專利名稱：新型全向輪結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于移動機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型全向輪結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，以全方位移動平臺為代表的輪式移動機器人得到了越來越廣泛的應(yīng)用而，全方位移動平臺是以全向輪為驅(qū)動部件的底盤移動機構(gòu)。全向輪是平臺實現(xiàn)全方位運動的關(guān)鍵部件，其基本原理是驅(qū)動輪可以通過輪子邊緣上的若干滾子在輪子軸線方向(或呈一定的角度)上做自由滾動，以實現(xiàn)驅(qū)動輪在前進和平移兩個自由度上運動的功能。目前，全向輪結(jié)構(gòu)主要分兩種。一種為雙排互補結(jié)構(gòu)甚至多排機構(gòu)，通過將2個 或2個以上的全向輪并排組合，并以一定的角度錯開，以實現(xiàn)周邊小輪與地面接觸的連續(xù)性。這種全向輪結(jié)構(gòu)運行穩(wěn)定，始終有一個小輪與地面接觸，承載能力也較強，但輪子寬度較大，會占用較大的安裝空間。另一種全向輪為單排結(jié)構(gòu)，大輪外側(cè)邊緣有許多小輪，這種輪子的寬度尺寸較小，但小輪之間的間隙比較大，輪子滾動時的振動比較明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對上述全向輪結(jié)構(gòu)中存在的不足，設(shè)計了一種既具有較好的輪地接觸連續(xù)性，又是單排輪結(jié)構(gòu)，占用空間較小的全向輪結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下
該全向輪結(jié)構(gòu)主要包括左側(cè)蓋板，輪轂，右側(cè)蓋板，支承座和從動輪。所述的左側(cè)蓋板為帶有擋邊的內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)，擋邊邊緣均勻分布16個通孔，用于使用螺釘連接左側(cè)蓋板與輪轂，中間均勻分布4個通孔，用于螺栓連接左側(cè)蓋板，輪轂和右側(cè)蓋板。所述的輪轂為帶有一側(cè)擋邊的內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)與左側(cè)蓋板的凹形結(jié)構(gòu)貼合，擋邊邊緣均勻分布16個通孔，用于螺釘連接左側(cè)蓋板和支承座，輪轂中間均勻分布4個通孔，用于螺栓連接左側(cè)蓋板，輪轂和右側(cè)蓋板。所述的右側(cè)蓋板為圓形平板結(jié)構(gòu)，邊緣均勻分布16個通孔，用于使用螺釘連接右側(cè)蓋板與支承座，右側(cè)蓋板中間均勻分布4個通孔，用于螺栓連接左側(cè)蓋板，輪轂和右側(cè)蓋板。所述的支承座與輪轂是分離的，支承座底面與輪轂的圓柱面貼合，支承座兩側(cè)開有對稱的螺孔，安裝時只需將支承座一端與輪轂的擋邊緊靠，用內(nèi)六角螺釘將左側(cè)蓋板，右側(cè)蓋板，輪轂和支承座連接在一起，從動輪安裝在兩支承座之間。所述的支承座底部前端凸臺面與底部后端凹口面貼合，將支承座安裝于輪轂上時可互相咬合，有效增強支承座與輪轂的安裝可靠度。所述的支承座的上部端面與中部端面之間的夾角α為157. 5°，其夾角由全向輪從動輪的數(shù)量所決定。從動輪在安裝時，其碗狀滾子的前端部分嵌入到碗狀滾子的后端，采用首尾相接的結(jié)構(gòu)，減小了相鄰從動輪碗狀滾子之間的間隙，提高了從動輪與地面接觸的連續(xù)性。所述的從動輪，主要包括支撐軸、支撐軸承、軸承擋圈、工字型輪芯、碗狀滾子，軸用彈性擋圈。支撐軸連接相鄰兩支承座，一端用軸肩固定，另一端用軸用彈性擋圈固定，支撐軸兩端安裝支撐軸承，支撐軸承與工字型輪芯連接，支撐軸承通過軸承擋圈進行軸向緊固。碗狀滾子與工字型輪芯采用橡膠硫化一體結(jié)構(gòu)，工字形輪芯一方面可以增大輪芯與滾子橡膠層的接觸表面積，提高結(jié)合強度，另一方面可以防止橡膠層與輪芯軸向的滑移。所述的從動輪碗狀滾子基于赫茲接觸理論，通過分析與地面接觸的變形情況，采用拋物線對其廓形曲線修形，拋物線參數(shù)方程為/ = + 拋物線參數(shù)由滾子材料的彈性模量以及全向輪載荷決定，修形后的廓形曲 線可使得滾子表面各點與地面接觸時的變形更為均勻，降低了全向輪運動時的顛簸。本發(fā)明解決了一般全向輪滾子間隙過大，滾動過程中振動明顯的問題，提高了全方位移動平臺的運動平穩(wěn)性。


