CN208962774U - 一种特制的新型全向轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种特制的新型全向轮，包括轮毂(100)，均匀地设于轮毂(100)圆周上的多个独立的转动组件(200)；转动组件(200)包括可拆卸地连接于轮毂(100)圆周上的固定座结构(210)，固设于固定座结构(210)上的转轴(220)，以及转动套设于转轴(220)上的辊体(230)；每个辊体(230)的轴线与轮毂(100)的轴线之间形成夹角，相邻的两个转动组件(200)的辊体(230)相互邻近。本实用新型提供的技术方案，可提高轮子的承载能力和辊体的抗疲劳性，还可简化加工和安装过程。

Description

一种特制的新型全向轮

技术领域

本实用新型涉及轮式移动设备技术领域，特别是涉及一种特制的新型全向轮。

背景技术

对于全向移动机构来说，全向轮是其现实运动的核心部件。目前，全向轮作为一种研究方向，类型广泛，几种较流行的全向轮有万向轮、瑞士轮及MECANUM轮(即麦克纳姆轮)。其中，万向轮是生活中经常见到的一种全向轮，可用作活动脚轮，常见的手推车和吊车有很多就是使用这种轮子。万向轮结构简单，操作方便；但缺点就是承载能力不强，不易实现电气化驱动。此外，瑞士轮也是一种全向轮，在目前国内开展的足球机器人中应用较多，其包括轴线相对垂直的轮毂和辊子，当轮毂转动时辊子可以自由转动，若干个瑞士轮通过适当组合便可以构成平面上具有三个自由度的全向移动机构。瑞士轮适合于载荷不大的情况，的缺点是灵活性不够，对路面的要求高。

此外，MECANUM轮(即麦克纳姆轮)，最早是有瑞典MECANUM公司提出的，是目前应用较为广泛的一种全向移动轮，将多个MECANUM轮以一定的方式组合在一起就能实现全向移动。麦克纳姆轮的结构比较复杂，加工精度要求高，但移植性强，在工业和军事领域有广泛的应用，尤其是对于大吨位的结构具有很强的承载能力，有很大的应用前景和研究意义。麦克纳姆轮一般包括轮毂和辊子等，辊子安装在轮毂外周侧，辊子的轴线与轮毂的轴线成一定角度，每个辊子不仅可以绕轮毂公转，而且在地面摩擦力的作用下可绕自身自转，通过调节轮毂的速度可以改变辊子的中心、以及棍子速度的大小和方向。因此，若干麦克纳姆轮按一定规则组成的轮组系统，通过改变轮毂的速度的线性组合，进而控制运动系统中心合速度的大小和方向，可使轮组系统在平面上实现全方位的运动。但是，传统技术中的麦克纳姆轮由于结构关系，导致轮子承载能力比较小，辊子的抗疲劳性较差，长时间运动会发生疲劳断裂，同时加工和安装方式都比较困难。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供一种特制的新型全向轮，可提高轮子的承载能力和辊体的抗疲劳性，还可简化加工和安装过程。

为达到上述目的，本实用新型提出如下技术方案：

一种特制的新型全向轮，包括轮毂，均匀地设于所述轮毂圆周上的多个独立的转动组件；

所述转动组件包括可拆卸地连接于所述轮毂圆周上的固定座结构，固设于所述固定座结构上的转轴，以及转动套设于所述转轴上的辊体；每个所述辊体的轴线与所述轮毂的轴线之间形成夹角，相邻的两个所述转动组件的辊体相互邻近。

