CN105966171A - 一种全向轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动机械技术领域，具体涉及一种全向轮，包括主轴板、从动轮和两个半球形的半球形主动轮，两个半球形主动轮以能够相对主轴板枢转的方式分别设置在主轴板的两侧，使两个半球形主动轮的外表面在一个球面上，主轴板能枢转，且其枢转轴线与半球形主动轮相对主轴板枢转的轴线相交，半球形主动轮的球形顶部设置有通孔以布置从动轮，使半球形主动轮的外表面和从动轮外表面的一部分在同一个球面上，从动轮以能够相对主轴板枢转的方式设置主轴板上，从动轮的枢转轴线垂直于主轴板枢转的轴线，同时还垂直于半球形主动轮相对主轴板枢转的轴线，如此，沿任意方向滚动时，其沿滚动方向的截面均为半径相同的圆形，其越障能力能力更强，并且运动更加平缓。

Description

一种全向轮

技术领域

本发明涉及移动机械技术领域，具体涉及一种全向轮。

背景技术

全向轮是一种可以朝任意方向移动的轮子，具有一个主动运动方向和一个从动运动方向，当这两个均有运动时，根据每个方向速率的不同，全向轮就能够向任意方向运动，实现全向运动。

全向轮可以像一个正常的车轮一样使用，并可以通过多个轮子的组合运动，实现任意方向的移动。现阶段，如专利CN201320814107.0公开的一种全向轮，全向轮主要由轮毂和从动轮组成，该轮毂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，该从动轮的径向方向与轮毂外圆周的切线方向垂直。

由于这种全向轮的结构，外圈由多个较小的从动轮组成，所以从动轮之间有多不可避免的间隙，若轮毂滚动至两从动轮之间间隙处接触地面，此时如果遇到宽度小于等于两从动轮间隙的障碍物，全向轮被卡住无法继续滚动，又称越障失败，如果要尽量避免这种情况出现，就需要增加从动轮的数量，即是数量越多间隙越小；另一方便，当从动轮滚动时，由于其滚动半径极小，越障能力极差，若要尽量增加从动轮的越障能力，需要增加从动轮的尺寸，在保证从动轮具有合适强度的情况下，从动轮半径越大，布置在轮毂上的从动轮数量越少。

由此可知，若要减小两从动轮之间的间隙，需要增加从动轮的数量，而随着从轮的数量增加，从动轮的半径就相应减小，从动轮滚动时的越障能力就相应降低。即，现有万向轮的越障能力有限，只能在运动面比较平坦的情况下才能较好地实现全向运动的效果，很大程度上限制了全向轮的使用范围。并且每两个从动轮之间都无法避免的存在着间隙，使得整个轮子的圆周实际成为一个多边形，导致在运动过程中出现上下波动，会造成载体物的震动，并且会对从动轮轴产生冲击从而损失驱动功率，减少驱动的有效载荷。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前全向轮越障能力差以及滚动过程中造成载体物的震动，并且会对从动轮轴产生冲击从而减少驱动的有效载荷的问题，提供一种能够解决上述问题的全向轮。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种全向轮，包括主轴板、从动轮和两个半球形的半球形主动轮，两个所述主动轮以能够相对所述主轴板枢转的方式分别设置在所述主轴板的两侧，使两个所述主动轮的外表面在一个球面上，

所述主轴板能枢转，且其枢转轴线与所述主动轮相对所述主轴板枢转的轴线相交，

所述主动轮的球形顶部设置有通孔以布置所述从动轮，使所述主动轮的外表面和所述从动轮外表面的一部分在同一个球面上，

所述从动轮以能够相对所述主轴板枢转的方式设置所述主轴板上，所述从动轮的枢转轴线垂直于所述主轴板枢转的轴线，同时还垂直于所述主动轮相对所述主轴板枢转的轴线。

作为优选， 所述主动轮包括外壳和轮架，所述外壳由橡胶制成，所述轮架用于支撑所述外壳，使所述外壳的外表面成球形。

作为优选，所述轮架的抗压强度高于所述外壳的抗压强度。

作为优选，所述轮架呈阶梯型，由此，能够在保证支撑外壳的同时减小轮架占用的半球形主动轮内部空间，以布置轴承等部件。

作为优选，所述主动轮通过深沟球轴承或调心滚子轴承与所述主轴板连接，如此，能使得轴承承受一定的轴向力。

作为优选，所述主轴板包括内架，所述内架内设置有用于容纳所述从动轮的空腔，所述主动轮设置有内腔，所述内架完全置于所述内腔中，所述内架设置有用于容纳轴承滚动体的第一凹部，使所述内架形成所述主动轮与所述主轴板连接轴承的内圈。

作为优选，所述轮架设置有与所述内架第一凹部相对于的第二凹部，所述第一凹部与所述第二凹部形成的腔室用于容纳轴承的滚动体，使所述轮架形成所述主动轮与所述主轴板连接轴承的外圈。

