TWI615288B - 全向輪裝置 - Google Patents

Abstract

一種全向輪裝置，包含一主動輪單元、複數從動輪單元，及一電路單元。該主動輪單元包括一輪軸、一設置於該輪軸上的輪轂，及複數設置於該輪轂上的輪架。每一從動輪單元包括一設置於該主動輪單元的相對應輪架上的電磁閥機構，及一樞設於該電磁閥機構上的滾輪。當該電磁閥機構未啟動時，該滾輪可相對於該電磁閥機構轉動。當該電磁閥機構啟動時，該滾輪無法轉動。該電路單元電連接該等從動輪單元之電磁閥機構，以對該等電磁閥機構供電。藉由該電磁閥機構的啟閉來控制該等滾輪鎖定與否，使該全向輪裝置能維持轉向靈活性，亦能進行高速行駛。

Description

全向輪裝置

本發明是有關於一種全向輪裝置，特別是指一種可視情況減少滑差的全向輪裝置。

隨著自動控制技術的推進，許多大型工廠逐漸採用無人車輛來進行點對點的物品搬運，但採用一般輪胎的無人車轉向時迴轉半徑較大且不夠靈活，因此目前許多無人車改採用全向輪來使無人車獲得更靈活的運動方式。

參閱圖1，為一習知的麥克納姆式全向輪裝置1，其包含一主動輪11、複數相間隔地環設於該主動輪11外周面的輪架12，及複數分別設置於該等輪架12上的輪組13，每一輪組13包括兩個分別樞設於相對應輪架12的兩相反側，且為同軸設置的從動輪131。該等輪組13是斜向排列，使每一從動輪131的軸心線是與該主動輪11的軸心線夾設45度角。

由於該等從動輪131可各自轉動，因此會和地板產生滑差，使該全向輪裝置1是斜向移動，透過多個全向輪裝置1的配合及滑差的運用，可讓無人車作出左右平移、原地旋轉，及無轉向半徑迴轉等動作。然而該等從動輪131和地板接觸時會滑差轉動，因此既使在直線時仍無 法進行高速移動，導致作業時間增加並降低作業效率。此外，當該全向輪裝置1停駐於斜面時，雖然該主動輪11是鎖定狀態，但該等從動輪131並未被鎖定而仍可轉動，因此當該全向輪裝置1受到側向力時，容易沿側向滑動而造成安全問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種可依需求鎖定從動輪，以進行高速行駛的全向輪裝置。

於是，本發明全向輪裝置，包含一主動輪單元、複數設置於該主動輪單元上的從動輪單元，及一設置於該主動輪單元內的電路單元。

該主動輪單元包括一輪軸、一設置於該輪軸上的輪轂，及複數相間隔地環設於該輪轂上的輪架。

每一從動輪單元包括一設置於該主動輪單元的相對應輪架上的電磁閥機構，及一樞設於該電磁閥機構上的滾輪。當該電磁閥機構未啟動時，該滾輪可相對於該電磁閥機構轉動。當該電磁閥機構啟動時，該滾輪無法轉動。

該電路單元電連接該等從動輪單元之電磁閥機構，以對該等電磁閥機構供電。

本發明之功效在於：使用者可依需求經由該電路單元啟閉該等電磁閥機構，當在低速轉向或橫向平移時，該等電磁閥機構是不開啟，此時該等從動輪單元之滾輪是不鎖定而可自由轉動，提供滑差以增加靈活性。當在高速行駛時，開啟該等電磁閥機構，使該等滾輪鎖定而無 法轉動，以減少與地面的滑差，也可避免停駐於斜坡等地時，因受到側向力而產生滑動。利用電力控制該等滾輪鎖定與否可大幅簡化機構的設計複雜度，且反應速度快，並克服習知因滑差而無法高速行駛之問題。

