CN1817668A - 全方位轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全方位轮，包括大轮、若干相同的小轮、钢管圈及钢管安装件，在大轮外围圆周等间距地开有若干凹槽用于安装小轮，大轮的外圈端面上开有半圆形凹槽，通过钢管安装件把钢管圈嵌入半圆形凹槽固定在大轮上，串在钢管圈上的若干小轮则分别嵌入于大轮外围的的凹槽内，小轮的轴线与大轮的轴线垂直，小轮与大轮之间留有活动间隙。本发明制作简单，成本低廉，安装了本发明全方位轮的机器人，除了可沿大轮转动的方向前进运动，还可以凭借小轮的侧向滚动而横向移动，这两个运动可组合成任意方向的运动，同时可以通过调整小轮数量，减小全方位轮运动时产生的振动，更具有实际应用价值。

Description

全方位轮
技术领域
本发明涉及一种全方位轮，用于全方位移动机器人，可实现机器人任意方向的平动与转动，使得机器人在二维平面上运动时具有三个自由度，运动性能优于传统移动机器人。属机器人技术领域。
背景技术
轮式移动机器人由于控制简单、移动灵活，已经被广泛应用于人类的生产、生活实践中，比如双轮差速移动机器人，是其中应用最广泛的一种移动方式；而全方位移动机器人作为完整约束系统，采用全方位轮这种特殊的机构，在2维平面上具有3个自由度，可以沿任意方向同时作平动与转动，在保持姿态不变的情况下，可以完成任意方向的移动，它非常适合工作在空间狭窄有限、对机器人的机动性要求高的场合中，正是由于全方位移动机器人拥有比双轮差速更灵活的运动性能，已经被应用于许多领域，如全方位移动轮椅、RoboCup比赛(机器人足球世界杯赛)等。
移动机器人由移动机构、传感器和控制器等组成.其中移动机构是移动机器人运动的基础，而作为实现全方位移动机器人特殊运动性能的移动机构——全方位轮的设计是全方位移动机器人研究的一个关键技术。由于在很多场合需要机器人平稳运动，因此要求全方位轮在运动过程中，尽量减少径向、轴向振动，以满足要求。全方位轮的好坏，直接影响机器人的控制以及最终的运动效果。
现有全方位轮包括球轮、偏心轮、正交轮、麦卡纳姆轮等，为了提高轮子运动时的性能，传统全方位轮的设计非常复杂，从而影响了实际使用的价值，妨碍了全方位移动机器人技术的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新型结构的全方位轮，能使移动机器人快速、灵活的平动和旋转，减少运动时的振动。
为实现这一目的，本发明设计的全方位轮，包括大轮、若干相同的小轮、钢管圈及钢管安装件，大轮的轴孔与驱动轴连接，在大轮外围圆周等间距地开有若干凹槽用于安装小轮，大轮的外圈端面上开有半圆形凹槽，半圆形凹槽半径与钢管圈半径相等，通过钢管安装件把钢管圈嵌入半圆形凹槽固定在大轮上，串在钢管圈上的若干小轮则分别嵌入于大轮外围的的凹槽内，小轮的轴线与大轮的轴线垂直，同时小轮外圈包络线为一个圆，小轮与大轮之间留有活动间隙。
本发明中，钢管安装件作为大轮与钢管圈的安装组件，用于固定钢管圈。待小轮串在钢管圈上后，将钢管圈嵌入到大轮外圈端面上的半圆形凹槽内，将小轮子嵌入大轮外围圆周的等间距凹槽内，从而钢管圈既达到了固定小轮子的目的，同时也是小轮子的转动轴。采用钢管安装件可以保证钢管圈更加牢固，且可以分隔各个小轮。为了小轮运转灵活，应确保小轮与大轮之间留有一定间隙。
安装了本发明的全方位轮的机器人，除了可沿大轮转动的方向前进运动，还可以凭借小轮的侧向滚动而横向移动，这两个运动就可以组合成任意方向的运动。
本发明设计的全方位轮在满足全方位移动机器人性能的前提下，制作简单，成本低廉，更具有实际应用价值。组成零件如不锈钢管圈(由钢管弯曲而成)、小轮等都是市面上流通的通用配件，提高了该全方位轮的使用普及性。同时由于小轮通过钢管圈安装，因此可以很方便地调整改变小轮数量，比如对轮子转动时的振动有要求时，可以增加小轮子，以达到减小全方位轮在运动时的振动。采用多个本发明的全方位轮作为驱动的机器人可实现全方位的移动，特别适用在足球机器人竞赛等需要机器人具有轻型灵巧、快速变向等特性的场合。
附图说明
图1为本发明全方位轮的结构示意图。
图1中，1为大轮，2为小轮，3为钢管圈，4为钢管安装件，5为小轮与大轮之间的活动间隙。
图2为本发明全方位轮应用于全方位机器人的示意图。
图2左，机器人实现平动。图2右，机器人实现转动。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的全方位轮正视图如图1所示，包括大轮1、若干相同的小轮2、钢管圈3及钢管安装件4，大轮1的轴孔与驱动轴连接，在大轮1的外围圆周等间距地开有若干凹槽用于安装小轮，大轮1外圈的端面上开有半圆形凹槽，半圆形凹槽半径与钢管圈3半径相等，通过钢管安装件4把钢管圈3嵌入半圆形凹槽固定在大轮1上，串在钢管圈3上的若干小轮2分别嵌入于大轮1外围的的凹槽内，小轮2的轴线与大轮1的轴线垂直，小轮2与大轮1之间留有活动间隙5。
待小轮子串在钢管圈上后，将小轮子嵌入在凹槽内，并将钢管圈嵌在半圆形槽内，从而钢管圈既达到了固定小轮子的目的，同时也是小轮子的转动轴。为了保证钢管圈更加牢固，在小轮子与小轮子之间安装上钢管安装件，同时为了小轮子运转灵活，确保小轮子与大轮子之间留有一定间隙。
本发明中，钢管安装件4作为大轮1与钢管圈3的安装组件，用于固定钢管圈3，小轮2串在钢管圈3上后，将钢管圈3嵌入到大轮1外圈端面上的半圆形凹槽内。安装好后，小轮2与大轮1有一定间隙，运动时小轮2以钢管圈3为轴作从动旋转。钢管安装件4的作用有二个：a)把钢管圈3安装到大轮1上；b)为各个小轮2作分隔用。
本发明的全方位轮的应用方式如图2所示：
图2所示的全方位移动机器人使用了四个本发明的全方位轮。
图2左中，四轮以不同的速度转动，可实现机器人姿态不变的平移。
图2右中，四轮转速的另一种配合，可实现机器人的自转。
由分析所知，机器人的平移方向的改变、姿态的变化，只需要改变四个轮子的转速，因此4个轮子不同的速度配合，移动机器人可以获得不同的运动。

Claims (1)

1、一种全方位轮，其特征在于包括大轮(1)、若干相同的小轮(2)、钢管圈(3)及钢管安装件(4)，大轮(1)的轴孔与驱动轴连接，在大轮(1)外围圆周等间距地开有若干凹槽用于安装小轮(2)，大轮(1)外圈端面上开有半圆形凹槽，半圆形凹槽半径与钢管圈(3)半径相等，通过钢管安装件(4)把钢管圈(3)嵌入半圆形凹槽固定在大轮(1)上，串在钢管圈(3)上的若干小轮(2)分别嵌入于大轮(1)外围的的凹槽内，小轮(2)的轴线与大轮(1)的轴线垂直，小轮(2)与大轮(1)之间留有活动间隙(5)。
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