本實(shí)用新型屬于狹小空間內(nèi)無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

隨著家用智能機(jī)器人以及其相關(guān)衍生品的快速發(fā)展，如何實(shí)現(xiàn)在狹小空間內(nèi)的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)成為了一個(gè)必須面對(duì)的問題?，F(xiàn)有的無回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置主要有麥克納姆輪、球輪、主動(dòng)式萬向腳輪等。麥克納姆輪控制靈活，但是存在承載能力低，被動(dòng)滾輪容易引起車體震動(dòng)等問題；球輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易操控，容易打滑，且對(duì)油污非常敏感；主動(dòng)式萬向腳輪的承載能力高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但是由于該種腳輪的驅(qū)動(dòng)軸線和轉(zhuǎn)向軸線相互垂直，在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生耦合運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)精度下降。如何實(shí)現(xiàn)高精度，高承載的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)成為一個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置，適用于家用吸塵器，輪式機(jī)器人，移動(dòng)式3D打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精確角度移動(dòng)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置，該裝置包括4個(gè)步進(jìn)電機(jī)支座、4個(gè)轉(zhuǎn)向連桿、8根短軸、2個(gè)圓柱銷、大齒輪、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)、4個(gè)萬向輪、4個(gè)下輪盤、4個(gè)上輪盤、轉(zhuǎn)向盤、工作底盤、小齒輪，工作底盤呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沿環(huán)狀外輪廓均布4個(gè)工作底盤連接耳，每個(gè)工作底盤連接耳固定在上輪盤與下輪盤之間，每個(gè)上輪盤的上表面固定一個(gè)步進(jìn)電機(jī)支座，步進(jìn)電機(jī)固定在步進(jìn)電機(jī)支座上，萬向輪安裝在下輪盤下方，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)萬向輪(通過同步帶、同步帶輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)行進(jìn)運(yùn)動(dòng)，包括8個(gè)同步帶輪、4條環(huán)形同步帶)，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。小齒輪帶動(dòng)大齒輪以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向盤通過4個(gè)轉(zhuǎn)向連桿分別將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給4個(gè)下輪盤，控制四個(gè)萬向輪的轉(zhuǎn)向。大齒輪固定在工作底盤上，轉(zhuǎn)向盤固定在大齒輪上，轉(zhuǎn)向盤的外緣輪廓均布4個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳，每個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳上開設(shè)軸孔，轉(zhuǎn)向連桿的一端通過短軸與轉(zhuǎn)向盤連接耳連接，轉(zhuǎn)向連桿的另一端通過短軸與下輪盤連接，轉(zhuǎn)向盤上對(duì)稱開設(shè)圓弧槽孔一和圓弧槽孔二。

按上述技術(shù)方案，4個(gè)工作底盤連接耳分別為工作底盤連接耳一、工作底盤連接耳二、工作底盤連接耳三、工作底盤連接耳四，工作底盤連接耳一的中心開設(shè)工作底盤圓孔一、工作底盤連接耳二的中心開設(shè)工作底盤圓孔二、工作底盤連接耳三的中心開設(shè)工作底盤圓孔三、工作底盤連接耳四的中心開設(shè)工作底盤圓孔四，工作底盤上還開設(shè)工作底盤圓孔五、工作底盤圓孔六、工作底盤圓孔七，工作底盤圓孔五距離工作底盤中心125mm，工作底盤圓孔六與工作底盤圓孔七對(duì)稱分布，距離工作底盤中心90mm。

按上述技術(shù)方案，4個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳分別為轉(zhuǎn)向盤連接耳一、轉(zhuǎn)向盤連接耳二、轉(zhuǎn)向盤連接耳三、轉(zhuǎn)向盤連接耳四，4個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳的中心各設(shè)有一圓孔，分別為轉(zhuǎn)向盤圓孔一、轉(zhuǎn)向盤圓孔二、轉(zhuǎn)向盤圓孔三、轉(zhuǎn)向盤圓孔四，兩圓弧槽孔對(duì)稱分布，圓弧槽孔一和圓弧槽孔二的兩側(cè)各開設(shè)有兩個(gè)圓孔，用于與大齒輪固定連接。

按上述技術(shù)方案，上輪盤的中心處開設(shè)一個(gè)直徑為12mm的上輪盤圓孔一，其圓弧槽孔的角度為60°，圓弧槽孔兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置直徑均為2mm的上輪盤圓孔三、上輪盤圓孔四。

按上述技術(shù)方案，下輪盤的中心處開設(shè)一個(gè)直徑為12mm的下輪盤圓孔一，下輪盤圓孔二與下輪盤圓孔三完全相同，對(duì)稱分布，下輪盤圓弧槽孔與上輪盤的圓弧槽孔完全相同，下輪盤圓弧槽孔兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置直徑均為2mm的下輪盤圓孔四、下輪盤圓孔五，下輪盤圓孔六距離下輪盤中心處25mm，直徑為4mm。

