CN106741403A - 能实现侧向移动双独轮辅助行走装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，包括左、右两个独轮平衡单元，各独轮平衡单元包括直行机构、转向机构和侧移机构。直行机构包括前、后转动安装于直行轮架内的全向轮，全向轮的左、右轮毂上圆周均布有节轮；转向机构的脚踏架安装在轮架上的转动轴上；侧移机构包括轮毂外传动组件和轮毂内传动组件，轮毂外传动组件包括前、后的摩擦驱动轮，前、后摩擦驱动轮分别通过前、后弹性斜拉结构安装从而将前、后摩擦节轮于径向分别压紧在左、右轮毂的节轮上。本发明通过分别控制两独轮平衡单元的运动姿态和相对位置，可以在独轮平衡车、双轮平衡车、平衡自行车的运行状态之间灵活进行切换。

Description

能实现侧向移动双独轮辅助行走装置

技术领域

本发明涉及智能机器人行走装置，具体为一种能实现侧向移动双独轮辅助行走装置。

背景技术

电动平衡车是一种新型行走装置，主要用作代步工具。

现有的电动平衡车从结构上区分主要有独轮平衡车、车轮左右设置的Segway双轮平衡车和车轮前后设置的无人驾驶自行车。

目前，这三类电动平衡车均具有一定的平衡性能，但是由于车体结构的限制，驾驶人两脚必须站在同一车体上，降低了系统的灵活性和娱乐性。

申请号为201620104697.1的实用新型专利公开了一种《可穿戴式双独轮自平衡装置》，其技术方案通过分别控制两个独轮平衡单元的运动姿态和相对位置，可使装置在独轮平衡车、Segway双轮平衡车、无人驾驶自行车的运行状态之间灵活进行切换。

但是由于车轮结构的限制，该装置只能前、后滚动而不能侧向移动。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出了一种能实现侧向移动双独轮辅助行走装置。

本发明能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其技术方案包括供左、右脚穿戴的两个独轮平衡单元，两个独轮平衡单元分别受控于穿戴在人体身上的运动控制单元，所不同的是各独轮平衡单元包括直行机构、转向机构和侧移机构，其中，

1、所述直行机构包括前、后转动的全向轮，所述全向轮包括同轴固装的左、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，左、右轮毂通过固装有轴承的支撑轴安装于直行轮架的左、右侧板之间，驱动轮毂转动的直行电机安装于直行轮架的一侧板上。

2、所述转向机构包括脚踏架，所述脚踏架的底板安装在转动轴上，所述转动轴通过轴承组件安装于直行轮架的顶板上，脚踏架的顶板上设置脚套，驱动转动轴转动的转向电机设于脚踏架的顶板与底板之间。

3、所述侧移机构即节轮驱动机构包括轮毂外传动组件和轮毂内传动组件，所述轮毂外传动组件包括于左、右轮毂上部前、后对称设置且左、右转动的摩擦驱动轮，各摩擦驱动轮的轮体上圆周均布有前、后转动的摩擦节轮，前、后摩擦驱动轮分别于前、后侧移轮架上安装，前、后侧移轮架分别通过前、后弹性斜拉结构安装于直行轮架上从而将前、后摩擦节轮于径向分别压紧在左、右轮毂的节轮上，前、后摩擦驱动轮的驱动为安装于直行轮架顶板底部的侧移电机，所述侧移电机的前、后输出轴通过前、后侧移传动副同步驱动前、后摩擦驱动轮，所述轮毂内传动组件包括分别于左、右轮毂内圆周均布设置的传动轴，各传动轴之间通过万向节连接并与对应轮毂上的节轮对位，所述传动轴与对位的节轮之间通过传动副连接。

轮毂驱动机构采用至少一级降速传动的直行齿轮传动副，所述直行齿轮传动副的直行小主动齿轮安装于直行电机的输出轴上，齿轮传动副的直行大从动齿轮与对应的轮毂同轴固连。

转动轴驱动机构采用至少一级降速传动的转向齿轮传动副，所述转向齿轮传动副的转向小主动齿轮安装于转向电机从脚踏架底板伸出的输出轴上，转向齿轮传动副的转向大从动齿轮安装于转动轴上。

