CN107757743A - 提高球形全向车轮人工势场效能机构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高球形全向车轮人工势场效能机构及方法，包括球内电磁铁和球外电磁铁，球内电磁铁的上极端通过鼓形架顶部的开口伸出在外球壳的上半球面底部并与设于外球壳顶部的球外电磁铁的下极端相对且异性相吸，鼓形架安装于内球壳上的球内隔磁板上，内球壳上设有驱动外球壳的三个单排全向轮，球外电磁铁的上极端通过球外十字轴机构安装于汽车底盘上，球内电磁铁的下极端通过球内十字轴机构安装于球内隔磁板上。本发明的三个单排全向轮在驱动外球壳时，球内隔磁板会发生偏转，在十字轴机构的转向作用下，球外电磁铁与球内电磁铁始终保持轴向正对，以此产生最大化的恢复力矩，提高了所产生的人工势场的利用效能。

Description

提高球形全向车轮人工势场效能机构及方法
技术领域
本发明涉及轮式道路行走机构，具体为一种提高球形全向车轮人工势场效能机构及方法。
背景技术
四轮汽车是人们日常生活广泛使用的交通工具，车轮是车体支撑和驱动的基本单元。常见的车轮往往只能绕与车轮平面垂直的转轴回转，因此汽车通常不能实现横移，这容易限制汽车停车入库和快速避险等的灵活性。
最近，一种名为《基于人工势场的球形全向车轮机构》的新型车轮横空出世，其专利申请号为201721395328.3。该专利报道的车轮主要是通过内驱动平台的三个全向轮的转动使外球壳产生全方位运动，其中，系统内部的电磁铁对产生的人工势场可增加内驱动平台的恢复力矩，使得球形全向车轮机构的内部系统更加稳定。该球轮提高了汽车的运动性能，使得汽车停车入库更加方便和能快速避险。
然而，所述专利的全向车轮中，当装有驱动轮的内驱动平台偏转时，安装在平台上的电磁铁会随着之而发生偏转，从而使两块电磁铁在车轮运动过程中不能保证磁场强度最大的N极与S极始终轴向正对，其直接的结果是电磁铁之间的相互作用的电磁力达不到最大值，由此不能产生最大化的恢复力矩，故其结构产生人工势场的利用效能得不到充分的发挥。
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能产生人工势场最大化恢复力矩的提高球形全向车轮人工势场效能机构及方法。
能够解决上述技术问题的提高球形全向车轮人工势场效能机构，其技术方案包括球内电磁铁和球外电磁铁，所述球内电磁铁的上极端通过鼓形架顶部的开口伸出在外球壳的上半球面底部并与设于外球壳顶部的球外电磁铁的下极端相对且异性相吸，所述鼓形架安装于内球壳上的球内隔磁板上，所述内球壳上设有驱动外球壳的三个单排全向轮，所不同的是所述球外电磁铁的上极端通过球外十字轴机构安装于汽车底盘上，所述球内电磁铁的下极端通过球内十字轴机构安装于球内隔磁板上。
为实现最大的磁场效能，所述球外十字轴机构通过球外隔磁板安装于汽车底盘上。
所述十字轴机构的一种结构包括设于上、下连接板中的十字轴，所述十字轴的左、右轴端以转动方式安装于上连接板的左、右板耳之间，所述十字轴的前、后轴端以转动方式安装于下连接板的前、后板耳之间。
能够解决上述技术问题的提高球形全向车轮人工势场效能方法，采用了上述的提高球形全向车轮人工势场效能机构，其实施方案为：
在三个单排全向轮驱动外球壳转动时，由三个单排全向轮、内球壳、球内隔磁板、鼓形架以及球内电磁铁构成的内驱动组件会发生偏转，通过球内十字轴机构安装在球内隔磁板上的球内电磁铁在电磁场的作用下会向球内隔磁板偏转的反方向转动，通过球外十字轴机构安装在球外隔磁板或汽车底盘上的球外电磁铁会向与球内电磁铁轴向正对的方向转动，因而两块电磁铁在车轮运动过程中始终保持轴向正对，保证了电磁铁相互作用力最大，以此产生最大化的恢复力矩，进而使得内驱动组件更快达到稳定，并且有效避免了内驱动组件周转的现象。
