CN220147415U - 一种全向转向轮系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种全向转向轮系统，包括车轮、转向架、转向动力机构、减震机构和平行四边形移动机构；转向动力机构连接在转向架的一端，能够驱动转向架绕竖直轴线转动；平行四边形移动机构包括上连接臂、下连接臂以及上固定块和下固定块，上连接臂和下连接臂的一端分别转动连接在转向架远离转向动力机构的一端，上连接臂的另一端转动连接上固定块，下连接臂的另一端转动连接下固定块，上连接臂和下连接臂上下平行设置且等长；车轮设有轮轴，上固定块和下固定块固定轮轴；减震机构一端转动连接在转向架上，另一端转动连接在上固定块上。此系统能够使车轮全向转动，能够应对狭小空间作业，且能够使车轮始终垂直地面，以提高适应复杂路况的能力。

Description

一种全向转向轮系统

技术领域

本实用新型涉及转向轮技术领域，具体为一种全向转向轮系统。

背景技术

近年来，随着机器人技术的不断发展，一些机器人开始被应用于各行各业的生产、生活当中，例如巡检机器人、监测机器人等。这些机器人具有高效、精准、安全等特点，但是它们大多使用的是传统车轮或履带轮，只能单向行进，使机器人转弯半径大、难以穿越狭窄空间进行作业。

实用新型内容

为解决上述背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种全向转向轮系统。

本实用新型技术方案如下：

一种全向转向轮系统，包括车轮、转向架以及转向动力机构，还包括减震机构和平行四边形移动机构；所述转向动力机构连接在所述转向架的一端，能够驱动所述转向架绕竖直轴线转动；所述平行四边形移动机构包括上连接臂、下连接臂以及上固定块和下固定块，所述上连接臂和下连接臂的一端分别转动连接在所述转向架远离转向动力机构的一端，所述上连接臂的另一端转动连接所述上固定块，所述下连接臂的另一端转动连接所述下固定块，所述上连接臂和下连接臂上下平行设置且等长；所述车轮设有轮轴，所述上固定块和下固定块夹持并固定所述轮轴；所述减震机构一端转动连接在所述转向架上，另一端转动连接在所述上固定块上。

上述方案中，所述转向架由竖直段和所述竖直段顶端水平延伸出的水平段组成，所述转向动力机构连接在所述水平段的末端，所述上连接臂和下连接臂连接在所述竖直段的底端。

上述方案中，所述车轮与所述水平段位于所述竖直段的同一侧。

上述方案中，所述车轮位于所述水平段末端的正下方。

上述方案中，所述上连接臂、所述下连接臂、所述上固定块和所述下固定块位于所述转向架和所述车轮之间。

上述方案中，所述上连接臂转动连接在所述上固定块的侧面且连接处靠近所述车轮，所述下连接臂转动连接在所述下固定块的侧面且连接处靠近所述车轮。

上述方案中，所述上连接臂和下连接臂的数量分别为两个，且对称的设置在所述上固定块和下固定块的两侧。

上述方案中，所述减震机构的一端转动连接在所述竖直段和水平段的转角处，另一端向所述车轮倾斜靠近并转动连接在所述上固定块的顶面。

上述方案中，所述减震机构与所述上固定块的连接处位于所述上固定块顶面远离所述车轮的一侧。

进一步的，所述减震机构为弹簧减震器。

本实用新型提供的一种全向转向轮系统，能够通过驱动转向架绕竖直轴线转动，来带动车轮360度全向转动，使得安装该全向转向轮系统的机器人能够360度全向平移，进而能够应对狭小空间作业。同时能够保证车轮上下移动时始终垂直于地面，进而提高了机器人应对复杂路况的能力。

附图说明

在附图中：

图1为本实用新型的全向转向轮系统的示意图；

图2为本实用新型的全向转向轮系统的分解示意图；

图3为本实用新型的减震机构的分解示意图。

图中各附图标记所代表的组件为：

1、车轮；11、轮轴；12、轮毂电机；13、轮胎；2、转向架；21、竖直段；22、水平段；23、容纳槽；3、转向动力机构；31、动力输出轴；4、减震机构；41、滑杆；42、套杆；43、挡环；44、调节环；45、弹簧；46、第一转轴；47、第二转轴；5、平行四边形移动机构；51、连接臂；511、上连接臂；512、下连接臂；52、固定块；521、上固定块；522、下固定块；53、连接部；6、扭矩传输轴；61、内孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种全向转向轮系统，包括车轮1、转向架2以及转向动力机构3，还包括减震机构4和平行四边形移动机构5；转向动力机构3连接在转向架2的一端，能够驱动转向架2绕竖直轴线转动；平行四边形移动机构5包括连接臂51和固定块52，连接臂51包括上连接臂511和下连接臂512，固定块52包括上固定块521和下固定块522，上连接臂511和下连接臂512的一端分别转动连接在转向架2远离转向动力机构3的一端，上连接臂511的另一端转动连接上固定块521，下连接臂512的另一端转动连接下固定块522，上连接臂511和下连接臂512上下平行设置且等长；车轮1设有轮轴11，上固定块521和下固定块522夹持并固定轮轴11；减震机构4一端转动连接在转向架2上，另一端转动连接在上固定块521上。

