CN105480014A - 减振且可越障全向移动轮系装置及工作方法、移动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减振且可越障全向移动轮系装置及工作方法、移动平台，本轮系装置星形轮架，以及安装在星形轮架各端的且均匀分布的全向轮组件。本轮系装置结构简单，功能多样，双动力、四动力或更多动力源时均可使爬梯车转弯半径为零，且省去了差速器；该轮系装置还解决重载时越障轮系转向或原地转向时摩擦力过大的问题的同时，能够通过齿轮轴孔内的阻尼系统解决越障过程中星形轮架翻转时冲击振动较大的问题，这为构建一种紧凑且集成度高的多功能、高性能移动平台提供了必要的技术手段。

Description

减振且可越障全向移动轮系装置及工作方法、移动平台

技术领域

本发明涉及一种具有减振功能的可越障轮系装置，可作为各类爬梯车、越障车、载人载物移动平台以及其他工业机器人的行走机构，属于机械设计技术领域。

背景技术

目前，由多角星形架和单向轮组成的越障移动平台有很多，其主要为满足探矿机器人，军事侦察机器人、载人载物移动平台，以及其他各类工业机器人或特种机器人的应用需求设计等。这些多单向轮架都是多角星形架和单向轮的结合，虽然可以实现轮架公转和单向轮的自转，但是轮架前进方向必须和单向轮方向一致，运动灵活性受到一定的限制。目前也存在一些多角行星架和全向轮组成的移动平台，此类装置虽然能实现全向移动并可跨越一定障碍，但是其在跨越障碍的过程中冲击振动较大，由于结构设计中受到特定几何关系的约束，行星齿轮受力不均衡且磨损较剧烈，平均无故障时间相对较短。这些轮系在运行可靠性方面需进一步提高，本发明正是基于上述因素而提出。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮系装置，其工作方法以及移动平台，以解决轮系装置全方位移动的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种轮系装置，包括：星形轮架，以及安装在星形轮架各端的且均匀分布的全向轮组件。

进一步，为了便于轮系装置能有效的翻越障碍物，所述星形轮架的中心处设有动力输入轴孔，各全向轮组件分别通过相应的全向轮中心轴、全向轮安装轴孔配合安装；以及一动力输入轴位于动力输入轴孔内，且通过安装在星形轮架内的齿轮机构将动能传递给全向轮中心轴，以带动全向轮组件自转，或当全向轮组件受阻无法自转时，带动星形轮架和各全向轮组件绕动力输入轴公转。

进一步，为了能够减轻越障过程中冲击震动的全向轮系装置，以解决可越障轮系装置运动过程中颠簸的技术问题，所述全向轮中心轴上套设有弹簧联轴器、空心轴和齿轮轴，其中所述齿轮轴与空心轴通过花键连接，所述弹簧联轴器位于齿轮轴、空心轴装配形成的环形内腔中；以及通过所述齿轮轴与齿轮机构相连。

进一步，所述齿轮轴内设有环形台阶，当空心轴顶入齿轮轴后，空心轴的顶入端的端面与环形台阶的侧面配合以构成所述环形内腔；或所述齿轮轴和空心轴内均设有环形台阶，当空心轴顶入齿轮轴时，两环形台阶的侧面配合以构成所述环形内腔。

进一步，为了产生更好的减震效果，所述的弹簧联轴器包含一个盘簧或多个并联的盘簧，当多个盘簧并联时，多个盘簧均并排地套在全向轮中心轴上，且相邻盘簧的螺旋方向相反；以及所述的弹簧联轴器与全向轮中心轴之间通过过盈配合进行紧固连接。

进一步，为了实现全向轮组件的全方位移动，所述全向轮组件包括：全向轮，该全向轮包括：星形滚轮架、滚轮、滚轮轴；其中所述滚轮的滚轮面呈圆弧面，以适于全向轮在自转时滚动；以及所述星形滚轮架包括三个均匀分布的Y型架，各滚轮分别通过滚轮轴安装于各Y型架的相邻短臂之间，以适于全向轮组件作横向移动时转动。

进一步，为了解决齿轮轴受力不均衡且磨损较大的问题，一全向轮组件包括至少两个全向轮，各全向轮同轴安装且绕全向轮中心轴错开一定角度，以使各全向轮的外缘构成一完整的圆。

又一方面，本发明还提供了一种移动平台，其包括：平台，以及至少四个所述的轮系装置；所述平台为矩形，则各轮系装置对角线设置；或所述平台为圆形，则各轮系装置沿平台的外缘均匀设置。

