CN106427398B - 可全方位运动的全向轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可全方位运动的全向轮，包括同轴固装前后转动的左、右轮毂，各轮毂上圆周均布有左右转动的节轮，左、右轮毂上的节轮位置相错，还包括于左、右轮毂两侧对称设置以驱动对应轮毂上各节轮转动的左、右节轮驱动机构，节轮驱动机构包括蜗轮蜗杆传动副和锥齿轮传动副，蜗轮蜗杆传动副的蜗轮与轮毂同轴设置，蜗轮蜗杆传动副的双头蜗杆圆周均布且与对应轮毂上的各节轮对位，各节轮转轴与对位蜗杆转轴之间通过对应的传动机构连接，锥齿轮传动副的从动大锥齿轮与蜗轮同轴固连，锥齿轮传动副的小锥齿轮轴向对称设置并分别与两者之间设置的节轮驱动电机对应端的输出轴连接。本发明可通过轮毂与节轮的合成运动实现全向轮的全方位运动。

Description

可全方位运动的全向轮

技术领域

本发明涉及道路行走机构，具体为一种可全方位运动的全向轮。

背景技术

轮式行走机构是常见的道路行走机构，可以用在自行车、汽车等交通运输工具中使用。

全向轮是轮式行走机构的基本元件，通过相互的驱动配合，它能够实现前、后、左、右的全方位移动，具有结构简单、转动灵活等特点，被广泛应用于手推车、转移输送机、货运车、行李箱等方面。

现有的全向轮大多数是在全向轮的轴套上安装驱动电机，以前后转动的大轮作为主动轮，而将全向轮上左右滚动的小节轮用做从动轮。由于没有考虑在节轮上安装驱动机构，这样的设计限制了全向轮的移动能力。

比如申请号为201120121753.X的专利申请《全向轮》，就单个车轮而言，它可以实现轮子的前后滚动，但无法实现轮子的左右自主移动。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种可实现轮子左、右自主移动的可全方位运动的全向轮。

能够解决上述技术问题的可全方位运动的全向轮，其技术方案包括同轴固装前后转动的左、右轮毂，各轮毂上圆周均布有左右转动的节轮，左、右轮毂上的节轮位置相错，所不同的是还包括于左、右轮毂两侧对称设置以驱动对应轮毂上各节轮转动的左、右节轮驱动机构，所述节轮驱动机构包括蜗轮蜗杆传动副和锥齿轮传动副，所述蜗轮蜗杆传动副的蜗轮与轮毂同轴设置，蜗轮蜗杆传动副的双头蜗杆圆周均布且与对应轮毂上的各节轮对位，各节轮的转轴与对位蜗杆的转轴之间通过对应的传动机构连接，所述锥齿轮传动副的从动大锥齿轮与蜗轮同轴固连，锥齿轮传动副的两个小锥齿轮轴向(锥齿轮传动副的轴向)对称设置，其中，一个小锥齿轮与节轮驱动电机的输出轴固定连接(该小锥齿轮作为主动轮)，另一个小锥齿轮以空转的形式安装于节轮驱动电机的输出轴上(该小锥齿轮于节轮驱动电机的输出轴上空转，一是防止驱动时与另一个产生干涉，二是防止产生额外附加力矩)。

本发明的一体化设计方案为：还包括分别罩住左、右节轮驱动机构的左、右轮罩，所述轮罩安装于对应轮毂侧面上圆周均布的蜗杆支撑架上，所述蜗杆于对应的蜗杆支撑架内安装，所述节轮驱动电机安装于电机座，所述电机座通过可轴向限位的转动机构于对应轮罩的内端面上安装(节轮驱动电机工作时不会给轮罩一个反作用力矩，进而不会影响全向轮的前、后滚动)，左、右轮罩的外端面上分别设有左、右轴套。

进一步的设计为：左、右蜗轮于贯穿左、右轮毂的传动轴上安装，以实现启动一个节轮驱动电机就能驱动左、右轮毂上的节轮。

所述传动机构的一种结构方案采用张紧在节轮转轴与对应蜗杆转轴上的皮带。

本发明的有益效果：

1、本发明可全方位运动的全向轮在节轮驱动电机带动下能够产生一个使全向轮横移(左右方向)的速度矢量，该矢量与轮毂产生的纵移(前后方向)速度矢量的合成能够使全向轮全方位运动。

2、本发明结构中，轮毂、蜗轮蜗杆传动副、锥齿轮传动副均采用左、右对称分布，能够减少附加不平衡力矩的产生。

3、本发明结构中，左、右两侧均装有节轮驱动电机，而全向轮实际工作时只需要一个节轮驱动电机，能够达到冗余备份的效果，提高了系统的可靠性。

4、本发明结构中，全向轮的左、右两侧均装有轴套，左、右轴套均可连接安装轮毂驱动电机，而实际带动只需要一个轮毂驱动电机，也能达到冗余的效果；若考虑在轴套末端上安装轮叉，则全向轮可以作为独轮车的行走轮来使用。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。

图2为图1实施方式的主视图。

图3为图2中的侧视图(除去轮罩)。

图4为图1、图2、图3中蜗轮的结构图。

图号标识：1、轮毂；2、节轮；3、蜗轮；4、双头蜗杆；5、从动大锥齿轮；6、小锥齿轮；7、节轮驱动电机；8、皮带；9、传动轴；10、蜗杆支撑架；11、轮罩；12、电机座；13、轴套；14、转轴；15、轴承座支架。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明可全方位运动的全向轮包括轮毂1、节轮2、节轮驱动机构、轮罩11等零部件。