作为优选，所述轮架远离所述主轴板的端部为倒L形，所述轮架的L形端部与所述内架之间设置有挡板，所述挡板固定设置在所述内架上，且设置有用于放置所述从动轮的孔腔，所述挡板与所述从动轮外表面的间隙小于或等于0.1毫米，与所述L形端部的间隙小于或等于0.1毫米，如此，挡板能够将大于0.1的渣物挡住，避免渣物进入本申请万向轮内部卡死轴承

综上所述，由于采用了上述技术方案，本申请的有益效果是：无论本申请全向轮向哪个方向滚动，其沿滚动方向的截面均为半径相同的圆形，与现有全向轮的从动轮滚动半径远小于其轮毂半径从而其越障能力极差相比，本申请全向轮沿轮毂方向滚动时的越障能力与现有全向轮的轮毂滚动时的越障能力相同，沿其它任意方向滚动时，越障能力均远高于现有全向轮，由此，本申请全向轮越障能力极强，能够在凹凸程度合适的地面进行全方向运动；此外，由于本申请全向轮外部整体是个球面，且两个半球形主动轮之间的间隙较小，从动轮与半球形主动轮的间隙较小，如此，与现有全向轮的轮毂滚时上下颠簸剧烈相比，本申请间隙数量少，间隙值小，运动平缓，上下颠簸幅度极小，基本不会造成会载体物的震动，并且难以对从动轮轴产生冲击从而不会减少驱动的有效载荷。

附图说明

图1为本申请的结构示意图；

图2为图1水平剖开后的下半部分示意图；

图3为图1竖直剖开后的右半部分示意图；

图4为本申请万向轮的一种使用示意图；

图5为图4的仰视图；

图中标记：1-主轴板，2-半球形主动轮，21-外壳，3-从动轮，4-内架，41-空腔，42-第一凹部，43-L形端部，5-挡板，6-滚动体，7-轮架，71-第二凹部，8-全向轮，9-底盘，10-电机。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2、3所示，一种全向轮8，包括主轴板1、从动轮3和两个半球形的半球形主动轮2，两个半球形主动轮2以能够相对主轴板1枢转的方式分别设置在主轴板1的两侧，使两个半球形主动轮2的外表面在一个球面上，主轴板1在电机的驱动下能够枢转，且其枢转轴线AA与半球形主动轮2相对主轴板1枢转的轴线BB垂直且相交，两个半球形主动轮2配合后形成的主动轮外形为球形， 可以使得该主动轮能够绕主轴板的枢转轴线旋转滚动，由于主轴板的旋转一般采用电机10驱动，所以在机器人领域可以称两个半球形主动轮2配合后形成的组件为主动轮，半球形主动轮2的球形顶部设置有通孔以布置从动轮3，使从动轮3外表面的一部分和半球形主动轮2的外表面在同一个球面上，从动轮3以能够相对主轴板1枢转的方式设置主轴板1上，从动轮3的枢转轴线CC(和DD)垂直于主轴板1枢转的轴线，同时还垂直于半球形主动轮2相对主轴板1枢转的轴线。

主轴板1能够在电机的驱动下旋转，可带动整个全向轮8向A方向运动，是全向轮8的主动运动方向；两个半球形的半球形主动轮2能够相对主轴板1旋转，当全向轮8向有B方向的运动时，半球形主动轮2相对主轴板1旋转，全向轮8与地面的摩擦是滚动摩擦，该运动是全向轮8的从动运动；当全向轮8同时在A方向和B方向有位移时，能够实现全向滚动，即可实现全向轮8的全向运动。但是，在某一情况下，当半球形主动轮2的球形顶部接触地面，并且全向轮8向B方向运动时，如图4所示，由于此时半球形主动轮2不会旋转，整个全向轮8在地面是滑动的，没有实现滚动运动，由此，在半球形主动轮2的球形顶部出设置一从动轮3，使半球形主动轮2的球形顶部接触地面，并且全向轮8向B方向运动时，该从动轮3能够转动，从而无论全向轮8球星表面的任意一处接触地面，全向轮8向任意方向运动时均是滚动运动，由此，能够实现全向轮8的全向滚动，从而实现全向移动。

如图4和图5所示，三个本申请全向轮8设置在一个底盘9上，并且，相邻全向轮8的主轴板1旋转轴线夹角R1为120度，如此，调整三个全向轮8主轴板1相互之间的旋转速率比，即可实现全向移动。