第三方面，本发明还提供了一种轮系装置的工作方法。

所述轮系装置包括：星形轮架，以及安装在星形轮架各端的且均匀分布的全向轮组件；以及所述工作方法包括：所述全向轮组件适于自转或绕星形轮架的中心处的动力输入轴孔公转。

进一步，所述全向轮组件包括：全向轮，该全向轮包括：星形滚轮架、滚轮、滚轮轴；其中所述滚轮的滚轮面呈圆弧面，以适于全向轮在自转时滚动；以及所述星形滚轮架包括三个均匀分布的Y型架，各滚轮分别通过滚轮轴安装于各Y型架的相邻短臂之间，以适于全向轮组件作横向移动时转动。

所述轮系装置的移动方式包括：平动、爬梯、越障，其中平动时，星形轮架不转动，通过位于地面的第一、第三全向轮自转，或在第一、第三全向轮自转的同时伴随着这两个全向轮上的相应滚轮横向滚动；爬梯或越障时，各全向轮绕动力输入轴孔公转，即

当第一全向轮抵近台阶，使第一全向轮自转受阻，星形轮架向前翻滚，带动各全向轮公转，即第二全向轮翻至上一台阶，且在第二全向轮碰撞至台阶面时，通过弹簧联轴器减轻冲击震动，然后第二全向轮代替第一全向轮继续行进；

当前全向轮抵近障碍物，使第一全向轮自转受阻，星形轮架向前翻滚，带动各全向轮公转，即第二全向轮翻越障碍物，且在第二全向轮碰撞至障碍物前面的地面时，通过弹簧联轴器减轻冲击震动，然后使第二全向轮代替第一全向轮继续行进。

本发明的有益效果是，本发明的轮系装置结构简单，功能多样，双动力、四动力或更多动力源时均可使爬梯车转弯半径为零，且省去了差速器；该轮系装置还解决重载时越障轮系转向或原地转向时摩擦力过大的问题的同时，能够通过齿轮轴孔内的阻尼系统解决越障过程中星形轮架翻转时冲击振动较大的问题，这为构建一种紧凑且集成度高的多功能、高性能移动平台提供了必要的技术手段。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例中的轮系装置的主视图；

图2是本发明中全向轮结构中盘簧全部位于齿轮轴内部时的减振机构装配示意图；

图3是本发明中全向轮结构中盘簧跨越齿轮轴与空心轴时的减振机构的装配示意图；

图4是本发明中齿轮轴与空心轴通过花键链接的示意图；

图5是本发明实施例中多个盘簧并联时的减震机构的装配示意图；

图6本发明实施例中轮系装置的轴测图；

图7是本发明实施例中盘簧的结构示意图；

图8a、图8b分别是本发明实施例中由四个轮系构成的移动平台的示意图；

图9a、图9b、图9c、图9d分别是轮系装置的爬梯运动示意图。

图中：

星形轮架1、动力输入轴101，

全向轮组件2、全向轮中心轴201、弹簧联轴器202、空心轴203、齿轮轴204、花键205、环形内腔206、齿轮轴处的环形台阶207、空心轴处的环形台阶208、全向轮210、星形滚轮架211、滚轮212、Y型架213、短臂213a，

平台3，

第一全向轮401、第二全向轮402、第三全向轮403。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1至图7所示，本实施例1提供了一种轮系装置，包括：星形轮架1，以及安装在星形轮架1各端的且均匀分布的全向轮组件2。

其中，所述星形轮架1可以采用多角星结构，例如三角星形轮架1。实施例中均以三角星形轮架1进行说明。

所述三角星形轮架1适于带动全向轮组件2公转，以及全向轮自转、全向轮上的滚轮的横向滚动。

具体的，所述星形轮架1的中心处设有动力输入轴101孔，各全向轮组件2分别通过相应的全向轮中心轴201、全向轮安装轴孔配合安装；以及一动力输入轴101位于动力输入轴101孔内，且通过安装在星形轮架1内的齿轮机构将动能传递给全向轮中心轴201，以带动全向轮组件2自转，或当全向轮组件2受阻无法自转时，带动各全向轮组件2绕动力输入轴101公转。其中，所述齿轮机构属于已知技术，可以通过现有技术实现；以及自转为全向轮组件2自行转动，如图1中方向F2所示；公转为全向轮组件2由星形轮架1带动绕动力输入轴101孔转动，如图1中方向F1所示。

优选的，所述全向轮中心轴201上套设有弹簧联轴器202、空心轴203和齿轮轴204，其中所述齿轮轴204与空心轴203通过花键205连接，所述弹簧联轴器202位于齿轮轴204、空心轴装配形成的环形内腔206中；以及通过所述齿轮轴204与齿轮机构相连。所述弹簧联轴器202作为减振机构，其不仅可以传递扭矩，还能够在轴的径向减缓冲击振动，此盘簧结构的平面示意图如图7所示。通过选择合适的盘簧劲度系数，可使得星形架在翻越障碍或爬阶梯时的时候既能够保持良好的传动效果，又能够降低冲击震动，增加齿轮寿命并增加运动的平顺性。

