源自逆向创意的产品 - 轮毂单元

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颠覆现有轮毂单元概念的挑战

“从来没见过这么薄的轮毂单元!”
有一次参加展会,在我们ASPINA的展位上,听到了客户发出如此惊叹之声。

“此前经常有客户提出,期待将我们公司的驱动装置用于辅助平板车及手推车的轮毂上。大家普遍认为,将电机与减速机合二为一成为体积轻薄小巧的驱动装置,将会推动轮毂单元的进步”。谈到从2017年开始的轮毂单元研发历程,ASPINA的相关研发人员如是说。了解客户的期待后,我们进一步提升薄型、轻量、带有减速机的驱动装置的性能,并将电机和减速机嵌入车轮,研发了车轮自驱动的轮毂电机。

如果能将这款轮毂电机用于平板车,一方面体积小巧,另一方面也能对平板车及手推车的底盘转动切实起到辅助作用。此外,在电机不外露节省出的平板车下方空间,安装蓄电池及控制电路等,可以减少平板车上方的零配件,降低平板车的整体高度。此举令平板车行驶时重心低,平稳性高,降低了翻倒等事故发生的风险。

使用了轮毂的平板车实现了低重心的稳定行驶

逆向创意的轮毂电机

研发轮毂电机的第一步,是从研发电机和减速机的基本构造开始的。在平板车的轮胎上安装辅助电机时,若采用行星减速器,通常情况下是在多个齿轮组成的行星齿轮正中设置轴,带动轮胎转动。此时平板车下方虽然尚有空间,可供安装电机和减速机,但电机和减速机的长度部分就大大超出了轮胎直径。而且,即使按照客户的期望,使用本公司已研发完成的薄型驱动装置,由于结构上和车轮直接相连,即使是薄型驱动装置的厚度,依然会露在外面。而且,平板车还需要安装用于电机驱动的蓄电池及控制电路。因此,原有的结构使平板车的尺寸变大,是当时面临的问题。

“此前本公司的减速器大多是固定内齿轮,从行星齿轮获得动力。但若与之相反,应该也可以制作出让内齿轮输出动力的行星减速器。这就是为了进一步减小减速机的厚度,我们采用的逆向创意”。这种创意是将位于减速器外侧的内齿轮,与轮毂轴承内圈的内侧连接,带动车轮转动。而不是将连接行星齿轮的转动轴接续在轮毂的中心轴上,带动车轮转动。如果该设计能够实现,将具有跨时代的意义。

如果减速机的厚度更薄,不仅确保了平板车下方安装电池及控制电路等的空间,令平板车外观比原来更加简约、修长而且还能发挥转动半径小的优势,提高平板车的安全性,为众多操作人员提供帮助。这款轮毂电机成为了实现这些目标所需的重要配件。

电池等可以装载在平板车底部的轮毂之间

在经历了上述挑战性思维后,才有了这款轮毂电机。

技术的诞生汇集了各部门的技术诀窍

但在当时,实现这种逆向创意也存在困难。那就是减速机外侧旋转会增加转动部位的大小。人们普遍认为,转动部位加大会导致运动迟缓、旋转效率下降。这种结构设计原本就是初次尝试,因此需要跨越诸多障碍,包括能否正常转动、强度是否符合要求、采用何种材质及热处理方法、如何设定齿轮精度等。在开发阶段,我们循序渐进,逐一攻克了这些难关。

首先,通过3D打印制作试验品开始,确认运动性能。由此证实了采用外侧旋转方式的结构本身是没有问题的。但这仅仅是验证概念阶段。此后,我们又将无刷电机与减速器组合成单元,以便将其用于轮毂电机。电机、减速器等各开发部门更是并肩合作,共享了技术诀窍以及强度、运动效率、精度等性能分析数据,最终才将这一想法变为了现实。

经过上述努力研发完成的轮毂电机,是ASPINA减速器、控制电路、以及电机等各个研发团队跨越部门及领域界限,共同交流经验及技术诀窍,齐心协力创造出的技术结晶。

轮毂电机的未来应用空间

我们期待轮毂电机未来能够在各领域发挥作用。特别是对于小型轻量的服务机器人、小型搬运设备等的底盘而言,轮毂电机堪称是最适合的配件。而且,如果能在装有内置电机的轮毂单元内,安装了对应各种通讯方式的接口板的话,又将拓展多么广阔的可能性啊。通过在该接口板上安装耐负荷、移动速度、运动范围及行动模式等,就有望驱动可自动控制的服务机器人等。

轮毂在仓库的小型搬运装置中起到积极作用

例如,如果有些初创企业及研究机构正在苦于: “虽然想研发可以与人类交流的活动机器人,但很难自主开发其底盘”,我们就能为其提供创新性的设备自控技术。

此外,相信通过进一步强化自身定位、障碍物感知、掌控空间等功能,这款轮毂单元将会成为研发未来移动工具客户必备的元件组件技术。