CN106476930A - 一种四轮旋转式移动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四轮旋转式移动机构，包括上支撑板、下支撑板、传动子机构和四组独立轮子机构，上支撑板和下支撑板平行间隔设置，四组独立轮子机构对称分布在下支撑板的四个角上，传动子机构自下向上穿过下支撑板后，与上支撑板转动连接，传动子机构位于上支撑板和下支撑板之间。本发明的灵活性可以与装有四个全向轮的移动平台相媲美，但同时比全向轮具有更强的地形适应性和更大的牵引力，适用于更广的应用领域，其每个轮子同时具有转向和驱动的功能，可以实现每个轮子的360度旋转和整车任意方向的平移。

Description

一种四轮旋转式移动机构
技术领域
本发明属于轮式移动机器人领域，具体涉及一种四轮旋转式移动机构。
背景技术
普通的轮式移动机器人的移动方式一般分为三种（四轮为例）：第一种，转向轮和驱动轮相互分离；第二种，四轮驱动两轮转向；第三种，不带转向的差速轮式机构。对于第一种和第二种移动方式：转弯半径很大，转向不灵活，主要的运动方向为前进、后退以及带有较大转弯半径的圆弧轨迹，如普通的轿车，无法侧向平移来通过狭小且复杂的地段，同时传动机构复杂，前后轮之间都需要差速器连接，成本大大提高。对于第三种差速转向来说，灵活性大于前两者，可以实现原地零半径自转，但转向的过程中轮子与地面之间有较大的滑动，所需的转向扭矩更大，同时每个轮子的转速根据转弯半径大小变化而变化，控制过程更为复杂，且必须每个轮子都是独立驱动，控制精度低，所需的执行机构多，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四轮旋转式移动机构，能够大幅度的提高轮式移动机器人的灵活性和稳定性。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种四轮旋转式移动机构，包括上支撑板、下支撑板、传动子机构和四组独立轮子机构，上支撑板和下支撑板平行间隔设置，四组独立轮子机构对称分布在下支撑板的四个角上，传动子机构自下向上穿过下支撑板后，与上支撑板转动连接，传动子机构位于上支撑板和下支撑板之间。
所述独立轮子机构包括第一皮带轮、第二皮带轮、竖直光轴、直线轴承、水平光轴、主动伞齿轮、被动伞齿轮、U型支撑架、车轮、车轮联轴器和两个法兰轴承，第一皮带轮位于第二皮带轮上方，且两者位于上支撑板和下支撑板之间，竖直光轴依次穿过上支撑板、第一皮带轮、第二皮带轮、下支撑板和U型支撑架，直线轴承设置在竖直光轴上，其顶部穿过下支撑板伸入第二皮带轮中心，U型支撑架固定在直线轴承的底部，水平光轴上设有被动伞齿轮，水平光轴两端通过法兰轴承与U型支撑架的两块平行侧板转动连接，竖直光轴底部设有主动伞齿轮，竖直光轴位于上方，主动伞齿轮和被动伞齿轮啮合；水平光轴一端通过车轮联轴器连接车轮。
所述独立轮子机构还包括顶丝，第一皮带轮通过顶丝与竖直光轴固连，第二皮带轮通过顶丝与直线轴承固连。
所述传动子机构包括第一同步带、第一带轮、第二同步带、第二带轮、电机、电机被动伞齿轮、电机主动伞齿轮、舵机、舵机被动伞齿轮、舵机主动伞齿轮、电机支架、舵机支架和两根竖直轴，一根竖直轴自上向下依次穿过上支撑板、第一带轮、下支撑板和舵机支架，且所述竖直轴底部设有舵机被动伞齿轮；另一根竖直轴自上向下依次穿过上支撑板、第二带轮、下支撑板和电机支架，且所述竖直轴底部设有电机被动伞齿轮；两根竖直轴分别对称设置在位于同一侧的两个独立轮子机构的竖直光轴之间，第一同步带绕四个第一皮带轮和第一带轮设置，与四个第一皮带轮和第一带轮啮合，第二同步带绕四个第二皮带轮和第二带轮设置，与四个第二皮带轮和第二带轮啮合，舵机固定在舵机支架上，舵机的输出轴设有舵机主动伞齿轮，舵机主动伞齿轮与舵机被动伞齿轮啮合，电机固定在电机支架上，电机的输出轴设有电机主动伞齿轮，电机主动伞齿轮与电机被动伞齿轮啮合。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）四轮旋转式移动机构每个轮子同时具有转向和驱动的功能，可以实现每个轮子的360度旋转和整车任意方向的平移。
