CN102059916A - 全方位轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮子，尤其涉及一种可以各个方向行走的全方位轮。全方位轮，包括轮毂和辊轮，轮毂包括轮毂主体和辊轮支撑架，轮毂主体外圆周处均匀分布安装斜槽，辊轮通过辊轮轴采用两端支撑的方式安装在辊轮支撑架上，辊轮支撑架通过安装孔安装在轮毂主体上，每个辊轮轴与轮毂轴成夹角。按照本发明的技术方案，全方位轮能够运行更加平稳、效率更高，而且可用于大型全方位移动平台上。

Description

全方位轮

技术领域

本发明涉及一种轮子，尤其涉及一种可以各个方向行走的全方位轮。

背景技术

全方位是可以直接朝任意方向移动的一种驱动方式，全方位轮在一个轮毂的周围均匀分布若干辊轮的机构，轮毂通过动力传动，为主动轮，辊轮安装在轮毂的端面，可自由转动。全方位轮是实现全方位行走的基础。

目前，在我国，全方位轮大多为轻载荷、小功率实验产品，主要应用于小机器人的运动机理研究等方面，其结构一般以辊轮采用端头固定方式，辊轮在轮毂侧面投影轮廓线只是接近圆，这样在轮毂轴上很容易产生周期性跳动，对辊轮产生周期性冲击，损失很多驱动功率，减少驱动的有效载荷，也增加了驾驶的难度。

现有技术“02156287”公开了一种新型的全方位轮，设有腰鼓形的滚子，滚子直接嵌入轮毂之中，安装和更换滚子都十分的不方便，而且特定的竖直嵌入，使全方位轮在转换方向的时候反应也不够灵敏。

发明内容

本发明针对现有技术中对辊轮产生周期性冲击，驱动功率损失多，驱动的有效载荷减少，驾驶难度高的不足，提供了一种运行平稳、高效率且可用于大型全方位移动平台上的全方位轮。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

全方位轮，包括轮毂和辊轮，轮毂包括轮毂主体和辊轮支撑架，轮毂主体外圆周处均匀分布安装斜槽，辊轮通过辊轮轴采用两端支撑的方式安装在辊轮支撑架上，辊轮支撑架通过安装孔安装在轮毂主体上，每个辊轮轴与轮毂轴成夹角。

作为优选，全部辊轮安装在轮毂上后，全方位轮的侧面投影为一个整圆。

作为优选，辊轮轴与轮毂轴成45°夹角。保证轮子可以任意便捷方向的行驶。

作为优选，轮毂主体的安装斜槽面上设有底面安装孔，对应安装斜槽的轮毂主体侧面设有侧面安装孔。

作为优选，辊轮支撑架包括支撑架底板和两端的支撑臂，支撑臂上设有轴孔，安装辊轮轴。支撑架底板的底板上表面和底板下表面对应呈圆弧状，底板下表面设有底板安装斜槽，底板安装斜槽与轮毂呈一定角度，底板安装斜槽顶面设有底板安装斜槽顶面安装孔，底板安装斜槽侧面设有底板安装斜槽侧面安装孔，底板上表面对应底板安装斜槽设有上表面凹槽。底板安装斜槽和轮毂安装斜槽利用螺纹配合安装，底板安装斜槽侧面安装孔和轮毂侧面安装孔利用螺纹配合安装，底板安装斜槽顶面安装孔和轮毂槽面的底面安装孔利用螺纹配合安装。底板上表面对应底板安装斜槽的上表面凹槽，使螺纹的螺母头有空间存在，不会和辊轮发生干涉。

作为优选，辊轮包括辊轮外套和辊轮主体，辊轮两端设有凹槽，凹槽内部设有限位凸台。辊轮外套由橡胶之类的材料制成，辊轮主体由金属制造，凹槽和凸台均是为轴承定位提供结构。

