CN105415969A - 一种全向轮 - Google Patents

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任君凯
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
    • B60B19/12—Roller-type wheels

Abstract

本发明提供一种全向轮。技术方案包括若干个从动轮、一个轮毂、两个端盖(。每个从动轮包括一个支撑轴，一个支撑套，一个橡胶套，两个衬套和两个轴承；支撑轴依次穿过一个衬套、一个轴承、支撑套、另一个轴承和另一个衬套；两个轴承卡在支撑套两端，使支撑套不能相对支撑轴在径向和轴向上产生位移；每个轴承的外圈相对支撑轴可转动，内圈与支撑轴相对固定；每个衬套的一侧卡进轮毂中，另一侧卡住轴承的内圈。本发明解决现有全向轮运动控制精度差，从动轮存在堵转以及从动轮拆装不便捷的缺点。

Description

一种全向轮
技术领域
本发明涉及一种全向轮，可应用于全向移动机构，实现全向移动机构以任意位姿在二维平面内移动。
背景技术
全向移动机构是一种在仓储搬运、教学科研中广为应用的移动平台，作为其组成部件的全向轮采用多个方位独立驱动，通过全向轮转速和转向的组合，实现移动平台以任意位姿(直行、横行、斜行、旋转以及各种连续曲线)在二维平面内移动。现有全向轮分为两种，一种是麦克纳姆轮(Mecanum轮)，由轮毂和若干辊子构成，一般轮毂的设计轴线和辊子的设计轴线成45°，辊子外轮廓的设计轴线和车轮的理论圆周重合，可自由旋转。但这种全向轮有以下几种缺点：①结构相对复杂，设计加工比较困难；②适用于比较平坦的地面，对起伏地面的适应能力差；③由于辊子弹性体厚度不均匀、辊子与地面接触面积非均匀变化等因素，滚动过程中容易导致全向移动机构上下振动；④辊子与地面接触处存在相对滑动，使控制精度变差。另外一种是瑞士轮，如图1所示，包括从动轮1、轮毂2和端盖3。该轮毂2的外圆周处均匀开设有3个或3个以上的轮毂齿，每两个轮毂齿之间装设有一从动轮1，从动轮1的径向方向与轮毂2外圆周的切线方向垂直。这种全向轮动力转化效率高，运动速度快，并且与地面接触连续，可实现平滑的全向运动。但是缺点为从动轮1在地面滚动过程中吸附的一些灰尘和杂物，会在轮毂2和从动轮1的接触点积累，容易造成从动轮1堵转，导致全向运动失效。此外，瑞士轮的轮毂2和端盖3相对固定，无法更换从动轮1。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的全向轮，解决现有全向轮运动控制精度差，从动轮存在堵转以及从动轮拆装不便捷的缺点。
本发明的技术方案是：一种全向轮，包括若干个从动轮1、一个轮毂2、两个端盖3，其特征在于，每个从动轮1包括一个支撑轴11，一个支撑套12，一个橡胶套13，两个衬套14和两个轴承15；支撑轴11依次穿过一个衬套14、一个轴承15、支撑套12、另一个轴承15和另一个衬套14；橡胶套13包住支撑套12；两个轴承15卡在支撑套12两端，使支撑套12不能相对支撑轴11在径向和轴向上产生位移；每个轴承15的外圈相对支撑轴11可转动，内圈与支撑轴11的表面紧密接触。每个衬套14的一侧卡进轮毂2中，另一侧卡住轴承15的内圈。
进一步地，还包括若干个螺钉4，螺钉4将两个端盖3固定在轮毂2上。
进一步地，端盖3包括若干个单独的固定齿31。每个固定齿31将支撑轴11的一端固定在轮毂2上。
