CN207257871U - 全向球轮驱动无车把自平衡自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全向球轮驱动无车把自平衡自行车，包括车架、前球轮驱动装置和后车轮支撑机构，前球轮驱动装置包括前车球架、球轮和驱动球轮万向转动的球轮驱动机构，前车球架的上部安装于车架前端，前车球架的下部为连接的球罩和球箍，球罩罩住球轮的上半球，所述球箍套托在球轮下半球的上部，球罩与上半球之间通过球弧形滚珠副滚动连接，球箍与下半球之间通过圆周均布的牛眼轮滚动连接；球轮驱动机构包括于球罩上圆周均布的三个单排全向轮，单排全向轮穿过球罩上的开口与球轮上半球面垂直相切，各单排全向轮的驱动为对应设置在前车球架上部的直流减速编码电机。本实用新型灵活度高、转弯半径小、稳定性好，可以走出任意的曲线运动。

Description

全向球轮驱动无车把自平衡自行车

技术领域

本实用新型涉及自行车机器人机构，具体为一种全向球轮驱动无车把自平衡自行车。

背景技术

自行车是由车架、车轮、车叉、脚踏、链条等结构部件组成，其车轮前、后排布，具有结构简单、体型小巧、快速灵活等特点，相比四轮汽车，它可以在一些比较狭窄的道路上行驶，能够更加方便人们的出行，是一种人们广为使用的代步运输工具。

自平衡自行车平衡原理为是用一种自动平衡系统使车子保持平衡。

目前，具有代表性的自平衡自行车有电动自行车Lit Motors C-1以及智能自行车“DuBike”等。其中，电动自行车“C-1”是Lit Motors公司在2014年推出的商业化载人交通工具，它的车体底部装有两个高速旋转地飞轮，根据陀螺仪原理，只要按一定的规律驱动飞轮进动就可以产生陀螺力矩来保持车体的侧向平衡；智能自行车“DuBike”是百度公司在2015年公布的一款在研智能自行车，迄今为止它可以依靠遥控车把转向来保持车体的侧向平衡。

上述自平衡自行车体现了一定的自动平衡和转向能力。然而，就机构而言，现有的自行车均采用双轮前、后排布及有车把的结构，这样的设计会加大车体的转弯半径，也会增加车身整体的横向宽度，而且传统的轮式自平衡自行车由于受到驱动轮运动方式的限制，很难在小范围内实现灵活地全方位移动。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出了一种车体转弯半径小、车身整体横向尺寸小、运动灵活性强的全向球轮驱动无车把自平衡自行车。

能够解决上述技术问题的全向球轮驱动无车把自平衡自行车，其技术方案包括基于车架设置的前球轮驱动装置和后车轮支撑机构，其中

1、所述前球轮驱动装置包括基于前车球架设置的球轮以及驱动球轮万向转动的球轮驱动机构，所述前车球架的上部安装于车架前端，前车球架的下部为上、下连接的半球球罩和球箍，所述球罩罩住球轮的上半球，所述球箍套托在球轮下半球的上部，球罩与上半球之间通过球弧形滚珠副滚动连接，球箍与下半球之间通过水平圆周均布的牛眼轮滚动连接；所述球轮驱动机构包括于球罩上圆周均布的三个单排全向轮，各单排全向轮穿过球罩上对应的开口与球轮上半球面垂直相切(即可以摩擦方式带动球轮滚动)，三个单排全向轮的旋转中心线向上汇交于一点，汇交点处于球轮的竖直回转中心线上，各单排全向轮的驱动为对应设置在前车球架上部的直流减速编码电机。

2、所述后车轮支撑机构包括安装于后车叉下部叉体内的后车轮，所述后车叉的上部安装于车架后端。

上述结构中，三个单排全向轮通过对应的直流减速编码电机分别进行驱动，而球体的运动通过三个单排全向轮摩擦驱动，三个单排全向轮产生的速度矢量可以合成为空间中任意方向的速度矢量，即能产生侧向的速度矢量使车体保持侧向平衡，又能产生前、后的速度矢量使车体前、后移动，从而实现球体的全方位运动。