借此，能够通过驱动转向架2绕竖直轴线转动，来带动车轮1进行360度全向转动，使得安装该全向转向轮系统的机器人能够360度全向平移，进而能够应对狭小空间作业。

另外，平行四边形移动机构5和减震机构4的设计，能够保证车轮1始终垂直于地面，在遇到崎岖不平的地面时，车轮1会绕着上连接臂511和下连接臂512与转向架2的连接点上下移动，由于上连接臂511和下连接臂512上下平行设置且等长，两者与转向架2和固定块52的连接点形成平行四边形，因此在摆动时，能够使车轮1始终垂直于地面，进而提高了机器人应对复杂路况的能力。

具体的，转向架2由竖直段21和竖直段21顶端水平延伸出的水平段22组成。本实施例中车轮1位于水平段22延伸的一侧，即车轮1与水平段22位于竖直段21的同一侧，优选的，车轮1位于水平段22末端的正下方，具体是位于转向动力机构3的动力输出轴31的正下方。当然，车轮1也可以设置在与水平段22相反的一侧，但与这种设置方式相比较，本实施例采用的将车轮1设置在与水平段22同侧的方案，能够使得车轮1在全向转动时的半径更小，对转动空间的需求更小。

而为了加强转向轮的整体结构强度，转向轮的内侧，即靠近车轮1的一侧，设计为弧形，当然在竖直段21和水平段22的转角处设置加强筋也是可以实现加强结构强度的目的。

进一步的，转向架2的内侧沿竖直段21和水平段22走向开设有容纳槽23，其内可以用来容纳电机所需的电线，同时还可以减轻转向架2的重量，使得转向架2的转动更灵敏，所需驱动力更小。

本实施例中，连接臂51和固定块52位于车轮1和转向架2之间。

上连接臂511和下连接臂512连接在竖直段21的底端，两者的一端伸入转向架2的容纳槽23内且与容纳槽23的侧壁转动连接。上连接臂511另一端连接在上固定块521的侧面，且较佳的，靠近车轮1；下连接臂512另一端连接在下固定块522的侧面，且较佳的，靠近车轮1。如此能够尽可能地缩短竖直段21与车轮1之间的距离，进一步节省全向转向轮系统所占用的空间。

更优选的，上连接臂511连接在上固定块521侧面的靠近车轮1的一上方角位置；下连接臂512连接在下固定块522侧面的靠近车轮1的一下方角位置。以使上连接臂511和下连接臂512之间留有足够的运动空间。

本实施例中，上连接臂511和下连接臂512的数量分别为两个，且对称的设置在固定块52的两侧，以使固定块52的活动更稳定，进而保证车轮1能够稳定移动。

上固定块521和下固定块522可通过螺钉或螺栓螺母结构进行紧固在一起，两者的对接处设置有与轮轴11形状相仿的孔，孔的开设方向与轮轴11的方向相同，轮轴11的一端置于孔内，被上固定块521和下固定块522加持并固定。

本实施例中，减震机构4的一端伸入竖直段21和水平段22转角处的容纳槽23内，与容纳槽23的侧壁转动连接，另一端向车轮1倾斜靠近并转动的连接在上固定块521的顶面。减震机构4的倾斜方向与连接臂51的转动方向一致，以将减震机构4的弹力最大化的作用在连接臂51上。

此外，较佳的，减震机构4与上固定块521的连接处位于上固定块521顶面远离车轮1的一侧，以至于较小的力作用在车轮1上，即可使车轮上下移动，能够使减震机构4充分发挥减震作用。

本实施例中，上固定块521的顶面还可设置有连接部53，供减震机构4连接。

如图3所示，本实施例中，减震机构4选为弹簧减震器，其包括滑杆41、套杆42、挡环43、调节环44和弹簧45。滑杆41的一端通过第一转轴46与连接部53转动连接，另一端插入在套杆42内。套杆42套设在滑杆41上且能够沿滑杆41的轴向移动，其一端与滑杆41进行插接，另一端通过第二转轴47与转向架2转动连接。套杆42的外表面设置有螺纹，调节环44套设在套杆42上且与套杆42螺纹连接，挡环43固定在滑杆41上。弹簧45两端分别抵接挡环43和调节环44的相对侧。通过适当调节调节环44的位置，进而使车轮1与转向架2的水平段22处于合适的间距，避免转向架2的底端碰触地面。