按上述技術(shù)方案，工作底盤、大齒輪、轉(zhuǎn)向盤由上至下進(jìn)行布置，工作底盤通過工作底盤圓孔六與工作底盤圓孔七，使用圓柱銷與下部大齒輪與轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行連接，大齒輪與工作底盤通過螺釘進(jìn)行定位連接。圓柱銷在圓弧槽孔中運(yùn)動(dòng)，來限制轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上輪盤、工作底盤、下輪盤、萬向輪由上至下進(jìn)行布置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)座固定在上輪盤上，上輪盤與下輪盤中心孔同軸，上輪盤圓孔三與下輪盤圓孔四以及上輪盤圓孔四與下輪盤圓孔五分別使用2mm的光軸進(jìn)行連接，保證上輪盤與下輪盤的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，下輪盤與轉(zhuǎn)向連桿通過下輪盤圓孔六使用短軸進(jìn)行鉸接，萬向輪使用螺栓通過下輪盤圓孔二與下輪盤圓孔三與下輪盤進(jìn)行固定連接。

按上述技術(shù)方案，步進(jìn)電機(jī)與萬向輪的伸出軸分別與同步帶輪固定連接，兩同步帶輪之間通過同步帶進(jìn)行傳動(dòng)，同步帶穿過上輪盤與下輪盤的的圓弧槽孔。

本實(shí)用新型產(chǎn)生的有益效果是：本實(shí)用新型裝置基于四連桿進(jìn)行設(shè)計(jì)，自帶有轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)任意角度任意距離的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，承載能力大的特點(diǎn)。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的工作底盤三維示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向盤三維示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的上輪盤三維示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的下輪盤三維示意圖；

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的腳輪部分三維示意圖；

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)部分的上視示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供一種基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置，如圖1所示，該裝置包括4個(gè)步進(jìn)電機(jī)支座1、4個(gè)轉(zhuǎn)向連桿2、8根短軸3、2個(gè)圓柱銷4、大齒輪5、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)6、4個(gè)萬向輪7、4個(gè)下輪盤13、4個(gè)上輪盤14、轉(zhuǎn)向盤8、工作底盤9、小齒輪10，工作底盤呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沿環(huán)狀外輪廓均布4個(gè)工作底盤連接耳，每個(gè)工作底盤連接耳固定在上輪盤與下輪盤之間，每個(gè)上輪盤的上表面固定一個(gè)步進(jìn)電機(jī)支座，步進(jìn)電機(jī)固定在步進(jìn)電機(jī)支座上，萬向輪安裝在下輪盤下方，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)萬向輪(通過同步帶、同步帶輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)行進(jìn)運(yùn)動(dòng)，包括8個(gè)同步帶輪11、4條環(huán)形同步帶12)，大齒輪與小齒輪嚙合，小齒輪通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)。小齒輪帶動(dòng)大齒輪以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向盤通過4個(gè)轉(zhuǎn)向連桿分別將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給4個(gè)下輪盤，控制四個(gè)萬向輪的轉(zhuǎn)向。大齒輪固定在工作底盤上，轉(zhuǎn)向盤固定在大齒輪上，轉(zhuǎn)向盤的外緣輪廓均布4個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳，每個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳上開設(shè)軸孔，轉(zhuǎn)向連桿的一端通過短軸與轉(zhuǎn)向盤連接耳連接，轉(zhuǎn)向連桿的另一端通過短軸與下輪盤連接，轉(zhuǎn)向盤上對(duì)稱開設(shè)圓弧槽孔一和圓弧槽孔二。工作底盤作為整體機(jī)架，傳動(dòng)齒輪布置在工作底盤下方，轉(zhuǎn)向輪盤固定連接在大齒輪下方，四個(gè)萬向輪之間成90°均布在工作輪盤上。工作底盤、大齒輪、轉(zhuǎn)向盤的厚度均為5mm，其中部的大圓孔的直徑相同，均為180mm，工作時(shí)大齒輪與轉(zhuǎn)向盤固定，相對(duì)工作底盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度受圓弧槽孔與圓柱銷活動(dòng)范圍的限制。小齒輪與大齒輪為標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒輪，模數(shù)均為2mm，小齒輪齒數(shù)為12齒，大齒輪的齒數(shù)為88齒。轉(zhuǎn)向連桿的寬度為10mm，長(zhǎng)度為164mm，轉(zhuǎn)向連桿上兩圓孔的直徑為4mm，兩圓孔中心距離154mm，四根轉(zhuǎn)向連桿的一端分別于轉(zhuǎn)向盤的圓孔一、圓孔二、圓孔三、圓孔四通過短軸進(jìn)行鉸接，另一端分別與四個(gè)腳輪的下輪盤的圓孔六通過短軸進(jìn)行鉸接，兩連桿之間應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)耐屏η蜉S承以減小摩擦阻力。各腳輪的上輪盤、下輪盤以及工作底盤之間應(yīng)使用適當(dāng)?shù)赝屏η蜉S承與深溝球軸承以減小摩擦。