作为优选，辊轮主体内部设有一个空腔结构。设置为空腔结构不仅节约了材料，还可以提高轮子运转的平稳性，减小负载。

作为优选，辊轮呈橄榄形，中部直径大于两端直径。每个辊轮轴与轮毂轴成某一个相同的角度，全部辊轮在全方位轮上的侧面投影形成一个整圆。

作为优选，辊轮轴一端设有台阶，第一台阶和第二台阶，另一端设有螺纹孔。第一台阶由辊轮支撑架的支撑臂定位，第二台阶由轴承定位。

作为优选，辊轮轴两端设有锁片，锁片由螺母固定。锁片形状和轴端的螺栓头形状配合，用螺母将锁片固定在支撑臂上。

按照本发明的技术方案，全方位轮能够运行更加平稳、效率更高，而且可用于大型全方位移动平台上。   

附图说明

图1 为本发明的主视图；

图2为本发明的左视图；

图3为本发明轮毂的主视图；

图4为本发明轮毂的仰视图；

图5为本发明轮毂和轮毂支撑架的半剖视图；

1-轮毂；10-轮毂主体；11-安装斜槽；12-侧面安装孔；14-底面安装孔；2-轮毂支撑架； 21-支撑架底板；22-支撑臂；221-轴孔；23-底板下表面；24-底板上表面；241-上表面凹槽；25-底板安装斜槽；251-底板安装斜槽侧面；252-底板安装斜槽侧面安装孔；253-底板安装斜槽顶面；254-底板安装斜槽顶面安装孔； 3-辊轮； 31-辊轮外套；32-辊轮主体；321-限位凸台；322-凹槽；33-空腔；4-辊轮轴；40-台阶；401-第一台阶；402-第二台阶；42-锁片；421-螺母；43-螺栓；430-螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

根据附图1到附图5，全方位轮，包括轮毂1和辊轮3，轮毂1包括轮毂主体10和辊轮支撑架2，轮毂主体10外圆周处均匀分布安装斜槽11，辊轮3通过辊轮轴4采用两端支撑方式安装在辊轮支撑架2上，辊轮支撑架2通过安装孔安装在轮毂主体10上，每个辊轮轴4与轮毂1轴成某一个相同的夹角，全部辊轮3安装在轮毂1上后，全方位轮的侧面投影为一个整圆。在辊轮3所受到的压力，通过辊轮轴4传递到辊轮支撑架2上，再传递到轮毂1轴上。辊轮轴4与轮毂轴成45°夹角。轮毂1的安装斜槽11的面上设有底面安装孔14，对应安装斜槽11的轮毂侧面设有侧面安装孔12。辊轮支撑架2包括支撑架底板21和两端的支撑臂22，支撑臂22上设有轴孔221，安装辊轮轴4。支撑架底板21的底板上表面24和底板下表面23对应呈圆弧状，底板下表面23设有底板安装斜槽25，底板安装斜槽25与轮毂1轴线呈一定角度，底板安装斜槽顶面253设有底板安装斜槽顶面安装孔254，底板安装斜槽侧面251设有底板安装斜槽侧面安装孔252，底板上表面24对应底板安装斜槽25设有上表面凹槽241。辊轮3包括辊轮外套31和辊轮主体32，辊轮3两端设有凹槽322，凹槽322内部设有限位凸台321。辊轮外套31由橡胶之类的材料制成，辊轮主体32由金属制造，凹槽322和限位凸台321均是为轴承41定位提供结构。辊轮主体32内部设有一个空腔33结构。设置为空腔33结构不仅节约了材料，还可以提高轮子运转的平稳性，减小负载。辊轮3呈橄榄形，中部直径大于两端直径。辊轮轴4一端设有台阶40，第一台阶401和第二台阶402，另一端设有螺纹孔430。

底板安装斜槽25和轮毂安装斜槽11利用螺纹配合安装，底板安装斜槽侧面安装孔252和轮毂侧面安装孔12利用螺纹配合安装，底板安装斜槽顶面安装孔245和轮毂槽面的底面安装孔14利用螺纹配合安装。底板上表面24对应底板安装斜槽25的上表面凹槽241，使螺纹的螺母头有空间存在，不会和辊轮3发生干涉。将轴承41和轮毂3设置在辊轮轴4上，辊轮轴4设有台阶40的一端，第一台阶401由辊轮支撑架2的支撑臂22定位，第二台阶402由轴承41定位。用螺栓43固定住辊轮轴41，锁片42形状与螺栓43头形状配合，用螺母将锁片42固定在支撑臂22上，使配合不易松动。

在实例中，轮毂主体10采用铜铝合金加工，并进行局部热处理以提高强度。如附图2所示，轮毂主体10外圆周处均匀分布8个悬臂，每个悬臂上加工有安装孔，用于安装辊轮轴4，辊轮安装孔与轮毂轴4的夹角为45度，使全方位轮在任意角度旋转时，受力均匀一致。轮毂主体10内侧有定位孔，使其与电机减速器密切安装，并通过螺栓连接紧固。轮毂主体10内侧为安装面，外侧有加强筋，从而在减少轮毂主体10重量的同时提高其强度和韧性。悬臂辊轮轴4安装孔轴线与轮毂主体10中截面的交点均匀地分布在一个圆周上。