电磁铁的电磁力可通过改变电磁铁通电线圈中的电流、通电线圈的匝数等参数进行人为控制，进而实现人为控制恢复力矩。
本发明的有益效果：
本发明提高球形全向车轮人工势场效能机构结构中，由电磁铁系统产生的人工势场可加强重力势场，通过十字轴机构始终保持电磁铁在车轮运动过程中轴向正对，充分利用了电磁铁磁极附近磁场强度最大的优势，保证了电磁铁相互作用力最大，以此产生最大化的恢复力矩，使得内球驱动系统更快达到稳定状态，提高了所产生的人工势场的利用效能。
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实施方式中摘除外球壳后的结构示意图。
图3为图2实施方式中电磁铁机构的结构示意图。
图4(a)为图2的仰视图。
图4(b)为图4(a)的背视图。
图5为图1、图2、图3中十字轴机构的结构示意图。
图6(a)为图1、图2实施方式的工作原理图(显示为静止状态)。
图6(b)为图1、图2实施方式的工作原理图(显示为运动状态)。
图号标识：1、外球壳；2、球内电磁铁；3、球外电磁铁；4、球外十字轴机构；5、汽车底盘；6、鼓形架；7、内球壳；8、球内隔磁板；9、球内十字轴机构；10、上连接板；11、下连接板；12、十字轴；13、球外隔磁板；14、单排全向轮；15、轮架；16、弹性元件；17、行走电机；18、牛眼轮；19、车轮架；19-1、笼形架体；19-2、环形架体；20、牛眼轮架；21、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。
本发明提高球形全向车轮人工势场效能机构，其结构包括外球壳1，所述外球壳1通过车轮架19安装于汽车底盘5的底部，外球壳1内部设有同球心的内球壳7，所述内球壳7上设有驱动外球壳1转动的外球壳驱动组件，如图1所示。
所述车轮架19包括上部的笼形架体19-1(下部大而上部小)和下部的环形架体19-2，所述环形架体19-2环绕在外球壳1的球径处并通过其上圆周均布的牛眼轮18与外球壳1滚动连接，所述笼形架体19-1的上部内通过斜向内下方的牛眼轮架20安装有牛眼轮18，各牛眼轮18水平圆周均布且与外球壳1的上部滚动连接；笼形架体19-1的上部通过球外隔磁板13安装在汽车底盘5上，所述球外隔磁板13与外球壳1顶部之间设有球外电磁铁3，所述球外电磁铁3的上极端通过球外十字轴机构4安装于球外隔磁板13底部，如图2、图3所示。
所述外球壳驱动组件包括于内、外球壳7、1下部之间圆周均布的三个单排全向轮14(三个单排全向轮14的回转中心线斜向下方相交于一点且该交点处于过球心的垂直线上)，各单排全向轮14通过对应轮架15安装于内球壳7下部的对应位置上，各轮架15与内球壳7之间设有弹性元件16将对应单排全向轮14抵压预紧在外球壳1的内壳面上，各轮架15上安装有驱动对应单排全向轮14的行走电机17；所述内球壳7安装于外球壳1内的球内隔磁板8底部，所述球内隔磁板8上设有上拱的同球心鼓形架6，所述鼓形架6通过其上的三个牛眼轮18(位置分别对称于三个单排全向轮14与外球壳1的内壳面抵触的位置)与外球壳2的上半内壳面滚动连接，鼓形架6内的球内隔磁板8上方设有球内电磁铁2，所述球内电磁铁2的下极端通过球内十字轴机构9安装在球内隔磁板8上，球内电磁铁2的上极端通过鼓形架6顶部的开口伸出在外球壳2的上半球面底部并与球外电磁铁3的下极端相对且异性相吸，如图2、图3、图6(a)、图6(b)所示。