2‧‧‧全向輪裝置

3‧‧‧主動輪單元

31‧‧‧輪軸

311‧‧‧軸體部

312‧‧‧通孔

32‧‧‧輪轂

321‧‧‧內壁部

322‧‧‧外壁部

323‧‧‧側壁部

324‧‧‧容置空間

33‧‧‧輪架

331‧‧‧架體部

332‧‧‧通線槽

4‧‧‧從動輪單元

41‧‧‧滾輪

411‧‧‧輪心

412‧‧‧軸承

413‧‧‧輪體

414‧‧‧外摩擦面

415‧‧‧內摩擦面

42‧‧‧電磁閥機構

421‧‧‧套管

422‧‧‧電磁線圈

423‧‧‧彈簧

424‧‧‧感磁件

425‧‧‧插設件

426‧‧‧管體部

427‧‧‧容置槽

428‧‧‧配線槽

5‧‧‧電路單元

51‧‧‧電刷

52‧‧‧第一導電件

53‧‧‧第二導電件

54‧‧‧第一導線

55‧‧‧第二導線

56‧‧‧連接線

A‧‧‧角度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明一習知的麥克納姆式全向輪裝置；圖2是一不完整的立體圖，說明本發明全向輪裝置的一實施例；圖3是一俯視圖，說明該全向輪裝置的俯視態樣；圖4是一立體分解圖，說明該實施例中之一電路單元；圖5是一局部元件剖視圖，說明該實施例中設置於一輪架上的兩個從動輪單元；及圖6是一局部元件剖視圖，說明該實施例中一從動輪單元之輪體鎖定時的態樣。

參閱圖2及圖3，為本發明全向輪裝置2的一實施例，包含一主動輪單元3、複數設置於該主動輪單元3上的從動輪單元4，及一設置於該主動輪單元3內的電路單元5。

參閱圖2及圖4，該主動輪單元3包括一輪軸 31、一固設於該輪軸31上而可被該輪軸31帶動的輪轂32，及複數相間隔地環設於該輪轂32上的輪架33。該輪軸31具有一軸體部311，及一沿軸向開設於該軸體部311上的通孔312。該輪轂32具有一連接該輪軸31之軸體部311的內壁部321、一位於該內壁部321的外側並與該內壁部321相間隔設置的外壁部322、一連接該內壁部321及該外壁部322的側壁部323，及一由該內壁部321、該外壁部322，及該側壁部323所圍繞界定出的容置空間324。該容置空間324是與該輪軸31之通孔312相連通。每一輪架33是插設於該輪轂32之側壁部323上，且部分穿設該側壁部323而伸置於該容置空間324內。該輪架33具有一架體部331，及一開設於該架體部331上且連通該容置空間324的通線槽332。

參閱圖3、圖4，及圖5，每一輪架33之架體部331上是設置有兩個從動輪單元4，該二從動輪單元4是同軸設置於該架體部331的兩相反側。每一從動輪單元4包括一滾輪41，及一設置於相對應架體部331上並供該滾輪41樞設的電磁閥機構42。每一滾輪41是斜向設置而使該滾輪41的軸心線與該輪軸31的軸心線夾設出一角度A(見圖3)，在本實施例中，該角度A為四十五度，但不以此為限。該滾輪41具有一設置於該電磁閥機構42上的輪心411、一套設於該輪心411上的軸承412，及一套設於該軸承412上而可相對於該電磁閥機構42轉動的輪體413。該輪心411具有一朝向該輪體413的外摩擦面414。該輪體 413具有一面向該外摩擦面414的內摩擦面415，在本實施例中，該外摩擦面414及該內摩擦面415為粗糙面。

該電磁閥機構42具有一個一體成型地固設於該架體部331上並供該輪心411設置且供該輪心411部分伸置的套管421、一位於該套管421及該輪心411之間的電磁線圈422、一位於該滾輪41之輪體413及該輪心411之間的彈簧423、一設置於該輪體413外側的感磁件424，及一穿設該彈簧423及該感磁件424並螺設於該輪心411上的插設件425。該套管421具有一管體部426、一開設於該管體部426上且朝向外側並供該輪心411部分伸置的容置槽427，及一開設於管體部426上且分別連通該容置槽427及相對應輪架33之通線槽332的配線槽428。該電磁線圈422是設置於該容置槽427內並圍繞該輪心411。該彈簧423的兩端分別是頂抵該輪心411及該輪體413。需要特別說明的是，該套管421也可以是可拆卸地組裝於該架體部331上，而在本實施例中，該插設件425為一螺栓。