辊轮3包括辊轮主体32和辊轮外套31，以平台的载荷能力、全方位轮的安装尺寸为基础，以选用轴承41的安装尺寸为约束条件，利用Mecanum轮的相关知识，确定辊轮轴4的尺寸以及辊轮3的外形轮廓图形，并在机械加工绘图软件中用若干段圆弧近似等速螺旋线，并在数控加工中心中加工而成。为了便于加工，通过计算，采用圆形，其直径大小在旋转45°后与其在全方位轮上侧面投影基本吻合，即投影为圆形，这种设计方式改变了全方位轮原理所要求的等速螺旋线方式，其加工工艺性有了极大的改善，保证了加工精度。

辊轮体内孔分别有与轴承外轴承端面和内端面相配合的定位面，其材质根据设计需要而确定。辊轮体的外廓以辊轮外套为依据均匀减小一定尺寸，为增加并增加与辊轮外套配合的紧密性，可以增加一定的镶嵌槽。

辊轮外套31的内外表面通过开模完成，其材质为具有一定耐磨性的聚氨酯。

实施例2

应用全方位轮的移动平台由电源网络、CAN总线网络、接口电路、综合控制器、电机控制器、电机、减速器、车体以及多个全方位轮等构成。

电源网络通过电缆与综合控制器、多个电机控制器相连，为其提供电能；CAN总线网络将综合控制器、电机控制器连在一起，形成信号交互网络；接口电路连接驾驶员作手柄和综合控制器，完成驾驶员指令信号的整形、滤波和转换；综合控制器内设置有全方位移动控制部件，通过CAN总线与电机控制器相连；电机控制器通过三相电缆、传感器信号线与电机相连；电机通过减速器和全方位轮连接。

全方位平台的左前全方位轮和右后全方位轮一致，右前全方位轮和左后全方位轮一致，且左前全方位轮和右前全方位轮的辊轮轴4成90度；

驾驶员通过操控装置将命令由接口电路进入综合控制器，综合控制器根据全方位移动控制部件计算各全方位轮的速度，然后通过CAN通信接口将速度命令传递给各个电机控制器，实现各全方位轮的综合协调控制和平台的全方位移动。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.全方位轮，包括轮毂（1）和辊轮（3），其特征在于：轮毂（1）包括轮毂主体（10）和辊轮支撑架（2），轮毂主体（10）的外圆周处均匀分布安装斜槽（11），辊轮（3）通过辊轮轴（4）采用两端支撑安装在辊轮支撑架（2）上，辊轮支撑架（2）通过安装孔安装在轮毂（1）上，每个辊轮轴（4）与轮毂（1）轴成夹角。

2.根据权利要求1所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮（3）安装在轮毂（1）上后，全方位轮的侧面投影为一个整圆。

3.根据权利要求1所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）与轮毂（1）轴成45°夹角。

4.根据权利要求1所述的全方位轮，其特征在于：所述轮毂主体（10）的安装斜槽（11）底面上设有底面安装孔（14），对应安装斜槽（11）的轮毂主体（10）侧面设有侧面安装孔（12）。

5.根据权利要求1所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮支撑架（2）包括支撑架底板（21）和两端的支撑臂（22），支撑臂（22）上设有轴孔（221），所述支撑架底板（21）的底板上表面（24）和底板下表面（23）对应呈圆弧状，底板下表面（23）设有底板安装斜槽（25），底板安装斜槽（25）与轮毂（1）轴线成角度，底板安装斜槽顶面（253）设有底板安装斜槽顶面安装孔（254），底板安装斜槽侧面（251）设有底板安装斜槽侧面安装孔（252），底板上表面（24）对应底板安装斜槽（25）设有上表面凹槽（241）。

6.根据权利要求1所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮（3）包括辊轮外套（31）和辊轮主体（32），辊轮（3）两端设有凹槽（322），凹槽（322）内部设有限位凸台（321）。

7.根据权利要求6所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮主体（32）内部设有一个空腔（33）结构。

8.根据权利要求1或6或7所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮（3）呈橄榄形，中部直径大于两端直径。

9.根据权利要求1所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）一端设有台阶（40），第一台阶（401）和第二台阶（402），另一端设有螺纹孔（430）。

10.根据权利要求1或8所述的全方位轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）外端设有锁片（42），锁片（42）由螺母（421）固定。

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