CN106427388A - 具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，包括安装在麦克纳姆轮的内轮毂中的刹车机构；刹车机构包括第一电机、减速器、第二电机、平面凸轮、刹车片、连接片、拉簧、方轴以及丝杆轴；第一电机与丝杆轴驱动连接，丝杆轴的一端通过轴承固定于内轮毂上，丝杆轴上套设有平面凸轮，丝杆轴带动平面凸轮运动；平面凸轮为楔形结构；方轴的上半段为立方体结构，下半段为圆柱结构并且圆柱结构的底端具有弧形曲面，弧形曲面与平面凸轮点接触；方轴的上半段与内轮毂中的方孔相适配；方轴的上半段的端部与刹车片联接；丝杆轴带动平面凸轮运动时，方轴沿平面凸轮的表面移动的同时沿轮毂径向移动，刹车片作用于自由转动的辊子。

Description

具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置

技术领域

本发明涉及一种具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置。

背景技术

现阶段，作为全向轮的典型代表——麦克纳姆轮，由于其具有横移、斜行以及原地旋转等其他轮系无法代替的运动性能，在狭窄空间环境作业中得到越来越广泛的应用，关于麦克纳姆轮的研究也逐渐成为研究的热点。麦克纳姆轮结构包括主动的轮毂结构和均布于轮缘的从动辊子，单个麦克纳姆轮在其轮毂的圆周处，以一定角度(通常为45°)斜向均匀分布一系列的小辊子，在电机的驱动下，轮毂围绕其轴心转动时，轮缘上斜向分布的小辊子也同样围绕其自身轴线自由转动，普通车轮在车轮毂的轴心驱动力矩的作用下只能实现轮毂绕其自身轴线转动的自由度和车轮绕地面接触点转动的自由度；Mecanum基于其自身特殊的结构，在此基础上还能实现沿小辊子轴线垂直方向平动的自由度，满足刚体在平面全方位运动时所需的三个自由度。

驱动轮运动过程：电机在轮毂轴心施加驱动力矩，小辊子与地面接触产生相应的静摩擦力，随着力矩逐渐变大直至挣脱变形束缚；最后小辊子开始绕自身轴线滚动并带动轮毂转动。在运动过程中，辊子与地面接触产生的摩擦力方向与麦克纳姆轮运动方向不一致，摩擦力的合力方向决定全方位运动机构的运动方向，通过三个或三个以上的麦克纳姆轮不同组合即可实现整个机构的全向运动。

因而可通过控制麦克纳姆轮的转速和转向，通过不同形式的运动组合即可实现系统的全方位运动。麦克纳姆轮可以原地360度转圈，可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，在很多场合得到广泛的应用。

Mecanum轮结构具有优越的运动性能，但是，由于麦克纳姆轮从动辊子的自由转动导致其运动效率低，并出现打滑现象，无法精确控制机构的运动方向，在一些要求精度比较高的场合无法广泛应用。

发明内容

为了克服现有麦克纳姆轮运动效率低的问题，本发明提供一种具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，该装置能够显著提高麦克纳姆轮的运动效率，使其具有更广泛的应用范围。

本发明采用的技术方案是：

具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，其特征在于：包括用于限制辊子自由转动的刹车机构，所述的刹车机构安装在麦克纳姆轮的内轮毂中；所述的刹车机构包括由电刷供电的第一电机、减速器、第二电机、平面凸轮、刹车片、连接片、拉簧、方轴以及丝杆轴；其中，

所述的第一电机通过固定板安装在麦克纳姆轮的外轮毂上，并且随麦克纳姆轮一起转动；所述的第二电机通过减速器与法兰驱动连接，所述的减速器安装在电机安装板上，所述的法兰安装在麦克纳姆轮上；

所述的第一电机与丝杆轴驱动连接，所述的丝杆轴的一端通过轴承固定于内轮毂上，所述的丝杆轴上套设有所述的平面凸轮，所述的丝杆轴带动平面凸轮运动；所述的平面凸轮为楔形结构；

所述的方轴的上半段为立方体结构，下半段为圆柱结构并且圆柱结构的底端具有弧形曲面，所述的弧形曲面与所述的平面凸轮点接触；所述的方轴的上半段与内轮毂中的方孔相适配；所述的方轴的上半段的端部与所述的刹车片联接，所述的刹车片通过拉簧与所述的连接片联接，所述的连接片固定在内轮毂上；所述的丝杆轴带动平面凸轮运动时，所述的方轴沿所述的平面凸轮的表面移动的同时沿轮毂径向移动，所述的刹车片作用于自由转动的辊子。

所述的电刷安装在所述的电机安装板上。

所述的平面凸轮上设置有有用于对平面凸轮安装起导向作用的导柱。

本发明将刹车机构应用在麦克纳姆轮机构中，所述的刹车机构通过限制辊子的自由转动，使麦克纳姆轮具有两种运行模式，即普通轮运行模式和全向轮运行模式；所述的普通轮运行模式为全方位运动平台在长距离行走时，采用普通轮模式，提高运动效率；所述的全向轮运动模式为在狭窄环境中，全方位运动平台采用全向轮模式，适应狭窄的空间环境。

本发明的具体工作原理如下：

所述的刹车机构在正向行程时，电机通电后驱动丝杆轴转动，丝杆轴带动平面凸轮移动，平面凸轮推动方轴沿轮毂径向移动，刹车片与辊子接触，限制辊子的自由转动；反向行程时，电机反转，平面凸轮反向移动，刹车片在拉簧作用下回到初始位置。