該電路單元5包括一穿設該輪軸31之通孔312並伸置於該輪轂32之容置空間324內的電刷51、一環設於該輪轂32之內壁部321上且位於該容置空間324內並與該電刷51滑動接觸的第一導電件52、一環設於該輪轂32之側壁部323而與該第一導電件52相間隔的第二導電件53、複數分別電連接該第一導電件52及該等電磁線圈422之一端的第一導線54、複數分別電連接該第二導電件53及該等電磁線圈422之另一端的第二導線55，及一電連接該第二 導電件53及該電刷51末端(圖未示)的連接線56。每一第一導線54及每一第二導線55是通過相對應輪架33之通線槽332，及相對應套管421之配線槽428，使該第一、第二導線54、55的兩端分別伸置於該容置空間324及該容置槽427內，以連接該第一、第二導電件52、53，及該電磁線圈422。

在未通電時，每一輪心411之外摩擦面414是與相對應輪體413之內摩擦面415相間隔一距離而未接觸(見圖5)，因此該等滾輪41之輪體413可自由旋轉而未受鎖定，使該等輪體413在與地面接觸時可產生滑差，進而能達成較靈活的無迴轉半徑轉向動作。

當對該電路單元5之電刷51供電時，電會經由該電刷51、該第一導電件52、該等第一導線54、該等電磁線圈422、該等第二導線55、該第二導電件53，及該連接線56形成電通路，進而使該等電磁線圈422通電。每一電磁線圈422通電後，會產生磁力而吸引相對應感磁件424，使該感磁件424帶動相對應輪體413向內移動並同時壓縮該彈簧423，直至該輪體413之內摩擦面415壓抵相對應輪心411之外摩擦面414(見圖6)。當該內摩擦面415緊抵該外摩擦面414時，該輪體413受到摩擦力的影響而難以轉動，從而達到鎖定該輪體413使其無法旋轉之功效。當使用者控制電力輸入以鎖定該等從動輪單元4之輪體413時，可大幅減少該等輪體413接觸地面所產生的滑差，使該全向輪裝置2可進行高速行駛。

使用者可依需求在進行轉向或平移時不啟動該等電磁閥機構42，使該等滾輪41不被鎖定而可自由轉動，以維持靈活轉向之特性。在進行直線移動時則對該電刷51供電，以啟動該等電磁閥機構42，使該等滾輪41被鎖定而無法轉動，減少滑差以進行高速移動，如此便可維持全向輪的無迴轉半徑轉向及平移等動作，亦能在必要時進行快速移動，泛用性高，可提高作業效率。本發明採用人為控制以減少該等滾輪41在自動控制時的不確定因素，而該等電磁閥機構42的設置可簡化機構複雜度，所需電力低且反應速度快。此外，藉由鎖定該等滾輪41，於斜坡等地停駐時也可避免因受側推力影響而滑動。

綜上所述，當在低速轉向或橫向平移時，該等電磁閥機構42是不開啟，此時該等從動輪單元4之滾輪41是不鎖定而可自由轉動，提供滑差以增加靈活性。當在高速行駛時，開啟該電磁閥機構42，使該等滾輪41鎖定而無法轉動，以減少與地面的滑差，如此可克服習知全向輪無法高速移動之問題，提高作業效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧全向輪裝置

3‧‧‧主動輪單元

31‧‧‧輪軸

311‧‧‧軸體部

312‧‧‧通孔

32‧‧‧輪轂

321‧‧‧內壁部

322‧‧‧外壁部

323‧‧‧側壁部

324‧‧‧容置空間

33‧‧‧輪架

331‧‧‧架體部

332‧‧‧通線槽

4‧‧‧從動輪單元

41‧‧‧滾輪

413‧‧‧輪體

5‧‧‧電路單元

51‧‧‧電刷

52‧‧‧第一導電件

53‧‧‧第二導電件

54‧‧‧第一導線

55‧‧‧第二導線

56‧‧‧連接線

Claims (9)