所述十字轴机构(球内十字轴机构9和球外十字轴机构4)包括设于上、下连接板10、11中的十字轴12，所述十字轴12的左、右轴端通过轴承21安装于上连接板10的左、右向下的板耳上，所述十字轴12的前、后轴端通过轴承21安装于下连接板11的前、后向上的板耳上，如图5所示。
上述结构的十字轴机构有相互垂直的两个自由度，球内电磁铁2和球外电磁铁3在这两个自由度方向的转动能合成任意方向的转动。
本发明提高球形全向车轮人工势场效能机构的实施方式为：
在三个单排全向轮14驱动外球壳1转动时，由三个单排全向轮14、内球壳7、球内隔磁板8、鼓形架6以及球内电磁铁2构成的内驱动组件会发生偏转，通过球内十字轴机构9安装在球内隔磁板8上的球内电磁铁2在电磁场的作用下会向球内隔磁板8偏转的反方向转动，通过球外十字轴机构4安装在球外隔磁板13上的球外电磁铁3会向与球内电磁铁2轴向正对的方向转动，因而两块电磁铁在车轮运动过程中始终保持轴向正对，保证了电磁铁相互作用力最大，以此产生最大化的恢复力矩，进而使得内驱动组件更快的达到稳定，并且有效避免了内驱动组件周转的现象。
电磁铁的电磁力可通过改变电磁铁通电线圈中的电流、通电线圈的匝数等参数进行人为控制，进而可人为控制恢复力矩。

Claims (5)

1.提高球形全向车轮人工势场效能机构，包括球内电磁铁(2)和球外电磁铁(3)，所述球内电磁铁(2)的上极端通过鼓形架(6)顶部的开口伸出在外球壳(1)的上半球面底部并与设于外球壳(1)顶部的球外电磁铁(3)的下极端相对且异性相吸，所述鼓形架(6)安装于内球壳(7)上的球内隔磁板(8)上，所述内球壳(7)上设有驱动外球壳(1)的三个单排全向轮(14)，其特征在于：所述球外电磁铁(3)的上极端通过球外十字轴机构(4)安装于汽车底盘(5)上，所述球内电磁铁(2)的下极端通过球内十字轴机构(9)安装于球内隔磁板(8)上。
2.根据权利要求1所述的提高球形全向车轮人工势场效能机构，其特征在于：所述球外十字轴机构(4)通过球外隔磁板(13)安装于汽车底盘(5)上。
3.根据权利要求1或2所述的提高球形全向车轮人工势场效能机构，其特征在于：所述十字轴机构包括设于上、下连接板(10、11)中的十字轴(12)，所述十字轴(12)的左、右轴端以转动方式安装于上连接板(10)的左、右板耳之间，所述十字轴(12)的前、后轴端以转动方式安装于下连接板(11)的前、后板耳之间。
4.提高球形全向车轮人工势场效能方法，其特征在于采用了如根据权利要求1或2所述的提高球形全向车轮人工势场效能机构，其实施方案为：在三个单排全向轮(14)驱动外球壳(1)转动时，由三个单排全向轮(14)、内球壳(7)、球内隔磁板(8)、鼓形架(6)以及球内电磁铁(2)构成的内驱动组件会发生偏转，通过球内十字轴机构(9)安装在球内隔磁板(8)上的球内电磁铁(2)在电磁场的作用下会向球内隔磁板(8)偏转的反方向转动，通过球外十字轴机构(4)安装在球外隔磁板(13)或汽车底盘(5)上的球外电磁铁(3)会向与球内电磁铁(2)轴向正对的方向转动，因而两块电磁铁在车轮运动过程中始终保持轴向正对，保证了电磁铁相互作用力最大，以此产生最大化的恢复力矩，进而使得内驱动组件更快的达到稳定，并且有效避免了内驱动组件周转的现象。
5.根据权利要求4所述的提高球形全向车轮人工势场效能方法，其特征在于：电磁铁的电磁力可通过改变电磁铁通电线圈中的电流、通电线圈的匝数进行人为控制，进而实现人为控制恢复力矩。
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