（2）本发明的灵活性可以与装有四个全向轮的移动平台相媲美，但同时比全向轮具有更强的地形适应性和更大的牵引力，适用于更广的应用领域。
（3）整个机构只需要两个驱动，控制每个轮子的同步旋转和同步移动，保证了其运动的稳定性。
（4）成本较低。
附图说明
图1为本发明四轮旋转式移动机构的整体结构示意图。
图2为本发明四轮旋转式移动机构的独立轮子机构的结构示意图。
图3为本发明四轮旋转式移动机构的仰视图。
图4为本发明四轮旋转式移动机构的立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图4，本发明是一种四轮旋转式移动机构，包括上支撑板1、下支撑板10、传动子机构和四组独立轮子机构，上支撑板1和下支撑板10平行间隔设置，四组独立轮子机构对称分布在下支撑板10的四个角上，传动子机构自下向上穿过下支撑板10后，与上支撑板1转动连接，传动子机构位于上支撑板1和下支撑板10之间。
所述独立轮子机构包括第一皮带轮3、第二皮带轮6、竖直光轴2、直线轴承8、水平光轴11、主动伞齿轮20、被动伞齿轮21、U型支撑架16、车轮12、车轮联轴器29和两个法兰轴承18，第一皮带轮3位于第二皮带轮6上方，且两者位于上支撑板1和下支撑板10之间，竖直光轴2依次穿过上支撑板1、第一皮带轮3、第二皮带轮6、下支撑板10和U型支撑架16，直线轴承8设置在竖直光轴2上，其顶部穿过下支撑板10伸入第二皮带轮6中心，U型支撑架16固定在直线轴承8的底部，水平光轴11上设有被动伞齿轮21，水平光轴11两端通过法兰轴承18与U型支撑架16的两块平行侧板转动连接，竖直光轴2底部设有主动伞齿轮20，竖直光轴2位于上方，主动伞齿轮20和被动伞齿轮21啮合；水平光轴11一端通过车轮联轴器29连接车轮12。
所述独立轮子机构还包括顶丝22，第一皮带轮3通过顶丝22与竖直光轴2固连，第二皮带轮6通过顶丝22与直线轴承8固连。
第一皮带轮3用于传递轮子前进后退扭矩，第二皮带轮6用于传递独立轮转向扭矩。
所述传动子机构包括第一同步带4、第一带轮5、第二同步带7、第二带轮22、电机15、电机被动伞齿轮9、电机主动伞齿轮13、舵机23、舵机被动伞齿轮26、舵机主动伞齿轮27、电机支架25、舵机支架14和两根竖直轴17，一根竖直轴17自上向下依次穿过上支撑板1、第一带轮5、下支撑板10和舵机支架14，且所述竖直轴17底部设有舵机被动伞齿轮26；另一根竖直轴17自上向下依次穿过上支撑板1、第二带轮22、下支撑板10和电机支架25，且所述竖直轴17底部设有电机被动伞齿轮9。两根竖直轴17分别对称设置在位于同一侧的两个独立轮子机构的竖直光轴2之间，第一同步带4绕四个第一皮带轮3和第一带轮5设置，与四个第一皮带轮3和第一带轮5啮合，第二同步带7绕四个第二皮带轮6和第二带轮22设置，与四个第二皮带轮6和第二带轮22啮合，舵机23固定在舵机支架14上，舵机23的输出轴设有舵机主动伞齿轮27，舵机主动伞齿轮27与舵机被动伞齿轮26啮合，电机15通过螺栓固定在电机支架25上，电机15的输出轴设有电机主动伞齿轮13，电机主动伞齿轮13与电机被动伞齿轮9啮合。
驱动力的传递过程：电机15的轴与电机主动伞齿轮13固定，通过电机主动伞齿轮13和电机被动伞齿轮9的啮合将电机扭矩传递给竖直轴17，竖直轴17与第一带轮5通过顶丝22固连，然后带动第一同步带4转动，第一同步带4与每个独立轮子机构的第一皮带轮3啮合，带动其同步旋转，然后四组第一皮带轮3带动独立轮子机构上的竖直光轴2旋转，其旋转运动再通过主动伞齿轮20和被动伞齿轮21传递给水平光轴11，法兰轴承18支撑水平光轴11并减小其旋转摩擦力，最后通过联轴器29将扭矩传递给车轮12，实现每组独立轮子机构的同步前进和后退运动。