其进一步技术方案如下：

在其中一个实施例中，所述固定座结构包括固定座主体，以及分别突出于所述固定座主体两端的支撑部；

所述转轴的两端分别固定于两个所述支撑部上，所述辊体位于两个所述支撑部之间，且所述辊体与所述固定座主体对应、并与所述固定座主体之间具有间隙。

在其中一个实施例中，所述固定座结构还包括设于所述支撑部上的限位槽，所述转轴卡设于所述限位槽中；

所述转动组件还包括紧固于所述转轴端部和支撑部上的固定螺钉。

在其中一个实施例中，所述转轴的端部一侧设有第一固定平面，所述第一固定平面处开设有贯穿所述转轴的第一固定孔；

所述支撑部的限位槽处开设有与所述第一固定孔对应的第二固定孔，所述固定螺钉穿设紧固于所述第一固定孔和所述第二固定孔处。

在其中一个实施例中，所述固定座结构包括设于所述固定座主体底部的底座连接部，所述底座连接部固定于所述轮毂上。

在其中一个实施例中，所述辊体包括转动套设于所述转轴上的辊芯，以及包设于所述辊芯外、并与所述固定座结构之间具有间隙的轮胎层；

所述辊芯和所述轮胎层均设置为变径结构，且所述辊芯的两端直径均小于其中间直径，所述轮胎层的两端直径均小于其中间直径。

在其中一个实施例中，所述辊芯表面开设有多个辊槽，所述轮胎层内侧突出设有多个连接凸起，所述连接凸起对应嵌设于所述辊槽中。

在其中一个实施例中，所述转动组件还包括设于所述转轴与辊体之间的滑动轴承。

此外，本实用新型还提出一种驱动轮结构，包括如上所述的特制的新型全向轮，以及与所述特制的新型全向轮连接的驱动结构；

所述驱动结构包括驱动电机，以及与所述驱动电机连接的减速器，所述减速器与所述特制的新型全向轮连接。

此外，本实用新型还提出一种全向移动设备，包括多个如上所述的驱动轮结构，以及设于多个所述驱动轮结构上的车架。

本实用新型提供的技术方案中，通过对特制的新型全向轮的结构进行改进，通过设置单独的可拆卸地安设于轮毂上的固定座结构对辊体进行支撑，以及设置可拆卸地可自由转动的辊体，形成独立的可拆卸的具有新型结构的转动组件，便于对特制的新型全向轮进行加工和组装，同时也使得转动组件的辊体和固定座结构具有更好的承载能力，可提高轮子的承载能力和辊体的抗疲劳性。此外，还可以增加具有这种特制的新型全向轮的驱动轮结构和全向移动设备的承载能力，运动连续性好，可提高整个系统的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所述特制的新型全向轮的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述特制的新型全向轮的转动组件的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述特制的新型全向轮的转动组件的前视透视结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	轮毂	200	转动组件
210	固定座结构	212	固定座主体
				214	支撑部	216	底座连接部
220	转轴	230	辊体
				232	辊芯	234	轮胎层
236	滑动轴承	240	固定螺钉

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1所示，本实用新型提出一种特制的新型全向轮，包括轮毂100，均匀地设于该轮毂100圆周上的多个(包括两个及两个以上)独立的转动组件200。这些转动组件200倾斜设置于该轮毂100的圆周侧，形成一种新型的麦克纳姆轮。这些转动组件200可单独进行加工和装配，最后再安设于轮毂100上，可便于对特制的新型全向轮进行加工和组装，同时也使得转动组件200具有更好的承载能力，可提高轮子(即特制的新型全向轮)的承载能力和转动组件的抗疲劳性。

具体地，上述轮毂100包括用于与其他结构进行连接的内圈，以及设于该内圈周侧外的外圈，该外圈用于安设这些转动组件200。即上述的转动组件200均匀地安设在轮毂100的外圈外侧，且均向一侧倾斜设置，具体的倾斜角度可与传统技术中的麦克纳姆轮的辊体的倾斜角度相同或近似(即本实用新型提出的特制的新型全向轮的原理与传统技术中的麦克纳姆轮的原理相同)。而且，上述轮毂100还可包括连接于内圈和外圈之间的多个轮辐，这些轮辐可连接设于外圈的侧边或者中部，一方面可以减轻轮毂100的体积和重量，另一方面便于将转动组件200连接到外圈上。而且，为了方便将这些转动组件200可拆卸地安装到轮毂100的外圈上，可在转动组件200上设置底座连接部216，并在外圈上设置对应的组件连接孔，利用连接螺钉从外圈内侧穿过组件连接孔并穿入底座连接部216中，从而将转动组件200固定在轮毂100的外圈上。连接过程中，可将转动组件200倾斜放置，使连接在轮毂100上的转动组件200相对于轮毂100的轴线呈倾斜状态。