本发明的有益效果为：
本发明在从动轮1内装入两个轴承15和两个衬套14，一方面衬套14会阻止从动轮1转动时杂物卷入支撑套12和轮毂2中的间隙，从而防止杂物造成堵转，保证从动轮1正常转动；另外一方面衬套14卡死轴承15的内圈，轴承15卡在支撑套12两端，防止从动轮1沿支撑轴11轴向和径向发生位移，进而大幅提高全向轮1运动控制精度。从动轮1中装入的两个轴承15，一方面保证从动轮1的有效转动，另一方面，即使杂物卷入衬套14和轴承15之间，轴承15的外圈也可正常转动，进而保证从动轮1的正常转动。
此外，本发明采用螺钉4将端盖3和轮毂2固定在一起的方式，使得从动轮1便于拆卸和更换。特别是采用固定齿31的固定方式，尤其便于每一个从动轮1的拆装。
此外，本发明在使用时，始终保持有橡胶套13与地面接触，因此减小了全向轮运动过程中的震动。
附图说明
图1是现有的瑞士轮的结构示意图；
图2为本发明一具体实施方式的立体示意图和三维爆炸图；
图3为本发明一具体实施方式中从动轮的三维正视图和爆炸图；
图4为图2a中沿从动轮支撑轴轴线的剖视图及局部放大图；
图5为本发明一具体实施方式的轮毂及端盖的装配示意图；
图6为本发明其他的具体实施方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一实施方式进行详细说明。
图1是现有的瑞士轮的结构示意图。如图1所示，现有的瑞士轮包括从动轮1，轮毂2和端盖3。其中轮毂2和端盖3之间通过铆钉将从动轮1固定在轮毂2上。图1中瑞士轮的铆钉无法拆卸，因此从动轮1不便于更换。
图2为本发明一具体实施方式的立体示意图和爆炸图，其中图2(b)由图2(a)沿轮毂2轴线方向爆炸得到。如图2所示，全向轮包括16个从动轮1，轮毂2和端盖3。16个从动轮1分布在在两个圆周平面，交错排列，两个圆周的圆心均位于轮毂中心轴线。两个圆周平面的从动轮1相互错开一定角度，保证始终有从动轮1与地面接触，减小了全向轮运动过程中的震动。轮毂2的轮毂齿上和端盖3的对应位置处开有螺纹孔，分别标号为22、33，通过装入螺纹孔22、33的螺钉4将从动轮1的支撑轴11的两端固定在轮毂2的半个光孔21和端盖3的半个光孔32里，从而保证从动轮1不会脱落。半个光孔21和半个光孔32契合成一个完整的光孔，套住支撑轴11的一端。
图3为本发明一具体实施方式中从动轮1的立体正视图和沿支撑轴轴线方向爆炸图。如图3所示，一个从动轮1包括一个支撑轴11，一个支撑套(材料最好为硬质塑料)12，一个橡胶套13，两个衬套14和两个轴承15；支撑套12被橡胶套13包住，橡胶套13相对支撑套12固定，可以将橡胶套13粘在支撑套12上；支撑轴11依次穿过一个衬套14、一个轴承15、支撑套12、一个轴承15和一个衬套14；两个轴承15卡住支撑套12，使支撑套12不能相对支撑轴11在径向和轴向上产生位移；轴承15的内圈与支撑轴11的表面紧密接触，相对支撑轴11没有径向平移，轴承15的外圈相对支撑轴11可转动。支撑套12内径较支撑轴11外径略大，可以发生相互转动。全向轮转动时，支撑套12和轴承15一起相对支撑轴11转动。衬套14优先采用金属制成，形状为具有一定厚度的圆环，厚度根据使用情况确定，实施例中采用的衬套14其厚度为阶梯状。衬套14的一侧卡进轮毂2中，另一侧卡住轴承15的内圈。橡胶套13将支撑套12覆盖住，橡胶套13的表面具有纹理，增大与地面的摩擦力。
