CN209666824U - 全向行走装置及全向行走设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种全向行走装置及全向行走设备。全向行走装置包括滚轮、行走机构和转向机构，行走机构与滚轮连接并能够驱动滚轮滚动，转向机构与行走机构连接并能够通过驱动行走机构转动以带动滚轮转向。全向行走设备包括机架以及设于机架上的若干个全向行走装置，转向机构与机架连接。本实用新型的全向行走装置及全向行走设备兼具行走和万向转向的功能，行走和转向既能够独立进行，又能够同时进行，能够实现整体的前进、后退、左右平移、任意角度侧向平移，绕给定点旋转等复杂动作。

Description

全向行走装置及全向行走设备

技术领域

本实用新型涉及行走装置领域，尤其涉及一种全向行走装置及全向行走设备。

背景技术

各种行走装置中，轮式行走装置具有悠久的历史且相对其他行走装置有较高的效率。普通的轮式行走装置在转向时需要一定的转弯半径，在狭小空间中很难实现转向。

现有技术中，采用万向轮实现原地或小半径转向。万向轮的代表之一就是麦克纳姆轮，麦克纳姆轮的方向灵活，但是结构复杂、制造难度大、成本高，且行走效率较低，很大一部分能量被消耗在非行走方向上，同时由于轮子的转动方向和行走方向长时间不一致，导致轮子磨损严重。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了在一定程度上克服现有技术中存在的问题，提供一种行走效率高、转向灵活的全向行走装置及全向行走设备。

本实用新型提供如下技术方案：

一种全向行走装置，包括滚轮、行走机构和转向机构，所述行走机构与所述滚轮连接并能够驱动所述滚轮滚动，所述转向机构与所述行走机构连接并能够通过驱动所述行走机构转动以带动所述滚轮转向。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述行走机构包括行走驱动组件和行走传动组件，所述行走驱动组件通过所述行走传动组件与所述滚轮连接并能够驱动所述滚轮滚动；

所述转向机构包括转向驱动组件和转向传动组件，所述转向驱动组件通过所述转向传动组件与所述行走驱动件连接并能够驱动所述滚轮转向。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述行走驱动组件包括行走驱动电机，所述转向驱动组件包括转向驱动电机，所述行走驱动电机和所述转向驱动电机的输出轴平行设置，所述转向驱动电机的转子通过所述转向传动组件与所述行走驱动电机的定子连接；

所述行走传动组件和所述转向传动组件之一包括垂直传动副，所述垂直传动副将输入其上的转动垂直输出。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述行走驱动电机和所述转向驱动电机的输出轴均在竖直方向上设置，所述行走传动组件包括所述垂直传动副。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述垂直传动副为具有90°交角的锥齿轮传动副。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述行走传动组件还包括与所述垂直传动副连接的直齿轮传动副，所述直齿轮传动副的高速级与所述行走驱动电机连接，低速级与所述滚轮连接。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述转向传动组件包括直齿轮传动副，所述直齿轮传动副的高速级与所述转向驱动电机的连接，低速级与所述行走驱动电机连接。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述全向行走装置还包括支架，所述行走机构和所述滚轮设于所述支架上，所述转向机构通过驱动所述支架转动以驱动所述滚轮转向。

作为所述的全向行走装置的进一步可选的方案，所述支架至少将所述行走机构的传动结构罩设于其中；

和/或，所述滚轮的转轴与所述支架之间设有滚动轴承。

作为对上述技术方案的进一步延伸，本实用新型还提供一种全向行走设备，包括机架以及设于所述机架上的若干个上述任一种全向行走装置，所述转向机构与所述机架连接。

本实用新型的全向行走装置及全向行走设备具有如下有益效果：

转向机构的驱动为360°驱动，能够驱动滚轮万向转向，转向机构和行走机构能够独立运作，由于转向机构的万向驱动，能够使得全向行走装置既能够实现小半径转向，还能够向任意方向平移。同时全向行走装置兼具行走和万向转向的功能，行走和转向既能够独立进行，又能够同时进行，能够实现整体的前进、后退、左右平移、任意角度侧向平移，绕给定点旋转等复杂动作。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1示出了实施例1提供的全向行走装置的轴测结构示意图；