当遇到凸起物时，车轮1被抬高，进而通过固定块52带动滑杆41向上移动，弹簧45被压缩。越过凸起物后，车轮1下移，弹簧45恢复。同理，当遇到凹坑时，车轮1下落，进而通过固定块52带动滑杆41向下移动，使得弹簧45被拉伸。越过凹坑后，车轮1上移，弹簧45恢复。在车轮1上下移动中，通过弹簧45的拉伸和压缩蓄能，能够有效降低路况对车轮1产生的震动力。

请参照图2，本实施例中，车轮1采用轮毂电机车轮，其包括轮毂电机12和轮胎13，轮轴11远离转向架2的一端连接在轮毂电机12上，且位于转动中心轴上。

另外，转向架2的水平段22末端固定有扭矩传输轴6，扭矩传输轴6通过螺丝固定在转向架2上，其上设置有内孔61，转向动力机构3的动力输出轴31与扭矩传输轴6的内孔61配合连接并带动扭矩传输轴6转动。

扭矩传输轴6上端连接有交叉滚子轴承(图中未示出)，交叉滚子轴承内圈与扭矩传输轴6固定连接，外圈与机器人的外壳或底盘(图中未示出)固定连接。在扭矩传输轴6和机器人的外壳或底盘之间还设置有推力轴承(图中未示出)，用于分担交叉滚子轴承的轴向力，推力轴承套设在扭矩传输轴6的外侧。

预先说明，下述转向动力机构3的具体构成内容未在图中示出。

转向动力机构3包括减速机、编码器和转向电机。减速机为蜗轮蜗杆减速机，其中蜗杆为输出轴，其一端与扭矩传输轴6相连，另一端与编码器相连。编码器包括低速端编码器和高速端编码器。减速机的涡轮与转向电机的输出轴连接。转向电机采用步进电机，可搭载42和57步进电机两种。步进电机远离涡轮的一面安装有驱控一体板，板内安装有磁编码器，用于提高定位精度。

本实用新型提供的一种全向转向轮系统，能够通过驱动转向架2绕竖直轴线转动，来带动车轮1进行360度全向转动，使得安装该全向转向轮系统的机器人能够360度全向平移，进而能够应对狭小空间作业。同时能够保证车轮1上下移动时始终垂直于地面，进而提高了机器人应对复杂路况的能力。

Claims (10)

1.一种全向转向轮系统，包括车轮(1)、转向架(2)以及转向动力机构(3)，其特征在于，还包括减震机构(4)和平行四边形移动机构(5)；

所述转向动力机构(3)连接在所述转向架(2)的一端，能够驱动所述转向架(2)绕竖直轴线转动；

所述平行四边形移动机构(5)包括上连接臂(511)、下连接臂(512)以及上固定块(521)和下固定块(522)，所述上连接臂(511)和下连接臂(512)的一端分别转动连接在所述转向架(2)远离转向动力机构(3)的一端，所述上连接臂(511)的另一端转动连接所述上固定块(521)，所述下连接臂(512)的另一端转动连接所述下固定块(522)，所述上连接臂(511)和下连接臂(512)上下平行设置且等长；

所述车轮(1)设有轮轴(11)，所述上固定块(521)和下固定块(522)夹持并固定所述轮轴(11)；

所述减震机构(4)一端转动连接在所述转向架(2)上，另一端转动连接在所述上固定块(521)上。

2.如权利要求1所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述转向架(2)由竖直段(21)和所述竖直段(21)顶端水平延伸出的水平段(22)组成，所述转向动力机构(3)连接在所述水平段(22)的末端，所述上连接臂(511)和下连接臂(512)连接在所述竖直段(21)的底端。

3.如权利要求2所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述车轮(1)与所述水平段(22)位于所述竖直段(21)的同一侧。

4.如权利要求3所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述车轮(1)位于所述水平段(22)末端的正下方。

5.如权利要求4所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述上连接臂(511)、所述下连接臂(512)、所述上固定块(521)和所述下固定块(522)位于所述转向架(2)和所述车轮(1)之间。

6.如权利要求5所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述上连接臂(511)转动连接在所述上固定块(521)的侧面且连接处靠近所述车轮(1)，所述下连接臂(512)转动连接在所述下固定块(522)的侧面且连接处靠近所述车轮(1)。

7.如权利要求6所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述上连接臂(511)和下连接臂(512)的数量分别为两个，且对称的设置在所述上固定块(521)和下固定块(522)的两侧。

8.如权利要求7所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述减震机构(4)的一端转动连接在所述竖直段(21)和水平段(22)的转角处，另一端向所述车轮(1)倾斜靠近并转动连接在所述上固定块(521)的顶面。

9.如权利要求8所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述减震机构(4)与所述上固定块(521)的连接处位于所述上固定块(521)顶面远离所述车轮(1)的一侧。

10.如权利要求1所述的一种全向转向轮系统，其特征在于，所述减震机构(4)为弹簧减震器。