而且，如图2至图3所示，上述转动组件200包括可拆卸地连接于上述轮毂100的外圈的圆周外侧的固定座结构210，固设于该固定座结构210上的转轴220，以及转动套设于该转轴220上的辊体230。在该特制的新型全向轮转动过程中，转动组件200的辊体230也可以绕转轴220自由转动。通过对特制的新型全向轮的结构进行改进，即通过设置单独的可拆卸地安设于轮毂100上的固定座结构210、对辊体230进行支撑，以及设置可拆卸地可自由转动的辊体230，形成独立的可拆卸的具有新型结构的转动组件200，便于对特制的新型全向轮进行加工和组装，同时也使得转动组件200的辊体230和固定座结构210具有更好的承载能力，可提高轮子的承载能力和辊体230的抗疲劳性。而且，每个辊体230的轴线与轮毂100的轴线之间形成夹角，这样使得特制的新型全向轮转动过程中，会产生两个方向的转动速度分量，再配合多个其他的特制的新型全向轮就可以实现不同方向的移动。而且，相邻的两个转动组件200的辊体相互邻近(指相邻的两个辊体靠的很近，可以实现二者之间的平稳过渡，但是二者之间又具有间隙而不影响二者的自由转动)，使得特制的新型全向轮转动过程中，可以从一个转动组件200平稳地过渡到另一个转动组件200，使得特制的新型全向轮转动平稳可靠。

进一步地，上述固定座结构210包括固定座主体212，以及分别突出于该固定座主体212两端的支撑部214。而且，上述转轴220的两端分别固定于两个支撑部214上，而套设于转轴220上的辊体230位于两个支撑部214之间，且辊体230与固定座主体212对应、并与固定座主体212之间具有间隙。这样，可使固定座结构210形成U形结构，便于将转轴220及辊体230设置在该固定座结构210的U形槽内。通过U形的固定座结构210从两端(即两个支撑部214)对转轴220及辊体230进行支撑，使转轴220和辊体230受力均匀，提高单个辊体230和转动组件200的承载能力，并利用固定座结构210的U形槽对转轴220和辊体230进行保护。而且，通过设置单独的固定座结构210，便于将转动组件200安设于轮毂100的外圈上，同时也便于对固定座结构210进行加工制作，也便于对转轴220和辊体230进行加工和组装。此外，为了便于辊体230的转动(即相邻的辊体230相互之间不易发生干涉)，还可使得固定座主体212的宽度值不大于辊体230的最大直径值；同时，还为了使固定座结构210具有足够的承载能力，还可使得固定座主体212的宽度值不小于辊体230的最小直径值。

而且，上述底座连接部216设于固定座结构210的固定座主体212底部，该底座连接部216通过连接螺钉固定于轮毂100的外圈上的组件连接孔处。此外，为了便于将固定座主体212连接于外圈上，还可使底座连接部216突出于固定座主体212底部，并形成凸台结构。此外，为了方便连接，还可在该底座连接部216上设置底座连接孔，该底座连接孔与组件连接孔对应，便于通过连接螺钉进行连接紧固。而且，为了使固定座主体212与轮毂100的外圈连接更紧密，可将固定座主体212底部或/和底座连接部216设置为弧形，与轮毂100的外圈圆周面贴合，使固定座主体212与外圈连接紧密可靠。

而且，上述固定座结构210还包括设于支撑部214上的限位槽，转轴220的端部卡设于该限位槽中。这种限位槽是指开设于支撑部214上的顶部(指支撑部背对固定座主体的一侧)开口的支撑孔结构，使得转轴220可从限位槽的顶部开口位置放置到该支撑孔结构中，从而将转轴220卡设在支撑部的限位槽中。通过在固定座结构210的端部设置的支撑部上开设限位槽，可以对转轴220的端部进行限位和固定，以从两端将转轴220固定在两端的限位槽中。而且，该限位槽的槽壁设置为圆弧形壁，可与转轴220的圆周面贴合。而且，还可以使限位槽的直径值略小于转轴220的直径值，便于将转轴220卡紧于限位槽中(形成过盈配合)。