图2示出了实施例1提供的全向行走装置的右视结构示意图；

图3示出了图2的面A-A的剖面结构示意图；

图4示出了实施例1提供的全向行走装置的主视结构示意图。

主要元件符号说明：

100-滚轮；200-行走机构；210-行走驱动组件；220-行走传动组件；221-垂直传动副；222-第一直齿轮传动副；222a-第一直齿轮；222b-第二直齿轮；300-转向机构；310-转向驱动组件；320-转向传动组件320；321-第二直齿轮传动副；321a-第三直齿轮；321b-第四直齿轮；400-支架；410-安装台；420-壳体。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例提供全向行走装置，是一种轮式行走装置，能够应用于运载装置或机器人上，作为其行走驱动结构。

如图1所示，全向行走装置包括滚轮100、行走机构200和转向机构300。行走机构200与滚轮100连接并能够驱动滚轮100滚动，转向机构300与行走机构200连接并能够通过驱动行走机构200转动以带动滚轮100转向。

由此，行走机构200作动时能够驱动滚轮100滚动达到行走的目的，转向机构300通过整体驱动行走机构200和滚轮100在沿滚轮100径向转动，从而实现滚轮100的转向。由于转向机构300的驱动为360°驱动，因此能够驱动滚轮100万向转向。转向机构300和行走机构200能够独立运作，由于转向机构300的万向驱动，能够使得全向行走装置既能够实现小半径转向，还能够向任意方向平移，从而达到全向行走的效果。

请一并参阅图2～3，行走机构200包括行走驱动组件210和行走传动组件220，行走驱动组件210通过行走传动组件220与滚轮100连接并能够驱动滚轮100滚动。转向机构300包括转向驱动组件310，转向驱动组件310通过转向传动组件320与行走驱动组件210连接并能够驱动滚轮100转向。

设置行走传动组件220和转向传动组件320一方面能够使得行走驱动组件210、转向驱动组件310在全向行走装置中的设置位置更加灵活，无需采用位置固定的直连驱动，对于全向行走装置的结构设置更为有利。

本实施例中，行走驱动组件210包括行走驱动电机，转向驱动组件310包括转向驱动电机。转向驱动电机和行走驱动电机可以选用各种类型的旋转电机，依据动力需求选用电机的型号、功率。

在其他的实施例中，行走驱动组件210还包括减速机构，减速机构的输入端与行走驱动电机的输出端连接，减速机构的输出端作为行走驱动组件210的输出端。减速机构可以为行走驱动电机自带，也就是行走驱动电机为减速电机。

在其他的实施例中，行走驱动组件210还可以包括编码器，用于感知行走驱动电机的角度，对其转角实现精准控制，编码器可以为行走驱动电机自带。

在其他的实施例中，转向驱动组件310还包括减速机构，减速机构的输入端与转向驱动电机的输出端连接，减速机构的输出端作为行走驱动组件210的输出端，减速机构可以为转向驱动电机自带，也就是转向驱动电机为减速电机。

在其他的实施例中，转向驱动组件310还可以包括编码器，用于感知转向驱动电机的角度，对其转角实现精准控制，编码器可以为转向驱动电机自带。

行走驱动电机和转向驱动电机的输出轴平行设置，该平行设置包括平行和同轴，由此使得全向行走转动的驱动机构的扭力分布性更好，结构稳定性更高。

转向驱动电机的转子通过转向传动组件320与行走驱动电机的定子连接，由此转向驱动电机在作动时能够驱动行走驱动电机和滚轮100整体进行转动。可以理解的是，转向驱动电机和行走驱动电机的定子可以用电机的壳体420进行体现，转子可以用电机的输出转轴进行体现。

由于滚轮100的滚动轴线和转向轴线相垂直，因此行走传动组件220和转向传动组件320之一包括垂直传动副221，垂直传动副221将输入其上的转动垂直输出，从而将平行或同轴输入的两个驱动力，转换为两个垂直方向的驱动力以分别作为转向和行走的驱动力。