两个轮毂1(前、后滚动)左、右同轴固连，各轮毂1上圆周均布有多个节轮2(左、右转动的短辊)，左、右轮毂1上的节轮2错位相对，各轮毂1的外侧面边缘上横向设有圆周均布的多个蜗杆支撑架10，左、右轮罩11分别于左、右蜗杆支撑架10端面上安装连接，如图1、图2、图3所示。

左、右节轮驱动机构分别于左、右轮罩11内设置，各节轮驱动机构包括蜗轮蜗杆传动副(双头蜗杆4和蜗轮3)和锥齿轮传动副(从动大锥齿轮5和两个小锥齿轮6)以及节轮驱动电机7。左、右蜗轮3分置于左、右轮毂1外侧并通过传动轴9安装并同轴处于左、右蜗杆支撑架10形成的圆周内，所述传动轴9同轴横穿左、右轮毂1，传动轴9的横穿部位通过左、右滚动轴承分别与左、右轮毂1连接安装(轮毂1与蜗轮3分别转动互不干涉)，一侧的双头蜗杆4圆周均布与同侧的节轮2相对并于对应的两两蜗杆支撑架10内安装，各节轮2的转轴与对应蜗杆4的转轴之间通过张紧的皮带8连接；左、右从动大锥齿轮5分别于左、右蜗轮3的外侧面上同轴固连，两个小锥齿轮6于从动大锥齿轮5的轴向对称设置；左、右节轮驱动电机7通过左、右电机座12及左、右转动机构分别安装于左、右轮罩11的内端面上并分别置于左、右的两个小锥齿轮6之间，两个小锥齿轮6分别安装于节轮驱动电机7两端的输出轴上，其中，一个小锥齿轮6与节轮驱动电机7的输出轴固定连接，另一个小锥齿轮6通过滚动轴承与节轮驱动电机7的输出轴连接；左、右轮罩11的外端面上分别设有同轴的左、右轴套13(可分别连接左、右轮毂驱动电机的输出轴)，如图1、图2、图3、图4所示。

所述转动机构包括与电机座12连接的转轴14，所述转轴14与安装在对应轮罩11上的轴承座同轴安装，所述轴承座安装在轴承座支架15上，转轴14上设有轴肩，通过轴肩限制节轮驱动电机7的轴向串动，从而实现：当节轮驱动电机7工作时不会给轮罩11一个反作用力矩，进而不会影响全向轮的前后滚动，如图2所示。

本发明的运行方式：

1、轮毂驱动电机单独驱动，通过左、右轴套13带动左、右轮毂1转动而实现前进和后退。

2、节轮驱动电机7单独驱动，通过锥齿轮传动副、蜗杆传动副和皮带8的传动带动各节轮2同步转动而实现左、右移动。

3、轮毂驱动电机和节轮驱动电机7同时驱动，轮毂1的前进和后退与节轮2的左、右移动可合成为全向轮的全方位运动。

Claims (4)

1.可全方位运动的全向轮，包括同轴固装前后转动的左、右轮毂(1)，各轮毂(1)上圆周均布有左右转动的节轮(2)，左、右轮毂(1)上的节轮(2)位置相错，其特征在于：还包括于左、右轮毂(1)两侧对称设置以驱动对应轮毂(1)上各节轮(2)转动的左、右节轮驱动机构，所述节轮驱动机构包括蜗轮蜗杆传动副和锥齿轮传动副，所述蜗轮蜗杆传动副的蜗轮(3)与轮毂(1)同轴设置，蜗轮蜗杆传动副的双头蜗杆(4)圆周均布且与对应轮毂(1)上的各节轮(2)对位，各节轮(2)的转轴与对位蜗杆(4)的转轴之间通过对应的传动机构连接，所述锥齿轮传动副的从动大锥齿轮(5)与蜗轮(3)同轴固连，锥齿轮传动副的两个小锥齿轮(6)轴向对称设置并分别与两者之间设置的节轮驱动电机(7)对应端的输出轴连接，其中，一个小锥齿轮(6)与节轮驱动电机(7)的输出轴固定连接，另一个小锥齿轮(6)以空转的形式安装于节轮驱动电机(7)的输出轴上。

2.根据权利要求1所述的可全方位运动的全向轮，其特征在于：还包括分别罩住左、右节轮驱动机构的左、右轮罩(11)，所述轮罩(11)安装于对应轮毂(1)侧面上圆周均布的蜗杆支撑架(10)上，所述蜗杆(4)于对应蜗杆支撑架(10)内安装，所述节轮驱动电机(7)安装于电机座(12)，所述电机座(12)通过可轴向限位的转动结构于对应轮罩(11)的内端面上安装，左、右轮罩(11)的外端面上分别设有左、右轴套(13)。

3.根据权利要求2所述的可全方位运动的全向轮，其特征在于：左、右蜗轮(3)于贯穿左、右轮毂(1)的传动轴(9)上安装。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的可全方位运动的全向轮，其特征在于：所述传动机构为张紧在节轮(2)转轴与对应蜗杆(4)转轴上的皮带(8)。