進(jìn)一步地，如圖2所示，4個(gè)工作底盤連接耳分別為工作底盤連接耳一9-1-1、工作底盤連接耳二9-1-2、工作底盤連接耳三9-1-3、工作底盤連接耳四9-1-4，工作底盤連接耳一的中心開設(shè)工作底盤圓孔一9-2-1、工作底盤連接耳二的中心開設(shè)工作底盤圓孔二9-2-2、工作底盤連接耳三的中心開設(shè)工作底盤圓孔三9-2-3、工作底盤連接耳四的中心開設(shè)工作底盤圓孔四9-2-4，工作底盤上還開設(shè)工作底盤圓孔五9-6、工作底盤圓孔六9-5-1、工作底盤圓孔七9-5-2，工作底盤圓孔五距離工作底盤中心125mm，工作底盤圓孔六與工作底盤圓孔七對(duì)稱分布，距離工作底盤中心90mm。

進(jìn)一步地，4個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳分別為轉(zhuǎn)向盤連接耳一、轉(zhuǎn)向盤連接耳二、轉(zhuǎn)向盤連接耳三、轉(zhuǎn)向盤連接耳四，4個(gè)轉(zhuǎn)向盤連接耳的中心各設(shè)有一圓孔，分別為轉(zhuǎn)向盤圓孔一、轉(zhuǎn)向盤圓孔二、轉(zhuǎn)向盤圓孔三、轉(zhuǎn)向盤圓孔四，兩圓弧槽孔對(duì)稱分布，圓弧槽孔一和圓弧槽孔二的兩側(cè)各開設(shè)有兩個(gè)圓孔，用于與大齒輪固定連接。

進(jìn)一步地，上輪盤的中心處開設(shè)一個(gè)直徑為12mm的上輪盤圓孔一，其圓弧槽孔的角度為60°，圓弧槽孔兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置直徑均為2mm的上輪盤圓孔三、上輪盤圓孔四。

進(jìn)一步地，下輪盤的中心處開設(shè)一個(gè)直徑為12mm的下輪盤圓孔一，下輪盤圓孔二與下輪盤圓孔三完全相同，對(duì)稱分布，下輪盤圓弧槽孔與上輪盤的圓弧槽孔完全相同，下輪盤圓弧槽孔兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置直徑均為2mm的下輪盤圓孔四、下輪盤圓孔五，下輪盤圓孔六距離下輪盤中心處25mm，直徑為4mm。

進(jìn)一步地，工作底盤、大齒輪、轉(zhuǎn)向盤由上至下進(jìn)行布置，工作底盤通過工作底盤圓孔六與工作底盤圓孔七，使用圓柱銷與下部大齒輪與轉(zhuǎn)向盤進(jìn)行連接，大齒輪與工作底盤通過螺釘進(jìn)行定位連接。圓柱銷在圓弧槽孔中運(yùn)動(dòng)，來限制轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上輪盤、工作底盤、下輪盤、萬向輪由上至下進(jìn)行布置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過電機(jī)座固定在上輪盤上，上輪盤與下輪盤中心孔同軸，上輪盤圓孔三與下輪盤圓孔四以及上輪盤圓孔四與下輪盤圓孔五分別使用2mm的光軸進(jìn)行連接，保證上輪盤與下輪盤的同步轉(zhuǎn)動(dòng)，下輪盤與轉(zhuǎn)向連桿通過下輪盤圓孔六使用短軸進(jìn)行鉸接，萬向輪使用螺栓通過下輪盤圓孔二與下輪盤圓孔三與下輪盤進(jìn)行固定連接。

進(jìn)一步地，步進(jìn)電機(jī)與萬向輪的伸出軸分別與同步帶輪固定連接，兩同步帶輪之間通過同步帶進(jìn)行傳動(dòng)，同步帶穿過上輪盤與下輪盤的的圓弧槽孔。

