一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種全方位輪，具體講涉及一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪，其主要用作機(jī)器人的萬向移動(dòng)輪、服務(wù)機(jī)器人以及與其類似的應(yīng)用領(lǐng)域，它由球輪a和球輪b構(gòu)成，球輪a和球輪b分別通過十字軸的主動(dòng)輪連接于支架上，兩個(gè)球輪通過齒輪組傳遞動(dòng)力；其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)靈活；依靠并聯(lián)成轉(zhuǎn)角相差45°的兩球體在運(yùn)動(dòng)過程中球冠與地面的交替連續(xù)接觸實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，承載能力強(qiáng)，易于控制，特別適合作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的萬向輪。在運(yùn)動(dòng)過程中，球輪a與球輪b交替與地面接觸實(shí)現(xiàn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程的連續(xù)性。
【專利說明】一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種全方位輪，具體講涉及一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪，其主要用作機(jī)器人的萬向移動(dòng)輪、服務(wù)機(jī)器人以及與其類似的應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，全方位輪大致分為兩種:一種是采用特殊輪結(jié)構(gòu)，而另一種是應(yīng)用傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)。多數(shù)的特殊輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念是:在輪子的一個(gè)方向上具有約束以獲得驅(qū)動(dòng)力，而在另一個(gè)方向上去除約束以實(shí)現(xiàn)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。作為特殊輪的一個(gè)經(jīng)典的設(shè)計(jì)為:在一個(gè)傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)的圓周上安裝一系列的被動(dòng)輪，這些被動(dòng)滾輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直或傾斜于傳統(tǒng)輪的旋轉(zhuǎn)軸。例如:麥克納姆輪的設(shè)計(jì)，其它特殊輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括正交輪結(jié)構(gòu)和球輪結(jié)構(gòu)。特殊輪結(jié)構(gòu)的萬向移動(dòng)機(jī)器人具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)靈活性和穩(wěn)定性，而且能夠非常精確地實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤。但是該類萬向移動(dòng)機(jī)器人除了機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜之外，還存在著越障能力差，承載能力低，被動(dòng)滾輪容易引起車體振動(dòng)等缺點(diǎn)。球輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制較復(fù)雜，應(yīng)用較少。基于傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)的全方位移動(dòng)機(jī)器人主要采用轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)都具有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的腳輪結(jié)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)雖然承載能力強(qiáng)，同時(shí)對運(yùn)動(dòng)環(huán)境的要求較低，能夠跨越小障礙物，但運(yùn)動(dòng)靈活性和穩(wěn)定性較差。我們之前的差動(dòng)式全方位輪專利雖然解決了上述大多數(shù)缺點(diǎn)，但是由于球冠結(jié)構(gòu)的缺陷導(dǎo)致球體不完整，使球體在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生震動(dòng)且容易夾入物體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的目的是要提供一種帶有并聯(lián)差速封閉結(jié)構(gòu)的雙球冠差動(dòng)式全方位輪，其依靠并聯(lián)成相位相差45°的兩個(gè)球體在運(yùn)動(dòng)過程中球冠與地面的交替連續(xù)接觸實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，承載能力強(qiáng)，易于控制，且不易在輪體上夾入小物體，特別適合作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪，它由球輪a和球輪b構(gòu)成，球輪a和球輪b分別通過十字軸的主動(dòng)輪連接于支架上，兩個(gè)球輪通過齒輪組傳遞動(dòng)力；所述球輪a包括兩個(gè)具有圓錐臺(tái)型凹槽的球冠和兩個(gè)圓錐臺(tái)；兩個(gè)具有圓錐臺(tái)型凹槽的球冠和兩個(gè)圓錐臺(tái)相互配合，兩個(gè)球冠和兩個(gè)圓錐臺(tái)通過十字軸的連接軸連接成內(nèi)部封閉的互相傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的差動(dòng)結(jié)構(gòu)，使得整體結(jié)構(gòu)在承載能力上有很大提高；所述球輪b的結(jié)構(gòu)與球輪a相同，球輪b和球輪a并聯(lián)成相位相差45度的差速封閉結(jié)構(gòu)。
[0005]所述圓錐臺(tái)的直徑和錐度與球冠內(nèi)部的圓錐臺(tái)型凹槽的直徑和錐度一致，圓錐臺(tái)與球冠緊密接觸；在運(yùn)動(dòng)過程中協(xié)調(diào)一致，相互支撐傳遞運(yùn)動(dòng)。
[0006]所述球輪a或球輪b的兩個(gè)球冠通過十字軸的連接軸相連接，兩個(gè)球冠不直接接觸，兩者之間具有距離。