一种弹性斜拉结构采用左、右摇板，左、右摇板的上端分别铰连在直行轮架的左、右侧板上，所述侧移轮架安装于对应的左、右摇板之间，左、右摇板的下端通过左、右弹簧拉紧在直行轮架的左、右侧板上。

所述侧移传动副采用至少一级降速传动的侧移圆锥齿轮传动副，所述侧移圆锥齿轮传动副的侧移小主动圆锥齿轮安装于侧移电机对应的输出轴上，侧移圆锥齿轮传动副的侧移大从动圆锥齿轮的转轴通过万向节连接对应的摩擦驱动轮的转轴。

所述传动轴与节轮之间的传动副可采用同步带，所述同步带张紧在传动轴与节轮之间。

为均衡脚踏架的负载，所述转动轴前、后的直行轮架顶部设均有左、右两个牛眼轴承，四个牛眼轴承支撑在脚踏架底板的底部。

为提高行走稳定性而采取的设计为：与一侧轮毂的节轮相对的另一侧轮毂的毂体圆周面上均布有滚珠，各滚珠顶部构成的弧面与节轮顶部弧面等高。

本发明的有益效果：

1、本发明能实现侧向移动双独轮辅助行走装置通过分别控制两独轮平衡单元的运动姿态和相对位置，使其可以在独轮平衡车、segway平衡车、无人驾驶平衡自行车的运行状态之间灵活进行切换，同时具有自行车的快速性、segway的稳定性和独轮车的轻便性。

2、本发明通过摩擦驱动轮摩擦驱动全向轮的节轮，实现了装置的侧向移动。

3、本发明结构中，全向轮的节轮在摩擦驱动轮的带动下能够产生一个使装置横移的速度矢量，该矢量与全向轮直行的速度矢量的合成能够使装置全方位运动。

4、本发明结构中，全向轮上部的左、右两侧对称安装有前、后摩擦驱动轮，前、后摩擦驱动轮通过前、后弹性斜拉结构压紧在左、右轮毂(2)的节轮(3)上，这种柔性的结构能够确保摩擦传动的可靠性。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的立体结构图。

图2为图1实施方式的前视图。

图3为图2实施方式的右视图。

图4为图3沿垂直中线的剖视图。

图5为图2中隐藏直行电机、拉伸弹簧及其支撑机构后的视图。

图6(a)为图1、图2、图3、图4、图5实施方式中半边全向轮的立体结构图。

图6(b)为图6(a)的前视图。

图号标识：1、全向轮；2、轮毂；3、节轮；4、支撑轴；5、直行轮架；6、直行电机；7、脚踏架；8、转动轴；9、脚套；10、摩擦驱动轮；11、摩擦节轮；12、侧移轮架；13、侧移电机；14、传动轴；15、万向节；16、直行小主动齿轮；17、直行大从动齿轮；18、传动套；19、转向小主动齿轮；20、转向电机；21、转向大从动齿轮；22、摇板；23、弹簧；24、小主动圆锥齿轮；25、侧移大从动圆锥齿轮；26、同步带；27、牛眼轴承；28、推力轴承；29、滚珠；30、螺栓组件；31、深沟球轴承。

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。

本发明能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其结构包括供左、右脚穿戴的两个独轮平衡单元，两个独轮平衡单元分别受控于穿戴在人体身上的运动控制单元，各独轮平衡单元包括直行机构、转向机构和侧移机构，其中，

所述直行机构包括基于直行轮架5设置的全向轮1(独轮)和驱动全向轮1的直行电机6(采用薄饼电机)：

所述直行轮架5采用左、右竖直侧板和水平顶部的框体结构；所述全向轮1的结构包括同轴固装的左、右轮毂2，所述轮毂2包括中间毂套和于毂套上圆周均布的轮辐，两两轮辐上部之间安装有左、右转动的节轮3，各轮辐的圆周面上均布有滚珠29，各滚珠29顶部构成的弧面与节轮3顶部弧面等高，左、右轮毂2上的节轮3位置相错，全向轮1置于直行轮架5内，并通过左、右轮毂2上的支撑轴4(采用一根整轴横穿左、右轮毂2的毂套)安装于直行轮架5的左、右侧板下部，支撑轴4通过左、右深沟球轴承31与左、右轮毂2安装，并于支撑轴4上设置传动套18轴向限位深沟球轴承31；所述直行电机6于直行轮架5一侧的侧板上部安装并通过一级降速传动的直行齿轮传动副(相啮合的直行小主动齿轮16和直行大从动齿轮17)连接对应侧的轮毂2，所述直行小主动齿轮16安装于直行电机6的输出轴上，所述直行大从动齿轮17与对应轮毂2同轴固连，如图1、图2、图3、图4所示。