无论本申请全向轮8向哪个方向滚动，其沿滚动方向的截面均为半径相同的圆形，与现有全向轮8的从动轮3滚动半径远小于其轮毂半径从而其越障能力极差相比，本申请全向轮8沿轮毂方向滚动时的越障能力与现有全向轮的轮毂滚动时的越障能力相同，沿其它任意方向滚动时，越障能力均远高于现有全向轮，由此，本申请全向轮8越障能力极强，能够在凹凸程度合适的地面进行全方向运动；此外，由于本申请全向轮8外部整体是个球面，且两个半球形主动轮2之间的间隙较小，从动轮3与半球形主动轮2的间隙较小，如此，与现有全向轮8的轮毂滚时上下颠簸剧烈相比，本申请间隙数量少，间隙值小，运动平缓，上下颠簸幅度极小，基本不会造成会载体物的震动，并且难以对从动轮3轴产生冲击从而不会减少驱动的有效载荷。

半球形主动轮2包括外壳21和轮架7，外壳21由橡胶制成，轮架7用于支撑外壳21，使外壳21外表面呈球形以保证全向轮8的滚动半径相同，轮架7的抗压强度高于外壳21的抗压强度，能够起到支撑外壳21保持外壳21外形为球形的目的，轮架7的原材料可以是POM(Polyformaldehyde)塑料、ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)塑料、PA(Polyamide)塑料或6061铝合金,这些材料质量轻且强度高。

轮架7呈阶梯型，由此，能够在保证支撑外壳21的同时减小轮架7占用的半球形主动轮2内部空间，以布置轴承等部件。

半球形主动轮2通过深沟球轴承或调心滚子轴承与主轴板1连接，能够承受一定的轴向载荷，满足全向轮8的使用。

主轴板1上设置有内架4，内架4内设置有用于容纳从动轮3的空腔41，内架4完全置于半球形主动轮2的内腔中，内架4设置有用于容纳轴承滚动体6的第一凹部42，使内架4形成半球形主动轮2与主轴板1连接轴承的内圈，轮架7设置有与内架4第一凹部42相对于的第二凹部71，第一凹部42与第二凹部71形成的腔室用于容纳轴承的滚动体6，使轮架7形成半球形主动轮2与主轴板1连接轴承的外圈。

轮架7远离主轴板1的端部为倒L形，如此，能够加强该端部的强度，避免该端部出现变形而无法支撑外壳21使外壳21成球形，轮架7的L形端部43与内架4之间设置有挡板5，挡板5固定设置在内架4上，且设置有用于放置从动轮3的孔腔，挡板5与从动轮3外表面的间隙小于或等于0.1毫米，与L形端部43的间隙小于或等于0.1毫米，如此，挡板5能够将大于0.1的渣物挡住，避免渣物进入本申请万向轮内部卡死轴承。

凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1. 一种全向轮，其特征在于，包括主轴板、从动轮和两个半球形的半球形主动轮，两个所述主动轮以能够相对所述主轴板枢转的方式分别设置在所述主轴板的两侧，使两个所述主动轮的外表面在同一个球面上，

所述主轴板能枢转，且其枢转轴线与所述主动轮相对所述主轴板枢转的轴线相交，

所述主动轮的球形顶部设置有通孔以布置所述从动轮，使所述主动轮的外表面和所述从动轮外表面的一部分在同一个球面上，

所述从动轮以能够相对所述主轴板枢转的方式设置所述主轴板上，所述从动轮的枢转轴线垂直于所述主轴板枢转的轴线，同时还垂直于所述主动轮相对所述主轴板枢转的轴线。

2. 根据权利要求1所述的全向轮，其特征在于，所述主动轮包括外壳和轮架，所述外壳由橡胶制成，所述轮架用于支撑所述外壳，使所述外壳的外表面成球形。

3. 根据权利要求2所述的全向轮，其特征在于，所述轮架的抗压强度高于所述外壳的抗压强度。

4.根据权利要求2或3所述的全向轮，其特征在于，所述轮架呈阶梯型。

5. 根据权利要求1-4任意一项所述的全向轮，其特征在于，所述主动轮通过深沟球轴承或调心滚子轴承与所述主轴板连接。

6. 根据权利要求1-5任意一项所述的全向轮，其特征在于，所述主轴板包括内架，所述内架内设置有用于容纳所述从动轮的空腔，所述主动轮设置有内腔，所述内架完全置于所述内腔中，所述内架设置有用于容纳轴承滚动体的第一凹部，使所述内架形成所述主动轮与所述主轴板连接轴承的内圈。

7. 根据权利要求6所述的全向轮，其特征在于，所述轮架设置有与所述内架第一凹部相对于的第二凹部，所述第一凹部与所述第二凹部形成的腔室用于容纳轴承的滚动体，使所述轮架形成所述主动轮与所述主轴板连接轴承的外圈。

8. 根据权利要求6或7所述的全向轮，其特征在于，所述轮架远离所述主轴板的端部为倒L形，所述轮架的L形端部与所述内架之间设置有挡板，所述挡板固定设置在所述内架上，且设置有用于放置所述从动轮的孔腔，所述挡板与所述从动轮外表面的间隙小于或等于0.1毫米，与所述L形端部的间隙小于或等于0.1毫米。