1. 一種全向輪裝置，包含：一主動輪單元，包括一輪軸、一設置於該輪軸上的輪轂，及複數相間隔地環設於該輪轂上的輪架；複數從動輪單元，設置於該主動輪單元上，每一從動輪單元包括一設置於該主動輪單元的相對應輪架上的電磁閥機構，及一樞設於該電磁閥機構上的滾輪，當該電磁閥機構未啟動時，該滾輪可相對於該電磁閥機構轉動，當該電磁閥機構啟動時，該滾輪無法轉動；及一電路單元，設置於該主動輪單元內並電連接該等從動輪單元之電磁閥機構，以對該等電磁閥機構供電。
2. 如請求項1所述的全向輪裝置，其中，每一從動輪單元之滾輪具有一設置於該電磁閥機構上的輪心、一套設該輪心上的軸承，及一套設於該軸承上的輪體，該輪心具有一朝向該輪體的外摩擦面，該輪體具有一面向該外摩擦面的內摩擦面，當該電磁閥機構未啟動時，該外摩擦面與該內摩擦面相間隔一間隙，當該電磁閥機構啟動時，該外摩擦面是緊抵該內摩擦面。
3. 如請求項2所述的全向輪裝置，其中，每一滾輪之輪心是部分伸置於相對應電磁閥機構內，且該電磁閥機構具有一固設於相對應輪架上且具有一朝向外側之容置槽的套管、一圍繞該輪心地設置於該容置槽內的電磁線圈、一個兩端分別頂抵該輪心及該輪體的彈簧，及一設置於該輪體外側的感磁件，當該電磁線圈通電時，該感 磁件是被該電磁線圈吸引而向內移動，以帶動該輪體之內摩擦面朝該輪心之外摩擦面移動並壓縮該彈簧。
4. 如請求項3所述的全向輪裝置，其中，該主動輪單元的每一輪架之兩相反側分別設置有一從動輪單元，該二從動輪單元之滾輪是同軸設置，每一滾輪是斜向設置而使該滾輪的軸心線與該輪軸的軸心線夾設出一角度。
5. 如請求項3所述的全向輪裝置，其中，該主動輪單元之輪軸具有一軸體部，及一沿軸向開設於該軸體部上的通孔，該輪轂具有一連接該輪軸的內壁部、一位於該內壁部的外側並與該內壁部相間隔設置的外壁部、一連接該內壁部及該外壁部的側壁部，及一由該內壁部、該外壁部，及該側壁部所圍繞界定出的容置空間。
6. 如請求項5所述的全向輪裝置，其中，該電路單元包括一穿設該輪軸之通孔並伸置於該輪轂之容置空間內的電刷、一設置於該輪轂之內壁部上且與該電刷滑動接觸的第一導電件、一與該第一導電件相間隔地設置於該輪轂之側壁部上的第二導電件、複數分別電連接該第一導電件及該等電磁線圈之一端的第一導線、複數分別電連接該第二導電件及該等電磁線圈之另一端的第二導線，及一電連接該第二導電件及該電刷的連接線。
7. 如請求項6所述的全向輪裝置，其中，該主動輪單元之該等輪架是相間隔地環設於該輪轂之側壁部上，且部分是穿設該側壁部，每一輪架具有一架體部，及一開設於該架體部上且連通該容置空間的通線槽，每一電磁閥機 構之套管具有一管體部，及一開設於該管體部上且連通相對應容置槽及相對應輪架之通線槽的配線槽。
8. 如請求項7所述的全向輪裝置，其中，該電路單元之每一第一導線是通過相對應套管之配線槽、相對應輪架之通線槽，及該輪轂之容置空間以連接相對應電磁線圈及該第一導電件。
9. 如請求項8所述的全向輪裝置，其中，該電路單元之每一第二導線是通過相對應套管之配線槽、相對應輪架之通線槽，及該輪轂之容置空間以連接相對應電磁線圈及該第二導電件。