所述转向机构包括基于脚踏架7设置的转动轴8和转向电机20(采用薄饼电机)：

所述脚踏架7采用螺栓组件30连接的顶板和底板结构，脚踏架7的底板安装于转动轴8上，所述转动轴8通过轴承组件(深沟球轴承31与推力轴承28的组合)安装于直行轮架5的顶板上，所述转向电机20安装于脚踏架7的底板上，转向电机20的输出轴向下伸出脚踏架7的底板并通过一级降速传动的转向齿轮传动副(相啮合的转向小主动齿轮19和转向大从动齿轮21)连接转动轴8，所述转向小主动齿轮19安装于转向电机20的输出轴上，所述转向大从动齿轮21安装于转动轴8上，如图1、图2、图3、图4、图5所示。

所述侧移机构包括轮毂外传动组件和轮毂内传动组件，所述轮毂外传动组件基于直行轮架5前、后对称设置，共同采用侧移电机13作为驱动，各轮毂外传动组件包括摩擦驱动轮10和弹性斜拉结构以及一级降速传动的侧移圆锥齿轮传动副，以前侧轮毂外传动组件为例：

前摩擦驱动轮10安装于前侧移轮架12上并可左、右转动，前摩擦驱动轮10的轮体上圆周均布有前、后转动的摩擦节轮11，前摩擦驱动轮10向外斜置于全向轮1上部前方(前摩擦驱动轮10的转轴向内斜置)并径向接触在全向轮1的左、右轮毂2上(一侧的节轮3上和另一侧的轮辐顶部滚珠29上)；前弹性斜拉结构包括左、右摇板22和左、右弹簧23，左、右摇板22向内斜置，左、右摇板22的上端分别铰连在直行轮架5的左、右侧板的左上位置，所述前侧移轮架12置于左、右摇板22下端之间并与之铰连，左、右弹簧23向外斜置，左、右弹簧23分别拉紧在左、右摇板22下端和直行轮架5的左、右侧板的左下位置，如图1、图2、图3、图4、图5所示。

所述侧移电机13设于全向轮1上方的直行轮架5的顶板底部，侧移电机13的前、后输出轴分别通过前、后一级降速传动的侧移圆锥齿轮传动副(相啮合的小主动圆锥齿轮24和侧移大从动圆锥齿轮25)，所述小主动圆锥齿轮24安装于对应的侧移电机13输出轴上，所述侧移大从动圆锥齿轮25通过万向节15与对应摩擦驱动轮10的转轴连接，如图1、图2、图5所示。

所述轮毂内传动组件包括于左、右轮毂2内圆周均布设置的传动轴14，各传动轴14安装于两两轮辐下部之间的轴座(设于毂套)上，各传动轴14之间通过万向节15连接，所述传动轴14与对位的节轮3之间通过张紧的两条同步带26连接，如图6(a)、图6(b)所示。

本发明的运行方式：

1、装置的直行——直行电机6单独启动，通过直行齿轮传动副驱动左、右轮毂2转动而实现全向轮1的前、后滚动。

2、装置的侧移——侧移电机13单独启动，通过前、后侧移圆锥齿轮传动副驱动前、后摩擦驱动轮10转动，从而带动左、右轮毂2上的节轮3同步转动而实现全向轮1的左、右移动。

3、装置的全方位运行——直行电机6与侧移电机13同时启动，全向轮1的直行速度矢量与侧移速度矢量合成为全方位的运动。

4、以上三种运行方式中，在转向电机20的驱动下，装置均可实现转向。

Claims (8)

1.能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，包括供左、右脚穿戴的两个独轮平衡单元，两个独轮平衡单元分别受控于穿戴在人体身上的运动控制单元，其特征在于：各独轮平衡单元包括直行机构、转向机构和侧移机构，其中，