圖I全向輪結(jié)構(gòu)示意 圖2全向輪裝配示意 圖3支承座結(jié)構(gòu) 圖4支承座裝配示意 圖5從動輪內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖6碗狀滾子結(jié)構(gòu) 圖中1.左側(cè)蓋板；2.輪轂；3.支承座；4.從動輪；5.右側(cè)蓋板；6.螺釘；7.螺栓；8.彈性墊片；9.薄螺母；10.支撐軸；11. 619-6支撐軸承；12.工字型輪芯；13.碗狀滾子；14. 619-5支撐軸承；15.軸用彈性擋圈；16.軸承擋圈。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。參照圖I所示，該全向輪結(jié)構(gòu)主要包括左側(cè)蓋板I，輪轂2，右側(cè)蓋板5，支承座3和從動輪4。支承座3 —邊與輪轂2擋邊貼合，另一邊用右側(cè)蓋板5固定，左側(cè)蓋板I、輪轂2、右側(cè)蓋板5三者通過螺栓7緊固。參照圖2所示，所述的左側(cè)蓋板I為帶有擋邊的內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)，擋邊邊緣均勻分布16個通孔，用于使用螺釘6連接左側(cè)蓋板I與輪轂2，中間均勻分布4個通孔，用于螺栓7連接左側(cè)蓋板1，輪轂2和右側(cè)蓋板5。所述的輪轂2為帶有一側(cè)擋邊的內(nèi)凹形結(jié)構(gòu)，凹形結(jié)構(gòu)與左側(cè)蓋板I的凹形結(jié)構(gòu)貼合，擋邊邊緣均勻分布16個通孔，用于螺釘6連接左側(cè)蓋板I和支承座3，輪轂2中間均勻分布4個通孔，用于螺栓7連接左側(cè)蓋板1，輪轂2和右側(cè)蓋板5。所述的右側(cè)蓋板5為圓形平板結(jié)構(gòu)，邊緣均勻分布16個通孔，用于使用螺釘6連接右側(cè)蓋板5與支承座3，同時右側(cè)螺釘6配以彈性墊片8和薄螺母9，右側(cè)蓋板5中間均勻分布4個通孔，用于螺栓7連接左側(cè)蓋板1，輪轂2和右側(cè)蓋板5。參照圖3所示，所述的支承座3整體呈2字型結(jié)構(gòu)，上端和中部開有通孔，用來連接支撐軸10，支承座3上部通孔所在表面與中部通孔所在表面夾角α為157. 5°，這與全向輪分布的從動輪數(shù)量有關(guān)，若從動輪數(shù)量增加或減少，相應(yīng)的夾角也會隨之變化。支承座3前端凸臺面與底部后端凹口面貼合，安裝于輪轂2上時可兩兩互相咬合，有效增強支承座3與輪轂2的安裝可靠度。參照圖4所示，支承座3與輪轂2是分離的，支承座3底面與輪轂2的圓柱面貼合，支承座3兩側(cè)開有對稱的螺孔，安裝時只需將支承座3 —端與輪轂2的擋邊緊靠，用內(nèi)六角螺釘6將左側(cè)蓋板1，右側(cè)蓋板5，輪轂2和支承座3連接在一起。支撐軸10 —端與支承座3中部通孔過盈配合連接，另一端連接相鄰支承座3的上部通孔，并用軸用彈性擋圈15進行軸向固定。參照圖5所示，所述的從動輪4，主要包括支撐軸10、支撐軸承(11、14)、軸承擋圈16、工字型輪芯12、碗狀滾子13，軸用彈性擋圈15。支撐軸10連接相鄰兩支承座3，一端用軸肩固定，另一端用軸用彈性擋圈15固定,支撐軸10兩端安裝619-5支撐軸承14和619-6支撐軸承11，支撐軸承與工字型輪芯12連接，碗狀滾子13與工字型輪芯12采用橡膠硫化一體結(jié)構(gòu)，工字形輪芯一方面可以增大輪芯與滾子橡膠層的接觸表面積，提高結(jié)合強度，另一方面可以防止橡膠層與輪芯軸向的滑移。支撐軸承通過軸承擋圈16進行軸向緊固。所述的從動輪4在安裝時，其碗狀滾子的前端部分嵌入到前一碗狀滾子的后端，采用首尾相接的結(jié)構(gòu)，減小了相鄰從動輪4之間的間隙，提高了從動輪4與地面接觸的連續(xù)性。