一种较为稳固的前车球架上部结构包括竖杆和围绕竖杆圆周均布的斜杆，所述竖杆的上端安装于车架前端，竖杆的下端安装连接球罩，各竖杆的上端固连竖杆，各竖杆的下端固连球罩、或固连球箍、或固连球罩与球箍的连接部位。

所述球罩和球箍连接部位的一种结构包括上、下法兰圈，上法兰圈设于球罩上，下法兰圈设于球箍上，上、下法兰圈之间通过螺栓组件连接。

所述球弧形滚珠副的一种结构包括滚珠支架和滚珠，所述滚珠支架为安装于球罩底部的球弧形悬架，所述滚珠安装于滚珠支架上的滚珠转动孔位内，滚珠的上、下部珠体分别与球罩底部和球轮的上半球面滚动接触。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型全向球轮驱动无车把自平衡自行车采用无车把结构设计，减小了车身的横向尺寸，车身体型小巧，操作简便。

2、本实用新型采用三个单排全向轮驱动球轮的方式，可实现车体的横向转弯和纵向前行，这种转向方式灵活度高，转弯半径小，稳定性好，可以在小空间内灵活移动，可以走出任意的曲线运动

3、本实用新型中，三个单排全向轮经直流减速编码电机的驱动能够产生三个不同方向的速度矢量，这三个不同方向的速度矢量可以合成为空间中任意方向的速度矢量，从而实现球轮的全方位运动。

4、本实用新型中，车架与前车球架和后车叉固连为一体，具有机构设计简单、加工装配性好等优点。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的主视图。

图2为图1中的A—A剖视图。

图3为图1、图2实施方式中弧形滚珠副的结构图。

图号标识：1、车架；2、球轮；3、直流减速编码电机；4、球罩；5、球箍；6、球弧形滚珠副；6-1、滚珠支架；6-2、滚珠；7、牛眼轮；8、单排全向轮；9、后车叉；10、后车轮；11、竖杆；12、斜杆；13、上法兰圈；14、下法兰圈；15、电机座板。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实用新型全向球轮驱动无车把自平衡自行车，其结构包括车架1和前球轮驱动装置以及后车轮支撑机构。

所述车架1采用“U”型架，其前端高且向前伸展(可作为扶板)、后端低且向后伸展(可作为座板)，如图1所示。

所述前球轮驱动装置设于车架1的前伸展端下方，包括前车球架、球轮2和球轮驱动机构。所述前车球架的上部份由竖杆11和圆周分布在竖杆11周围的斜杆12构成，前车球架的下部份包括上、下位置的半球球罩4和球箍5，所述球罩4和球箍5之间通过上法兰圈13和下法兰圈14连接固定，所述球轮2设于球罩4和球箍5之间，球轮2的上半球与球罩4之间通过球弧形滚珠副6滚动连接，所述球箍5套托在球轮2下半球的上部，球轮2与球箍5上水平圆周局部的牛眼轮7滚动连接，所述竖杆11的上端连接在车架1的前伸展端底部，竖杆11的下端连接在球罩4顶部，各斜杆12的上端连接在竖杆11的上部杆体上，各斜杆12的下端连接在上法兰圈13上，如图1、图2所示。

所述球轮驱动机构包括球罩4上圆周均布的三个单排全向轮8，各单排全向轮8穿过球罩4上对应的开口(应避开球弧形滚珠副6)与球轮2的上半球面垂直相切接触，三个单排全向轮8的旋转中心线向上汇交于一点，汇交点处于球轮2的竖直回转中心线上；各单排全向轮8的驱动为对应的直流减速编码电机3，各直流减速编码电机3通过对应设置的斜向电机座杆安装于竖杆11与斜杆12之间的横向电机座板15上，如图1、图2所示。