①、所述直行机构包括前、后转动的全向轮(1)，所述全向轮(1)包括同轴固装的左、右轮毂(2)，各轮毂(2)上圆周均布有左、右转动的节轮(3)，左、右轮毂(2)上的节轮(3)位置相错，左、右轮毂(2)通过固装有轴承的支撑轴(4)安装于直行轮架(5)的左、右侧板之间，驱动轮毂(2)转动的直行电机(6)安装于直行轮架(5)的一侧板上；

②、所述转向机构包括脚踏架(7)，所述脚踏架(7)的底板安装在转动轴(8)上，所述转动轴(8)通过轴承组件安装于直行轮架(5)的顶板上，脚踏架(7)的顶板上设置脚套(9)，驱动转动轴(8)转动的转向电机(20)设于脚踏架(7)的顶板与底板之间；

③、所述侧移机构即节轮驱动机构包括轮毂外传动组件和轮毂内传动组件，所述轮毂外传动组件包括于左、右轮毂(2)上部前、后对称设置且左、右转动的摩擦驱动轮(10)，各摩擦驱动轮(10)的轮体上圆周均布有前、后转动的摩擦节轮(11)，前、后摩擦驱动轮(10)分别于前、后侧移轮架(12)上安装，前、后侧移轮架(12)分别通过前、后弹性斜拉结构安装于直行轮架(5)上从而将前、后摩擦节轮(11)于径向分别压紧在左、右轮毂(2)的节轮(3)上，前、后摩擦驱动轮(10)的驱动为安装于直行轮架(5)顶板底部的侧移电机(13)，所述侧移电机(13)的前、后输出轴通过前、后侧移传动副同步驱动前、后摩擦驱动轮(10)，所述轮毂内传动组件包括分别于左、右轮毂(2)内圆周均布设置的传动轴(14)，各传动轴(14)之间通过万向节(15)连接并与对应轮毂(2)上的节轮(3)对位，所述传动轴(14)与对位的节轮(3)之间通过传动副连接。

2.根据权利要求1所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：轮毂驱动机构为至少一级降速传动的直行齿轮传动副，所述直行齿轮传动副的直行小主动齿轮(16)安装于直行电机(6)的输出轴上，齿轮传动副的直行大从动齿轮(17)与对应轮毂(2)同轴固连。

3.根据权利要求1所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：转动轴驱动机构为至少一级降速传动的转向齿轮传动副，所述转向齿轮传动副的转向小主动齿轮(19)安装于转向电机(20)从脚踏架(7)底板伸出的输出轴上，转向齿轮传动副的转向大从动齿轮(21)安装于转动轴(8)上。

4.根据权利要求1所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：所述弹性斜拉结构包括左、右摇板(22)，左、右摇板(22)的上端分别铰连在直行轮架(5)的左、右侧板上，所述侧移轮架(12)安装于对应的左、右摇板(22)之间，左、右摇板(22)的下端通过左、右弹簧(23)拉紧在直行轮架(5)的左、右侧板上。

5.根据权利要求1所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：所述侧移传动副为至少一级降速传动的侧移圆锥齿轮传动副，所述侧移圆锥齿轮传动副的侧移小主动圆锥齿轮(24)安装于侧移电机(13)对应的输出轴上，侧移圆锥齿轮传动副的侧移大从动圆锥齿轮(25)的转轴通过万向节(15)连接对应的摩擦驱动轮(10)的转轴。

6.根据权利要求1所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：所述传动轴(14)与节轮(3)之间的传动副为同步带(26)，所述同步带(26)张紧在传动轴(14)与节轮(3)之间。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：所述转动轴(8)前、后的直行轮架(5)顶部设均有左、右两个牛眼轴承(27)，四个牛眼轴承(27)支撑在脚踏架(7)底板的底部用于均衡脚踏架(7)的负载。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的能实现侧向移动双独轮辅助行走装置，其特征在于：与一侧轮毂(2)的节轮(3)相对的另一侧轮毂(2)的毂体圆周面上均布有滚珠(29)，各滚珠(29)顶部构成的弧面与节轮(3)顶部弧面等高。