作为环形内腔206的两种实施方式，所述齿轮轴204内设有环形台阶，当空心轴203顶入齿轮轴204后，空心轴的顶入端的端面与环形台阶的侧面配合以构成所述环形内腔206；或所述齿轮轴204和空心轴203内均设有环形台阶，当空心轴203顶入齿轮轴204时，两环形台阶的侧面配合以构成所述环形内腔206。

所述弹簧联轴器202与环形内腔206紧固连接，无相对运动。弹簧联轴器与齿轮轴204和空心轴203的内孔亦可以通过盘簧外缘末端与内孔卡槽的配合，或者通过焊接、连接紧固螺钉等方式实现进行紧固连接。

优选的，所述的弹簧联轴器202包含一个盘簧或多个并联的盘簧，当多个盘簧并联时(参见图5)，多个盘簧(2021、2022、2023、2024)均并排地套在全向轮中心轴201上，各盘簧间也可以间隔一定的距离，相邻盘簧的螺旋方向相反；以及所述的弹簧联轴器202与全向轮中心轴201之间通过过盈配合进行紧固连接。

作为全向轮组件2的一种优选的实施方式。

所述全向轮组件2包括：全向轮，该全向轮包括：星形滚轮架211、滚轮、滚轮轴；其中所述滚轮的滚轮面呈圆弧面，以适于全向轮在自转时滚动；以及所述星形滚轮架211包括三个均匀分布的Y型架213，各滚轮分别通过滚轮轴安装于各Y型架213的相邻短臂213a之间，以适于全向轮组件2作横向移动时转动(如图6中方向F3所示)，即在遇到障碍物时，星形滚轮架211同时也可通过滚轮的滚动向任意水平方向移动。

并且，一全向轮组件2包括至少两个全向轮，各全向轮同轴安装且绕全向轮中心轴201错开一定角度，以使各全向轮的外缘构成一完整的圆。

具体的，两个全向轮对称分布在星形轮架1的两侧，以使得穿过星形架的全向轮中心轴201受力分布均衡。所述滚轮轴与全向轮中心轴201垂直。

实施例2

如图8a和图8b所示，在实施例1基础上，本实施例2提供了一种移动平台，包括：平台3，以及至少四个如实施例1所述的轮系装置；所述平台3为矩形，则各轮系装置对角线设置；或所述平台为圆形，则各轮系装置沿平台的外缘均匀设置。

所述移动平台可通过对每个轮系装置的输入转速的控制(每个轮系装置例如采用独立控制的方式)，如图8b所示，所述移动平台转向，且转弯半径最小为零，原地转动。

实施例3

图9a至图9d所示，在实施例1基础上，本实施例3还提供了一种轮系装置的工作方法，所述轮系装置包括：星形轮架1，以及安装在星形轮架1各端的且均匀分布的全向轮组件2；以及所述工作方法包括：所述全向轮组件2适于自转或绕星形轮架1的中心处的动力输入轴101孔公转。

进一步，所述全向轮组件2包括：全向轮，该全向轮包括：星形滚轮架211、滚轮、滚轮轴；其中所述滚轮的滚轮面呈圆弧面，以适于全向轮在自转时滚动；以及所述星形滚轮架211包括三个均匀分布的Y型架213，各滚轮分别通过滚轮轴安装于各Y型架213的相邻短臂213a之间，以适于全向轮组件2作横向移动时转动。

所述轮系装置的移动方式包括：平动、爬梯、越障。

具体的，平动时，星形轮架1不转动，通过位于地面的第一、第三全向轮自转，或在第一、第三全向轮自转的同时伴随着这两个全向轮上的相应滚轮横向滚动。

爬梯或越障时，各全向轮绕动力输入轴101孔公转。

当第一全向轮抵近台阶，使第一全向轮401自转受阻，星形轮架1向前翻滚，带动各全向轮公转，即第二全向轮402翻至上一台阶，且在第二全向轮402碰撞至台阶面时，通过弹簧联轴器减轻冲击震动，然后第二全向轮402代替第一全向轮401继续行进(爬梯或直行)，即第二全向轮402、第一全向轮401自传。

当前全向轮抵近障碍物，使第一全向轮401自转受阻，星形轮架1向前翻滚，带动各全向轮公转，即第二全向轮402翻越障碍物，且在第二全向轮402碰撞至障碍物前面的地面时，通过弹簧联轴器减轻冲击震动，然后使第二全向轮402代替第一全向轮继续行进(爬梯或直行)，即第二全向轮402、第一全向轮401自传。