图4为图2(a)过一个从动轮1的支撑轴11轴线所在圆周平面的剖视图及局部放大视图。图2(a)所示的16个从动轮1其支撑轴11轴线在两个圆周平面，即8个支撑轴11的轴线位于同一平面，过其中任一平面，即可得到图4的剖视图。如图4所示，从动轮1经过支撑轴11与轮毂2和端盖3配合。支撑套12外圈中间部分开有凹槽，用于固定橡胶套13，使橡胶套13与支撑套12之间不能发生相对位移。支撑轴11依次穿过一个衬套14、一个轴承15、支撑套12、一个轴承15和一个衬套14；支撑套12覆盖轴承15外圈，保护轴承15不受外界碰撞。两个轴承15卡住支撑套12，使支撑套12不能相对支撑轴11在径向和轴向上产生位移。轴承15的内圈与支撑轴11的表面紧密接触，相对支撑轴11没有径向平移，轴承15的外圈相对支撑轴11可转动。衬套14优先采用金属制成，形状为具有一定厚度的圆环，厚度根据使用情况确定，实施例中采用的衬套14其厚度为阶梯状。衬套14的一侧卡进轮毂2中，另一侧卡住轴承15的内圈。此外支撑套12内径较支撑轴11外径略大，可以发生相互转动，从而保证支撑套12转动的灵活性。
图5为本发明一具体实施方式的轮毂2及端盖3的装配示意图。如图5所示，轮毂2两端与端盖3紧密接触，且轮毂2与端盖3同轴。轮毂2和端盖3的对应位置各开有螺纹孔，分别标注为22、33，通过装入螺纹孔22、33的螺钉4，将轮毂2与端盖3固定起来。端盖3上的固定齿31以端盖内圈轴线为中心，在两个圆周平面，交错排列。两个圆周平面的固定齿31相互错开一定角度。固定齿31的两端各开有半个光孔，轮毂2的轮毂齿两端各开有半个光孔，固定齿31上的半个光孔32和轮毂上的半个光孔21组成一个完整的光孔，每个支撑轴11的一端嵌入一个光孔，保证支撑轴11与固定齿31和轮毂2不发生相对位移。
图6为本发明其他的具体实施方式。如图6所示，图6(a)为将全向轮上的端盖3改进为包括若干个固定齿31，每个固定齿31两端各有半光孔，不同于传统全向轮需要拆卸端盖3上的所有螺钉4才能更换从动轮1，每个固定齿31上有一个螺纹孔用于将固定齿31固定在轮毂2上，只需拆卸两个固定齿31即可更换一个从动轮1，故而可以大幅提高拆装从动轮1的效率。此外将从动轮1的橡胶套13纹理根据需要进行改变，可增大或减小从动轮与地面接触过程中的摩擦力。如图6(c)所示的纹理与图2不同。

Claims (3)

1.一种全向轮，包括若干个从动轮(1)、一个轮毂(2)、两个端盖(3)，其特征在于，每个从动轮(1)包括一个支撑轴(11)，一个支撑套(12)，一个橡胶套(13)，两个衬套(14)和两个轴承(15)；支撑轴(11)依次穿过一个衬套(14)、一个轴承(15)、支撑套(12)、另一个轴承(15)和另一个衬套(14)；橡胶套(13)包住支撑套(12)；两个轴承(15)卡在支撑套(12)两端，使支撑套(12)不能相对支撑轴(11)在径向和轴向上产生位移；每个轴承(15)的外圈相对支撑轴(11)可转动，内圈与支撑轴(11)相对固定；每个衬套(14)的一侧卡进轮毂(2)中，另一侧卡住轴承(15)的内圈。
2.根据权利要求1所述的全向轮，其特征在于，还包括若干个螺钉(4)，螺钉(4)将两个端盖(3)固定在轮毂(2)上。
3.根据权利要求1或2所述的全向轮，其特征在于，端盖(3)包括若干个单独的固定齿(31)，每个固定齿(31)将支撑轴(11)的一端固定在轮毂(2)上。
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