转向力的传递过程：舵机23固定于舵机支架14，舵机输出轴连接舵机主动伞齿轮27，通过齿轮啮合将扭矩通过舵机被动伞齿轮26传递给第二带轮22，经第二同步带7将转向扭矩同时传递给每组独立轮子机构的第二皮带轮6，第二皮带轮6通过顶丝22固定于法兰直线轴承8，直线轴承8底部的四个安装孔用于连接车轮支撑架16，带动车轮整体转向。所有独立轮子机构由上支撑板1和下支撑板10固定。
四轮旋转式移动机构每个轮子同时具有转向和驱动的功能，可以实现每个轮子的360度旋转和整车任意方向的平移，其灵活性可以与装有四个全向轮的移动平台相媲美，但同时比全向轮具有更强的地形适应性和更大的牵引力，适用于更广的应用领域。除此之外，整个机构只需要两个驱动，控制每个轮子的同步旋转和同步移动，保证了其运动的稳定性，成本也较低。

Claims (4)

1.一种四轮旋转式移动机构，其特征在于：包括上支撑板（1）、下支撑板（10）、传动子机构和四组独立轮子机构，上支撑板（1）和下支撑板（10）平行间隔设置，四组独立轮子机构对称分布在下支撑板（10）的四个角上，传动子机构自下向上穿过下支撑板（10）后，与上支撑板（1）转动连接，传动子机构位于上支撑板（1）和下支撑板（10）之间。
2.根据权利要求1所述的四轮旋转式移动机构，其特征在于：所述独立轮子机构包括第一皮带轮（3）、第二皮带轮（6）、竖直光轴（2）、直线轴承（8）、水平光轴（11）、主动伞齿轮（20）、被动伞齿轮（21）、U型支撑架（16）、车轮（12）、车轮联轴器（29）和两个法兰轴承（18），第一皮带轮（3）位于第二皮带轮（6）上方，且两者位于上支撑板（1）和下支撑板（10）之间，竖直光轴（2）依次穿过上支撑板（1）、第一皮带轮（3）、第二皮带轮（6）、下支撑板（10）和U型支撑架（16），直线轴承（8）设置在竖直光轴（2）上，其顶部穿过下支撑板（10）伸入第二皮带轮（6）中心，U型支撑架（16）固定在直线轴承（8）的底部，水平光轴（11）上设有被动伞齿轮（21），水平光轴（11）两端通过法兰轴承（18）与U型支撑架（16）的两块平行侧板转动连接，竖直光轴（2）底部设有主动伞齿轮（20），竖直光轴（2）位于上方，主动伞齿轮（20）和被动伞齿轮（21）啮合；水平光轴（11）一端通过车轮联轴器（29）连接车轮（12）。
3.根据权利要求2所述的四轮旋转式移动机构，其特征在于：所述独立轮子机构还包括顶丝（22），第一皮带轮（3）通过顶丝（22）与竖直光轴（2）固连，第二皮带轮（6）通过顶丝（22）与直线轴承（8）固连。
4.根据权利要求1所述的四轮旋转式移动机构，其特征在于：所述传动子机构包括第一同步带（4）、第一带轮（5）、第二同步带（7）、第二带轮（22）、电机（15）、电机被动伞齿轮（9）、电机主动伞齿轮（13）、舵机（23）、舵机被动伞齿轮（26）、舵机主动伞齿轮（27）、电机支架（25）、舵机支架（14）和两根竖直轴（17），一根竖直轴（17）自上向下依次穿过上支撑板（1）、第一带轮（5）、下支撑板（10）和舵机支架（14），且所述竖直轴（17）底部设有舵机被动伞齿轮（26）；另一根竖直轴（17）自上向下依次穿过上支撑板（1）、第二带轮（22）、下支撑板（10）和电机支架（25），且所述竖直轴（17）底部设有电机被动伞齿轮（9）；两根竖直轴（17）分别对称设置在位于同一侧的两个独立轮子机构的竖直光轴（2）之间，第一同步带（4）绕四个第一皮带轮（3）和第一带轮（5）设置，与四个第一皮带轮（3）和第一带轮（5）啮合，第二同步带（7）绕四个第二皮带轮（6）和第二带轮（22）设置，与四个第二皮带轮（6）和第二带轮（22）啮合，舵机（23）固定在舵机支架（14）上，舵机（23）的输出轴设有舵机主动伞齿轮（27），舵机主动伞齿轮（27）与舵机被动伞齿轮（26）啮合，电机（15）固定在电机支架（25）上，电机（15）的输出轴设有电机主动伞齿轮（13），电机主动伞齿轮（13）与电机被动伞齿轮（9）啮合。
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