所述的刹车片施加于辊子的作用力可通过控制平面凸轮的行程进行人为控制，进而不同程度的控制辊子的转动，实现辊子的转动具有可控性，提高麦克纳姆轮与地面的摩擦力，进而提高机构的运动效率。

本发明的有益效果主要表现在：

1、刹车机构通过控制刹车片与辊子的作用力，实现辊子的转动具有可控性，提高麦克纳姆轮与地面的摩擦力，进而提高机构的运动效率。

2、本装置将刹车机构应用在麦克纳姆轮机构中，所述的刹车机构通过限制辊子的自由转动，使麦克纳姆轮具有两种运行模式，即普通轮运行模式和全向轮运行模式，提高麦克纳姆轮的应用范围。

附图说明

图1是辊子可控性转动麦克纳姆轮装置结构示意图。

图2是刹车装置结构示意图。

图3是刹车装置与内毂装配结构剖视图。

图4是内轮毂结构剖视图。

具体实施方式

参照图1至图4，具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，包括用于限制辊子自由转动的刹车机构，所述的刹车机构安装在麦克纳姆轮的内轮毂6中；所述的刹车机构包括由电刷8供电的第一电机1、减速器9、第二电机10、平面凸轮12、刹车片14、连接片15、拉簧16、方轴17以及丝杆轴18；其中，

所述的第一电机1通过固定板2安装在麦克纳姆轮的外轮毂3上，并且随麦克纳姆轮一起转动；所述的第二电机10通过减速器9与法兰7驱动连接，所述的减速器9安装在电机安装板5上，所述的法兰7安装在麦克纳姆轮上；

所述的第一电机1与丝杆轴18驱动连接，所述的丝杆轴18的一端通过轴承19固定于内轮毂6上，所述的丝杆轴18上套设有所述的平面凸轮12，所述的丝杆轴18带动平面凸轮12运动；所述的平面凸轮12为楔形结构；

所述的方轴17的上半段为立方体结构，下半段为圆柱结构并且圆柱结构的底端具有弧形曲面，所述的弧形曲面与所述的平面凸轮12点接触；所述的方轴17的上半段与内轮毂6中的方孔相适配；所述的方轴17的上半段的端部与所述的刹车片14联接，所述的刹车片14通过拉簧16与所述的连接片15联接，所述的连接片15固定在内轮毂6上；所述的丝杆轴18带动平面凸轮12运动时，所述的方轴17沿所述的平面凸轮12的表面移动的同时沿轮毂径向移动，所述的刹车片14作用于自由转动的辊子4，辊子4安装在辊子轴13上。

所述的电刷8安装在所述的电机安装板5上。

所述的平面凸轮12上设置有有用于对平面凸轮12安装起导向作用的导柱11。

本发明将刹车机构应用在麦克纳姆轮机构中，所述的刹车机构通过限制辊子的自由转动，使麦克纳姆轮具有两种运行模式，即普通轮运行模式和全向轮运行模式；所述的普通轮运行模式为全方位运动平台在长距离行走时，采用普通轮模式，提高运动效率；所述的全向轮运动模式为在狭窄环境中，全方位运动平台采用全向轮模式，适应狭窄的空间环境。

本发明的具体工作原理如下：

所述的刹车机构在正向行程时，电机通电后驱动丝杆轴转动，丝杆轴带动平面凸轮移动，平面凸轮推动方轴沿轮毂径向移动，刹车片与辊子接触，限制辊子的自由转动；反向行程时，电机反转，平面凸轮反向移动，刹车片在拉簧作用下回到初始位置。

所述的刹车片施加于辊子的作用力可通过控制平面凸轮的行程进行人为控制，进而不同程度的控制辊子的转动，实现辊子的转动具有可控性，提高麦克纳姆轮与地面的摩擦力，进而提高机构的运动效率。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或者联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，其特征在于：包括用于限制辊子自由转动的刹车机构，所述的刹车机构安装在麦克纳姆轮的内轮毂中；所述的刹车机构包括由电刷供电的第一电机、减速器、第二电机、平面凸轮、刹车片、连接片、拉簧、方轴以及丝杆轴；其中，

所述的第一电机通过固定板安装在麦克纳姆轮的外轮毂上，并且随麦克纳姆轮一起转动；所述的第二电机通过减速器与法兰驱动连接，所述的减速器安装在电机安装板上，所述的法兰安装在麦克纳姆轮上；

所述的第一电机与丝杆轴驱动连接，所述的丝杆轴的一端通过轴承固定于内轮毂上，所述的丝杆轴上套设有所述的平面凸轮，所述的丝杆轴带动平面凸轮运动；所述的平面凸轮为楔形结构；

所述的方轴的上半段为立方体结构，下半段为圆柱结构并且圆柱结构的底端具有弧形曲面，所述的弧形曲面与所述的平面凸轮点接触；所述的方轴的上半段与内轮毂中的方孔相适配；所述的方轴的上半段的端部与所述的刹车片联接，所述的刹车片通过拉簧与所述的连接片联接，所述的连接片固定在内轮毂上；所述的丝杆轴带动平面凸轮运动时，所述的方轴沿所述的平面凸轮的表面移动的同时沿轮毂径向移动，所述的刹车片作用于自由转动的辊子。

2.如权利要求1所述的具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，其特征在于：所述的电刷安装在所述的电机安装板上。

3.如权利要求2所述的具有辊子可控性转动的麦克纳姆轮装置，其特征在于：所述的平面凸轮上设置有有用于对平面凸轮安装起导向作用的导柱。