此外，上述转动组件200还可包括紧固于转轴220端部和支撑部214上的固定螺钉240。即通过在转轴220两端分别设置一个固定螺钉240，将转轴220两端分别固定在固定座结构210的两个支撑部214上，使得转轴220在轮子和辊体230转动的过程中保持静止。这样，转轴220可通过限位槽固定在U型固定座结构210上，然后通过固定螺钉240拧紧，保证转轴220连接紧密牢固和受力均匀。而且，在安装转轴220和辊体230的过程中，可以从上往下直接放置，方便更换，保证转轴220运行过程中不发生转动，整个设计使安装更加方便，转轴220和辊体230受力更均匀。

进一步地，上述转轴220的端部一侧(指面向限位槽顶部开口的一侧)设有第一固定平面(使转轴的端部形成扁圆形)，该第一固定平面处开设有沿径向贯穿转轴的第一固定孔。而且，上述支撑部的限位槽处开设有与第一固定孔对应的第二固定孔，该第二固定孔由限位槽的顶部开口方向向固定座主体212方向延伸。上述固定螺钉240穿设紧固于第一固定孔和第二固定孔处，从而从转轴220端部将转轴220固定在支撑部214上。而且，通过在转轴220端部设置第一固定平面，便于在此处开设第一固定孔，也便于使固定螺钉的头部紧贴于该第一固定平面上，从而将固定螺钉240紧固于转轴上。此外，还可在转轴220的端部另一侧设置与第一固定平面背对的第二固定平面(使转轴的端部形成为扁平状)，并使第一固定孔穿过该第一固定平面和第二固定平面。同时，还可在限位槽的底壁处设置与第二固定平面面对的第三固定平面(同样可使限位槽形成为扁平状)，并将第二固定孔开设于该第三固定平面处。这样，在安设转轴220于支撑部214的限位槽的过程中，可以使转轴220端部的下侧面(即第二固定平面)与第三固定平面贴合紧密，可以更好地对转轴220进行固定以防止转轴发生转动。

此外，上述辊体230可包括转动套设于转轴220上的辊芯232，以及包设于该辊芯232外、并与固定座结构210之间具有间隙的轮胎层234。而且，该轮胎层234与地面接触，采用具有一定硬度的聚氨酯材料制作而成，具有一定的强度和柔韧性，并具有良好的摩擦力；辊芯232设为金属结构，使得辊体230具有良好的强度和刚度。而且，轮胎层234和辊芯232通过包胶工艺联合在一起，连接紧密可靠，使得辊体230具有良好的强度刚度及柔软性，具有较高的承载能力和良好的抗疲劳能力，可提高其使用寿命。而且，该辊芯232的表面开设有多个辊槽，而该轮胎层234的内侧面突出设有多个连接凸起，该连接凸起对应嵌设于辊槽中，从而可将二者牢固地连接在一起。此外，轮胎层234的外表面也设置有多个轮胎凸起，可以增大其摩擦力。

而且，上述辊芯232和轮胎层234均可设置为变径结构，且辊芯232的两端直径均小于其中间直径，轮胎层234的两端直径均小于其中间直径。这样，可使得辊体230形成两端小中间大的纺锤形结构。而且，辊芯232和轮胎层234的直径是逐渐过渡变化的，使得辊体230形成变径的长圆柱状，受力均匀可靠。而且，当特制的新型全向轮的半径和宽度一定时，辊体230最小半径值越小，最大半径处也越小，辊体呈细长状，辊体数目越多；随着最小半径增大，辊体数目减少，辊体呈短粗状。当辊体数目较多时，特制的新型全向轮的运动连续性越好，运行越平稳，但最小半径处强度不足，尤其是当从一个辊体过渡到另一个辊体时，其最小半径附近承受施加在特制的新型全向轮上的几乎全部的力，容易造成磨损变形，影响辊体的使用寿命；当辊体数目较少时，特制的新型全向轮轴向外廓包络性差，不能形成理想的圆周，影响整个系统的稳定性。因此，可根据轮毂及整个特制的新型全向轮的具体的直径和宽度，对辊体数量经行优选使辊体数量处于合理范围内，对辊体结构进行优化使辊体的最大半径和最小半径处于合理范围内，提升单个辊体的承载能力，保证特制的新型全向轮在整个运行过程中的受力均匀和冲击较小，使特制的新型全向轮运行时具有良好的平稳性和较高的承载能力。