上述过程中着地的全向轮在抵住阶梯或者障碍物时，其上的滚轮的横向滚动还可致使全向轮的横向侧移，即该轮系装置在进行曲线路径下的越障或爬梯时，更具优势。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种轮系装置，其特征在于，包括：星形轮架，以及安装在星形轮架各端的且均匀分布的全向轮组件。

2.根据权利要求1所述的轮系装置，其特征在于，所述星形轮架的中心处设有动力输入轴孔，各全向轮组件分别通过相应的全向轮中心轴、全向轮安装轴孔配合安装；以及

一动力输入轴位于动力输入轴孔内，且通过安装在星形轮架内的齿轮机构将动能传递给全向轮中心轴，以带动全向轮组件自转，或当全向轮组件受阻无法自转时，带动各全向轮组件绕动力输入轴公转。

3.根据权利要求2所述的轮系装置，其特征在于，所述全向轮中心轴上套设有弹簧联轴器、空心轴和齿轮轴，其中

所述齿轮轴与空心轴通过花键连接，所述弹簧联轴器位于齿轮轴、空心轴装配形成的环形内腔中；以及

通过所述齿轮轴与齿轮机构相连。

4.根据权利要求3所述的轮系装置，其特征在于，所述齿轮轴内设有环形台阶，当空心轴顶入齿轮轴后，空心轴的顶入端的端面与环形台阶的侧面配合以构成所述环形内腔；

或所述齿轮轴和空心轴内均设有环形台阶，当空心轴顶入齿轮轴时，两环形台阶的侧面配合以构成所述环形内腔。

5.根据权利要求4所述的轮系装置，其特征在于，所述的弹簧联轴器包含一个盘簧或多个并联的盘簧，当多个盘簧并联时，多个盘簧均并排地套在全向轮中心轴上，且相邻盘簧的螺旋方向相反；以及

所述的弹簧联轴器与全向轮中心轴之间通过过盈配合进行紧固连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的轮系装置，其特征在于，所述全向轮组件包括：全向轮，该全向轮包括：星形滚轮架、滚轮、滚轮轴；其中

所述滚轮的滚轮面呈圆弧面，以适于全向轮在自转时滚动；以及

所述星形滚轮架包括三个均匀分布的Y型架，各滚轮分别通过滚轮轴安装于各Y型架的相邻短臂之间，以适于全向轮组件作横向移动时转动。

7.根据权利要求6所述的轮系装置，其特征在于，一全向轮组件包括至少两个全向轮，各全向轮同轴安装且绕全向轮中心轴错开一定角度，以使各全向轮的外缘构成一完整的圆。

8.一种移动平台，其特征在于，包括：平台，以及至少四个如权利要求1所述的轮系装置；

所述平台为矩形，则各轮系装置对角线设置；或

所述平台为圆形，则各轮系装置沿平台的外缘均匀设置。

9.一种轮系装置的工作方法，其特征在于，

所述轮系装置包括：星形轮架，以及安装在星形轮架各端的且均匀分布的全向轮组件；以及

所述工作方法包括：所述全向轮组件适于自转或绕星形轮架的中心处的动力输入轴孔公转。

10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征在于，

所述全向轮组件包括：全向轮，该全向轮包括：星形滚轮架、滚轮、滚轮轴；其中

所述滚轮的滚轮面呈圆弧面，以适于全向轮在自转时滚动；以及

所述星形滚轮架包括三个均匀分布的Y型架，各滚轮分别通过滚轮轴安装于各Y型架的相邻短臂之间，以适于全向轮组件作横向移动时转动；

所述轮系装置的移动方式包括：平动、爬梯、越障，其中

平动时，星形轮架不转动，通过位于地面的第一、第三全向轮自转，或在第一、第三全向轮自转的同时伴随着这两个全向轮上的相应滚轮横向滚动；

爬梯或越障时，各全向轮绕动力输入轴孔公转，即

当第一全向轮抵近台阶，使第一全向轮自转受阻，星形轮架向前翻滚，带动各全向轮公转，即第二全向轮翻至上一台阶，且在第二全向轮碰撞至台阶面时，通过弹簧联轴器减轻冲击震动，然后使第二全向轮代替第一全向轮继续行进；

当前全向轮抵近障碍物，使第一全向轮自转受阻，星形轮架向前翻滚，带动各全向轮公转，即第二全向轮翻越障碍物，且在第二全向轮碰撞至障碍物前面的地面时，通过弹簧联轴器减轻冲击震动，然后使第二全向轮代替第一全向轮继续行进。