向相反；3#与4#麦克纳姆轮30对应设置，且两者的辊子500倾斜方向相反。如此，1#与4#麦克纳姆轮30的辊子500倾斜方向是相同的，而2#与3#麦克纳姆轮30的辊子500倾斜方向是相同的。如此，四个麦克纳姆轮30共同配合，才能够使机器人10实现平面三自由度运动，并可以做到回转半径为零。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。