在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施中，提供一種基于四連桿的無回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)裝置，如圖1-圖7所示，包括4個(gè)步進(jìn)電機(jī)支座1、4個(gè)轉(zhuǎn)向連桿2、8根短軸3、2個(gè)圓柱銷4、1個(gè)大齒輪5、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)6、4套萬向輪7、1個(gè)轉(zhuǎn)向盤8、1個(gè)工作底盤9、1個(gè)小齒輪10、8個(gè)同步帶輪11、4條環(huán)形同步帶12、4個(gè)下輪盤13、4個(gè)上輪盤14；工作底盤作為整體機(jī)架，如圖2所示，四個(gè)連接耳沿環(huán)狀外輪廓均布，分別為工作底盤連接耳一9-1-1、工作底盤連接耳二9-1-2、工作底盤連接耳三9-1-3、工作底盤連接耳四9-1-4，各工作底盤連接耳的中心各有一圓孔，分別為工作底盤圓孔一9-2-1、工作底盤圓孔二9-2-2、工作底盤圓孔三9-2-3、工作底盤圓孔四9-2-4，工作底盤圓孔五9-6距離工作底盤中心125mm，工作底盤圓孔六9-5-1與工作底盤圓孔七9-5-2對(duì)稱分布，距離工作底盤中心90mm；轉(zhuǎn)向盤與大齒輪固定連接位于工作底盤下方，如圖3所示，中心為直徑為180mm的轉(zhuǎn)向盤圓孔一8-1，它的四個(gè)連接耳沿環(huán)狀外輪廓均布，分別為轉(zhuǎn)向盤連接耳一8-5-1、轉(zhuǎn)向盤連接耳二8-5-2、轉(zhuǎn)向盤連接耳三8-5-3、轉(zhuǎn)向盤連接耳四8-5-4，轉(zhuǎn)向盤連接耳的中心各有一圓孔，分別為轉(zhuǎn)向盤圓孔一8-6-1、轉(zhuǎn)向盤圓孔二8-6-2、轉(zhuǎn)向盤圓孔三8-6-3、轉(zhuǎn)向盤圓孔四8-6-4，兩圓弧槽孔對(duì)稱分布，分別為圓弧槽孔一8-2-1與圓弧槽孔二8-2-2，兩圓弧槽孔兩側(cè)各有兩個(gè)圓孔，分別為轉(zhuǎn)向盤圓孔五8-3-1、轉(zhuǎn)向盤圓孔六8-3-2、轉(zhuǎn)向盤圓孔七8-3-3、轉(zhuǎn)向盤圓孔八8-3-4，用于與大齒輪固定連接；上輪盤位于腳輪的上部，如圖4所示，在中心有一直徑為12mm的上輪盤圓孔一14-2，上輪盤圓弧槽孔14-1的角度為60°，上輪盤圓弧槽孔兩側(cè)有兩個(gè)直徑為2mm的上輪盤圓孔三14-3-1、上輪盤圓孔四14-3-2對(duì)稱分布；下輪盤位于腳輪下部，如圖5所示，中心有一直徑為12mm的下輪盤圓孔一13-3，下輪盤圓孔二13-1-1與下輪盤圓孔三13-1-2完全相同，對(duì)稱分布，其下輪盤圓弧槽孔13-5與上輪盤的圓弧槽孔14-1完全相同，下輪盤圓弧槽孔兩側(cè)有兩個(gè)直徑為2mm的下輪盤圓孔四13-6-1、下輪盤圓孔五13-6-2對(duì)稱分布，下輪盤圓孔六13-4距離下輪盤中心25mm，直徑4mm；腳輪部分如圖6所示，步進(jìn)電機(jī)6、上輪盤14、工作底盤9、下輪盤13、萬向輪7由上至下進(jìn)行布置，步進(jìn)電機(jī)6通過步進(jìn)電機(jī)支座1固定在上輪盤14上，下輪盤13與轉(zhuǎn)向連桿2鉸接，步進(jìn)電機(jī)6與萬向輪7伸出軸分別與同步帶輪11固定連接，兩同步帶輪之間通過環(huán)形同步帶12進(jìn)行傳動(dòng)；轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)部分如圖7所示，小齒輪10為主動(dòng)輪，與大齒輪5嚙合，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向盤8轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向盤8的轉(zhuǎn)動(dòng)角度受圓柱銷一4-1、圓柱銷二4-2的活動(dòng)范圍限制，轉(zhuǎn)向盤8通過轉(zhuǎn)向連桿一2-1、轉(zhuǎn)向連桿二2-2、轉(zhuǎn)向連桿三2-3、轉(zhuǎn)向連桿四2-4控制下輪盤一13-1、下輪盤二13-2、下輪盤三13-3、下輪盤四13-4進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向連桿一2-1、轉(zhuǎn)向連桿二2-2、轉(zhuǎn)向連桿三2-3、轉(zhuǎn)向連桿四2-4與轉(zhuǎn)向盤8以及下輪盤一13-1、下輪盤二13-2、下輪盤三13-3、下輪盤四13-4之間使用短軸一3-1、短軸二3-2、短軸三3-3、短軸四3-4、短軸五3-5、短軸六3-6、短軸七3-7、短軸八3-8進(jìn)行鉸接。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。