本实施例中，转向驱动电机和行走驱动电机的输出轴在竖直方向上设置，这样设置的好处能够尽可能地减小转向驱动电机和行走驱动电机的输出轴以及传动组件的传动轴所受到的扭力，传动组件传动耦合处所受到的压力，减少传动磨损以及提升传动效率。

滚轮100的行走轴线在滚轮100的轴线上，滚轮100的转向轴线在滚轮100的径向上，即为滚轮100的转向轴线设置在竖直方向上，行走轴线设置在水平方向上。因此，转向驱动电机所输出的驱动力无需进行方向的转换，而行走驱动电机所输出的驱动力需要进行垂直转换，因此行走传动组件220包括垂直转动副。

可以理解，若行走驱动组件210和转向驱动组件310的输出轴与滚轮100的滚轴平行设置，则行走驱动电机所输出的驱动力无需进行方向的转换，而转向驱动电机所输出的驱动力需要进行垂直转换，因此转向传动组件320包括垂直转动副。

上述垂直传动副221将输入到其上的旋转动力在与输入轴相垂直的轴线上输出，垂直传动副221可以为涡轮蜗杆传动副或具有90°交角的锥齿轮传动副。涡轮蜗杆传动副的优点在于能够提供较大的传动比，缺点在于不能进行双向传动。

本实施例中，垂直传动副221为锥齿轮传动副，锥齿轮传动副能够进行双向传动，对于行走机构200的传动更加灵活，能够实现滚轮100的不转向后退。

行走传动组件220还包括与锥齿轮传动副连接的第一直齿轮传动副222，第一直齿轮传动副222的低速级与行走驱动组件210连接，高速级与滚轮100连接。由于锥齿轮传动比较小，通过设置第一直齿轮传动副222，增加了行走传动组件220的传动级，增大了传动比，能够采用小功率的行走驱动组件210的前提下提供更大的行走驱动力/扭力。同时增加传动级还能够降低对转动角度误差，进而提升了行走距离的精度，使得全向行走装置具有更高的行走定位精度。

本实施例中，锥齿轮传动副包括两个相互啮合且具有90°交角的锥齿轮，锥齿轮传动副的作用主要为转换传动方向。第一直齿轮传动副222包括两个相互啮合的第一直齿轮222a和第二直齿轮222b，第一直齿轮222a的直径小于第二直齿轮222b的直径。第一直齿轮222a连接在行走驱动组件210的输出轴上，第二直齿轮222b与第一直齿轮222a啮合，且与一个锥齿轮同轴连接，另一个锥齿轮同轴连接在滚轮100上。由此，行走传动组件220起到了减速、换向的传动作用。

在其他的实施例中，第一直齿轮传动副222还可以为多级齿轮传动，从而获得更大的传动比。

在其他的实施例中，还可以将第二直齿轮222b同轴连接在滚轮100上，第一直齿轮222a与第二直齿轮222b啮合，且与一个锥齿轮同轴连接，另一个锥齿轮同轴连接在行走驱动组件210的输出轴上。

本实施例中，转向传动组件320包括第二直齿轮传动副321，第二直齿轮传动副321的高速级与转向驱动电机的连接，低速级与行走驱动电机连接。增加了传动级，能够在采用小功率的转向驱动组件310的前提下，提供更大的转向扭力/驱动力。同时增加传动级还能够降低转向驱动角度误差的敏感度，进而提升转向驱动角度的精度，使得转向角度更准确。

进一步地，第二直齿轮传动副321包括相互啮合的第三直齿轮321a和第四直齿轮321b，第三直齿轮321a的直径小于第四直齿轮321b。第三直齿轮321a连接在转向驱动组件310的输出轴上，第四直齿轮321b与行走驱动组件210连接，本实施例第四直齿轮321b与行走驱动电机的壳体420连接。

如图4所示，全向行走装置还包括支架400，行走机构200和滚轮100设于支架400上，转向机构300通过驱动支架400转动以驱动滚轮100转向。支架400用于安装和承载全向行走装置的其余部件。