參照圖6所示，所述的從動輪碗狀滾子13基于赫茲接觸理論，計算了滾子與地面接觸的變形量，并通過有限元分析軟件仿真滾子與地面的接觸情況，采用拋物線對其廓形曲線修形，拋物線方程為y=ax2+bx+c，改變拋物線方程的系數(shù)，可得到一系列滾子的廓形曲線，并且通過計算，我們發(fā)現(xiàn)碗狀滾子在承受200N力的作用下，若以滾子小端中心為原點，滾子廓形曲線為y=_0. 009x2+0. 632x+9的碗狀滾子與地面接觸時會有比較良好的接觸變形 情況。用拋物曲線對滾子廓形曲線修形后，增大了滾子軸平面內(nèi)的廓形曲線的曲率，彌補了滾子半徑增大引起的的曲率減小值，從而減小了曲面各點的變形差量，使得碗狀滾子13表面各點與地面接觸時的變形更為均勻，從而有效降低了全向輪運動時的顛簸。
權(quán)利要求
1.新型全向輪結(jié)構(gòu)，包括左側(cè)蓋板(I)，輪轂(2),右側(cè)蓋板(5),支承座(3),從動輪(4)，其特征在于支承座(3)與輪轂(2)是分離的，支承座(3)底面與輪轂(2)的圓柱面貼合，支承座(3)兩側(cè)開有對稱的螺孔，支承座(3)—端與輪轂(2)的擋邊緊靠，左側(cè)蓋板(I)、右側(cè)蓋板(5)、輪轂(2)、支承座(3)用螺釘(6)連接在一起，從動輪(4)安裝在相鄰兩支承座(3)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型全向輪結(jié)構(gòu)，其特征在于支承座(3)具有兩兩相互咬合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，支承座(3)底部前端凸臺面與底部后端凹口面貼合，支承座(3)安裝在輪轂(2)上，支承座(3)通過前后相鄰支承座咬合固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型全向輪結(jié)構(gòu)，其特征在于支承座(3)的上部端面與中部端面之間的夾角α為157. 5° ;碗狀滾子(13)的前端嵌入前一碗狀滾子(13)的后端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型全向輪結(jié)構(gòu)，其特征在于從動輪(4)由支撐軸(10)、619-6支撐軸承(11)、619-5支撐軸承(14)、軸承擋圈(16)、工字型輪芯(12)、碗狀滾子(13)，軸用彈性擋圈(15)組成；支撐軸(10)連接相鄰兩支承座(3)，一端用軸肩固定，另一端用軸用彈性擋圈(15)固定，支撐軸(10)兩端安裝619-5支撐軸承(14)和619-6支撐軸承(11 )，619-5支撐軸承(14)和619-6支撐軸承(11)分別與工字型輪芯(12)連接，兩支撐軸承分別通過軸承擋圈(16)進行軸向緊固，碗狀滾子(13)與工字型輪芯(12)采用橡膠硫化一體結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型全向輪結(jié)構(gòu)，其特征在于從動輪碗狀滾子(13)的廓形曲線是拋物線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型全向輪結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的全向輪結(jié)構(gòu)普遍存在滾子之間間隙較大，重合度較差的缺點。本發(fā)明中的左側(cè)蓋板和輪轂均具有內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)，可以相互貼合。全向輪具有16個支承座，均勻分布在輪轂周圍，支承座的一端與輪轂的擋邊貼合，支承座的兩端開有螺孔，左側(cè)蓋板和輪轂的擋邊均勻分布16個孔，通過螺釘與支承座固定連接。右側(cè)蓋板周圍邊緣也開有16個孔，通過螺釘與支承座的另一側(cè)固定連接。本發(fā)明解決了一般全向輪滾子間隙過大，滾動過程中振動明顯的問題，提高了全方位移動平臺的運動平穩(wěn)性。
文檔編號B60B19/00GK102815164SQ201210202379
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者周建軍, 陳駿, 林阿斌, 馬天文 申請人:杭州電子科技大學(xué)