[0007]本實(shí)用新型的工作過程為:該全方位輪主動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檩喌男D(zhuǎn)方向，即兩個(gè)球輪通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪等速旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)十字軸的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)以獲得地面驅(qū)動(dòng)力；十字軸的連接軸帶動(dòng)球冠和圓錐臺(tái)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)球輪a和球輪b轉(zhuǎn)動(dòng)；球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸，兩輪的球冠外廓形成了完整的輪子結(jié)構(gòu)起到了連續(xù)驅(qū)動(dòng)的作用；地面的反作用力作用在球冠上同時(shí)傳遞到由球冠的圓錐臺(tái)型凹槽和圓錐臺(tái)構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu)中并由該封閉結(jié)構(gòu)吸收；同時(shí)沿著十字軸的主動(dòng)軸方向的作用力由球冠繞著十字軸的連接軸的運(yùn)動(dòng)所卸載；在運(yùn)動(dòng)過程中，球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸實(shí)現(xiàn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程的連續(xù)性。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)靈活；依靠并聯(lián)成轉(zhuǎn)角相差45°的兩球體在運(yùn)動(dòng)過程中球冠與地面的交替連續(xù)接觸實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，承載能力強(qiáng)，易于控制，特別適合作為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的萬向輪。在運(yùn)動(dòng)過程中，球輪a與球輪b交替與地面接觸實(shí)現(xiàn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程的連續(xù)性。輪內(nèi)部差速封閉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加了支撐球冠的軸的強(qiáng)度，使萬向輪承載能力增強(qiáng)，同時(shí)避免了輪體在運(yùn)動(dòng)過程中夾住其它物體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是圖1的右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是圖1的上視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4是圖3結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0013]圖5是圖2結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0014]圖6是齒輪組5的示意圖；
[0015]圖中:1、十字軸，2、球輪a，3、球輪b，4、支架，5、齒輪組，6、球冠，7、圓錐臺(tái)，8、電機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0016]參看圖1-圖5，所述雙球冠差動(dòng)式全方位移動(dòng)輪，由球輪a和球輪b構(gòu)成。兩輪分別通過十字軸的主動(dòng)軸連接于支架4，并通過齒輪組5傳遞運(yùn)動(dòng)；所述球輪a和球輪b具有相同結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)內(nèi)部帶有圓錐臺(tái)的球冠6和兩個(gè)圓錐臺(tái)7組成，并分別通過十字軸的連接軸連接成內(nèi)部封閉結(jié)構(gòu)。
[0017]本實(shí)用新型的工作過程為:該全方位輪主動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檩喌男D(zhuǎn)方向，即兩個(gè)球輪通過電機(jī)8驅(qū)動(dòng)齒輪5等速旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)十字軸的主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)以獲得地面驅(qū)動(dòng)力；十字軸的連接軸帶動(dòng)球冠6和圓錐臺(tái)7 —起轉(zhuǎn)動(dòng)，即帶動(dòng)球輪a和球輪b轉(zhuǎn)動(dòng)；球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸，兩輪的球冠外廓形成了完整的輪子結(jié)構(gòu)起到了連續(xù)驅(qū)動(dòng)的作用；地面的反作用力作用在球冠上同時(shí)傳遞到由球冠的圓錐臺(tái)型凹槽和圓錐臺(tái)構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu)中并由該封閉結(jié)構(gòu)吸收；同時(shí)沿著十字軸的主動(dòng)軸方向的作用力由球冠繞著十字軸的連接軸的運(yùn)動(dòng)所卸載；在運(yùn)動(dòng)過程中，球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸實(shí)現(xiàn)整個(gè)驅(qū)動(dòng)過程的連續(xù)性。由于構(gòu)成移動(dòng)平臺(tái)的每個(gè)輪均為萬向輪，所以三個(gè)萬向輪就可以驅(qū)動(dòng)平臺(tái)完成平面的三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)萬向移動(dòng)。
[0018]可以應(yīng)用到家庭清掃機(jī)器人的移動(dòng)底盤上，也可以應(yīng)用到全方位輪椅上，可以應(yīng)用到自動(dòng)化裝配線上的裝配和運(yùn)輸設(shè)備上。
【權(quán)利要求】
1.一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪，它由球輪a和球輪b構(gòu)成，球輪a和球輪b分別通過十字軸的主動(dòng)輪連接于支架上，兩個(gè)球輪通過齒輪組傳遞動(dòng)力；其特征在于:所述球輪a包括兩個(gè)具有圓錐臺(tái)型凹槽的球冠和兩個(gè)圓錐臺(tái)；兩個(gè)具有圓錐臺(tái)型凹槽的球冠和兩個(gè)圓錐臺(tái)相互配合，兩個(gè)球冠和兩個(gè)圓錐臺(tái)通過十字軸的連接軸連接成內(nèi)部封閉的互相傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的差動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述球輪b的結(jié)構(gòu)與球輪a相同，球輪b和球輪a并聯(lián)成相位相差45度的差速封閉結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪，其特征在于:所述圓錐臺(tái)的直徑和錐度與球冠內(nèi)部的圓錐臺(tái)型凹槽的直徑和錐度一致，圓錐臺(tái)與球冠緊密接觸；在運(yùn)動(dòng)過程中協(xié)調(diào)一致，相互支撐傳遞運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種并聯(lián)雙球冠差動(dòng)式全方位輪，其特征在于:所述球輪a或球輪b的兩個(gè)球冠通過十字軸的連接軸相連接，兩個(gè)球冠不直接接觸，兩者之間具有距離。
【文檔編號】B60B19/00GK204263837SQ201420602952
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】葉長龍, 陳俊, 梁海超 申請人:沈陽航空航天大學(xué)