此外，上述转动组件200还可包括设于转轴220与辊体230之间的滑动轴承236，使辊体230在转轴220上的转动更加自由稳定。而且，可以在转轴220的两端分别设置一个滑动轴承236，从辊体230两端对其进行滑动支撑，转动更加方便自由。

此外，本实用新型还提出一种驱动轮结构，包括如上所述的特制的新型全向轮，以及与该特制的新型全向轮连接的驱动结构。而且，该驱动结构可包括驱动电机，以及与该驱动电机连接的减速器，该减速器与上述特制的新型全向轮连接。通过驱动电机可以驱动特制的新型全向轮运转，而通过减速器可以对驱动电机的输出速度和转矩进行调整。而且，设置有上述特制的新型全向轮的驱动轮结构，具有良好的稳定性和较高的承载能力。

此外，本实用新型还提出一种全向移动设备，包括多个如上所述的驱动轮结构，以及设于多个驱动轮结构上的车架。通过将多个具有特制的新型全向轮的驱动轮结构组装在一起，并在多个驱动轮结构上设置车架，形成一种具有全向移动能力的运输设备或机器人。通过每个驱动轮结构的驱动电机对其特制的新型全向轮进行单独控制，可使该全向移动设备实现各个方位的移动，运动稳定可靠，承载能力高。

本实用新型提供的技术方案中，通过设置包括有轮毂、辊体、U型支撑架(即固定座结构)及转轴等等结构形成的特制的新型全向轮，并通过该特制的新型全向轮形成驱动轮结构和全向移动设备，使得这种特制的新型全向轮加工制作安装拆卸简单方便，还可提高特制的新型全向轮的承载能力和运动连续性。而且，还可以增加具有这种特制的新型全向轮的驱动轮结构和全向移动设备的承载能力，运动连续性好，可提高整个系统的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种特制的新型全向轮，其特征在于，包括轮毂(100)，均匀地设于所述轮毂(100)圆周上的多个独立的转动组件(200)；

所述转动组件(200)包括可拆卸地连接于所述轮毂(100)圆周上的固定座结构(210)，固设于所述固定座结构(210)上的转轴(220)，以及转动套设于所述转轴(220)上的辊体(230)；每个所述辊体(230)的轴线与所述轮毂(100)的轴线之间形成夹角，相邻的两个所述转动组件(200)的辊体(230)相互邻近。

2.根据权利要求1所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述固定座结构(210)包括固定座主体(212)，以及分别突出于所述固定座主体(212)两端的支撑部(214)；

所述转轴(220)的两端分别固定于两个所述支撑部(214)上，所述辊体(230)位于两个所述支撑部(214)之间，且所述辊体(230)与所述固定座主体(212)对应、并与所述固定座主体(212)之间具有间隙。

3.根据权利要求2所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述固定座结构(210)还包括设于所述支撑部(214)上的限位槽，所述转轴(220)卡设于所述限位槽中；

所述转动组件(200)还包括紧固于所述转轴(220)端部和支撑部(214)上的固定螺钉(240)。

4.根据权利要求3所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述转轴(220)的端部一侧设有第一固定平面，所述第一固定平面处开设有贯穿所述转轴(220)的第一固定孔；

所述支撑部(214)的限位槽处开设有与所述第一固定孔对应的第二固定孔，所述固定螺钉(240)穿设紧固于所述第一固定孔和所述第二固定孔处。

5.根据权利要求2所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述固定座结构(210)包括设于所述固定座主体(212)底部的底座连接部(216)，所述底座连接部(216)固定于所述轮毂(100)上。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述辊体(230)包括转动套设于所述转轴(220)上的辊芯(232)，以及包设于所述辊芯(232)外、并与所述固定座结构(210)之间具有间隙的轮胎层(234)；

所述辊芯(232)和所述轮胎层(234)均设置为变径结构，且所述辊芯(232)的两端直径均小于其中间直径，所述轮胎层(234)的两端直径均小于其中间直径。

7.根据权利要求6所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述辊芯(232)表面开设有多个辊槽，所述轮胎层(234)内侧突出设有多个连接凸起，所述连接凸起对应嵌设于所述辊槽中。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的特制的新型全向轮，其特征在于，所述转动组件(200)还包括设于所述转轴(220)与辊体(230)之间的滑动轴承(236)。