所述球弧形滚珠副6包括滚珠支架6-1和滚珠6-2，所述滚珠支架6-1为安装于球罩4底部的球弧形悬架，所述滚珠6-2安装于滚珠支架6-1上的滚珠转动孔位内，滚珠6-2的上、下部珠体均露出滚珠支架6-1并分别与球罩4底部和球轮2的上半球面滚动接触，如图2、图3所示。

所述后车轮支撑机构设于车架1的后伸展端下方，包括后车叉9和后车轮10，所述后车叉9的上部杆体固连在车架1后伸展端的底部，所述后车轮10安装于后车叉9下部的叉体内，如图1所示。

本实用新型的运行方式为：

1、当自平衡自行车直线前进或后退时，三个直流减速编码电机3分别驱动各自对应的单排全向轮8转动，三个单排全向轮8产生的三个速度矢量最终合成为自行车纵向方向的速度矢量，从而驱动球轮2前、后转动而实现自平衡自行车的直线前进或后退。

2、当自平衡自行车需要进行转弯时，三个直流减速编码电机3分别驱动各自对应的单排全向轮8转动，三个单排全向轮8产生的三个速度矢量最终合成与自行车纵向方向有一定夹角的速度矢量，从而驱动球轮2实现自平衡自行车的转弯。

Claims (4)

1.全向球轮驱动无车把自平衡自行车，其特征在于：包括基于车架(1)设置的前球轮驱动装置和后车轮支撑机构，其中

①、所述前球轮驱动装置包括基于前车球架设置的球轮(2)以及驱动球轮(2)万向转动的球轮驱动机构，所述前车球架的上部安装于车架(1)前端，前车球架的下部为上、下连接的半球球罩(4)和球箍(5)，所述球罩(4)罩住球轮(2)的上半球，所述球箍(5)套托在球轮(2)下半球的上部，球罩(4)与上半球之间通过球弧形滚珠副(6)滚动连接，球箍(5)与下半球之间通过水平圆周均布的牛眼轮(7)滚动连接；所述球轮驱动机构包括于球罩(4)上圆周均布的三个单排全向轮(8)，各单排全向轮(8)穿过球罩(4)上对应的开口与球轮(2)上半球面垂直相切，各单排全向轮(8)的旋转中心线向上汇交于一点，汇交点处于球轮(2)的竖直回转中心线上，各单排全向轮(8)的驱动为对应设置在前车球架上部的直流减速编码电机(3)；

②、所述后车轮支撑机构包括安装于后车叉(9)下部叉体内的后车轮(10)，所述后车叉(9)的上部安装于车架(1)后端。

2.根据权利要求1所述的全向球轮驱动无车把自平衡自行车，其特征在于：所述前车球架的上部包括竖杆(11)和围绕竖杆(11)圆周均布的斜杆(12)，所述竖杆(11)的上端安装于车架(1)前端、下端安装连接球罩(4)，各竖杆(11)的上端固连竖杆(11)，各竖杆(11)的下端固连球罩(4)、或固连球箍、或固连球罩(4)与球箍(5)的连接部位。

3.根据权利要求2所述的全向球轮驱动无车把自平衡自行车，其特征在于：所述球罩(4)和球箍(5)连接部位的结构包括上、下法兰圈(13、14)，上法兰圈(13)设于球罩(4)上，下法兰圈(14)设于球箍(5)上，上、下法兰圈(13、14)之间通过螺栓组件连接。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的全向球轮驱动无车把自平衡自行车，其特征在于：所述球弧形滚珠副(6)包括滚珠支架(6-1)和滚珠(6-2)，所述滚珠支架(6-1)为安装于球罩(4)底部的球弧形悬架，所述滚珠(6-2)安装于滚珠支架(6-1)上的滚珠转动孔位内，滚珠(6-2)的上、下部珠体分别与球罩(4)底部和球轮(2)的上半球面滚动接触。