本实施例中，行走驱动电机的外壳连接在支架400上，第二直齿轮222b和可转动地连接在支架400上，滚轮100可转动地连接在支架400上。第四直齿轮321b连接在支架400上，转向驱动电机的外壳连接在支架400上，

支架400至少将行走机构200的传动结构罩设于其中，支架400具有中空的结构，本实施例中，支架400将行走机构200的行走传动结构罩设于其中，一方面使得全向行走装置的外观整体性更强，另一方面将结构相对复杂的行走传动组件220内置，优化其工况，降低其故障率。

进一步地，支架400包括安装台410和设于安装台410之下的壳体420，安装台410用于安装行走驱动组件210和转向驱动组件310，壳体420用于容置行走传动组件220。转向传动组件320设于安装台410之下，尽可能地减少行走传动组件220的积灰。第四直齿轮321b呈齿圈状，套设于壳体420之外。

本实施例中，滚轮100的转轴与支架400之间设有滚动轴承，滚动轴承对滚轮100的转轴形成滚动支撑，提升其工作稳定性，减小其轴间摩擦力。

滚轮100可以为包胶轮。

实施例2

本实施例提供一种全向行走设备，该全向行走设置可以为车、机器人等。全向行走设备包括机架以及设于机架上的若干个实施例1中的全向行走装置，转向机构300与机架连接，也就是全向行走装置的固定端，转向驱动电机的壳体420与机架连接。

全向行走设备包括一个至多个全向行走装置，全向行走设备可以为全驱、多驱或单驱。需要说明的是，当全向行走设备有全向平移的行走要求时，全向行走设备需采用全驱，即包括的行走装置均为实施例1的全向行走装置。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种全向行走装置，其特征在于，包括滚轮、行走机构和转向机构，所述行走机构与所述滚轮连接并能够驱动所述滚轮滚动，所述转向机构与所述行走机构连接并能够通过驱动所述行走机构转动以带动所述滚轮转向。

2.根据权利要求1所述的全向行走装置，其特征在于，所述行走机构包括行走驱动组件和行走传动组件，所述行走驱动组件通过所述行走传动组件与所述滚轮连接并能够驱动所述滚轮滚动；

所述转向机构包括转向驱动组件和转向传动组件，所述转向驱动组件通过所述转向传动组件与所述行走驱动组件连接并能够驱动所述滚轮转向。

3.根据权利要求2所述的全向行走装置，其特征在于，所述行走驱动组件包括行走驱动电机，所述转向驱动组件包括转向驱动电机，所述行走驱动电机和所述转向驱动电机的输出轴平行设置，所述转向驱动电机的转子通过所述转向传动组件与所述行走驱动电机的定子连接；

所述行走传动组件和所述转向传动组件之一包括垂直传动副，所述垂直传动副将输入其上的转动垂直输出。

4.根据权利要求3所述的全向行走装置，其特征在于，所述行走驱动电机和所述转向驱动电机的输出轴均在竖直方向上设置，所述行走传动组件包括所述垂直传动副。

5.根据权利要求4所述的全向行走装置，其特征在于，所述垂直传动副为具有90°交角的锥齿轮传动副。

6.根据权利要求4所述的全向行走装置，其特征在于，所述行走传动组件还包括与所述垂直传动副连接的直齿轮传动副，所述直齿轮传动副的高速级与所述行走驱动电机连接，低速级与所述滚轮连接。

7.根据权利要求4所述的全向行走装置，其特征在于，所述转向传动组件包括直齿轮传动副，所述直齿轮传动副的高速级与所述转向驱动电机的连接，低速级与所述行走驱动电机连接。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的全向行走装置，其特征在于，所述全向行走装置还包括支架，所述行走机构和所述滚轮设于所述支架上，所述转向机构通过驱动所述支架转动以驱动所述滚轮转向。

9.根据权利要求8所述的全向行走装置，其特征在于，所述支架至少将行走机构的传动结构罩设于其中；

和/或，所述滚轮的转轴与所述支架之间设有滚动轴承。

10.一种全向行走设备，其特征在于，包括机架以及设于所述机架上的若干个如权利要求1-9中任一项所述的全向行走装置，所述转向机构与所述机架连接。