專利名稱：一種新型全向輪結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于移動(dòng)機(jī)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(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，以全方位移動(dòng)平臺(tái)為代表的輪式移動(dòng)機(jī)器人得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用而，全方位移動(dòng)平臺(tái)是以全向輪為驅(qū)動(dòng)部件的底盤移動(dòng)機(jī)構(gòu)。全向輪是平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全方位運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部件，其基本原理是驅(qū)動(dòng)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(dòng)，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪在前進(jìn)和平移兩個(gè)自由度上運(yùn)動(dòng)的功能。目前，全向輪結(jié)構(gòu)主要分兩種。一種為雙排互補(bǔ)結(jié)構(gòu)甚至多排機(jī)構(gòu)，通過將2個(gè) 或2個(gè)以上的全向輪并排組合，并以一定的角度錯(cuò)開，以實(shí)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(yùn)行穩(wěn)定，始終有一個(gè)小輪與地面接觸，承載能力也較強(qiáng)，但輪子寬度較大，會(huì)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(dòng)時(shí)的振動(dòng)比較明顯。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)上述全向輪結(jié)構(gòu)中存在的不足，設(shè)計(jì)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)。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種新型全向輪結(jié)構(gòu)，包括左側(cè)蓋板，輪轂，右側(cè)蓋板，支承座，從動(dòng)輪。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(duì)稱的螺孔，支承座一端與輪轂的擋邊緊靠，左側(cè)蓋板、右側(cè)蓋板、輪轂、支承座用螺釘連接在一起，從動(dòng)輪安裝在相鄰兩支承座之間。支承座具有兩兩相互咬合的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支承座底部前端凸臺(tái)面與底部后端凹口面貼合，支承座安裝在輪轂上，支承座通過前后相鄰支承座咬合固定。支承座的上部端面與中部端面之間的夾角α為157. 5° ;碗狀滾子的前端嵌入前一碗狀滾子的后端。從動(dòng)輪由支撐軸、619-6支撐軸承、619-5支撐軸承、軸承擋圈、工字型輪芯、碗狀滾子，軸用彈性擋圈組成；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619-5支撐軸承和619-6支撐軸承，619-5支撐軸承和619-6支撐軸承分別與工字型輪芯連接，兩支撐軸承分別通過軸承擋圈進(jìn)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)。從動(dòng)輪碗狀滾子的廓形曲線是拋物線。本實(shí)用新型解決了一般全向輪滾子間隙過大，滾動(dòng)過程中振動(dòng)明顯的問題，提高了全方位移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
圖I全向輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖2全向輪裝配示意圖；圖3支承座結(jié)構(gòu)圖；圖4支承座裝配示意圖；圖5從動(dòng)輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖6碗狀滾子結(jié)構(gòu)圖；圖中1.左側(cè)蓋板；2.輪轂；3.支承座；4.從動(dòng)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(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。參照?qǐng)DI所示，該全向輪結(jié)構(gòu)主要包括左側(cè)蓋板1，輪轂2，右側(cè)蓋板5，支承座3和從動(dòng)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?qǐng)D2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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)通孔，用于使用螺釘6連接右側(cè)蓋板5與支承座3，同時(shí)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(gè)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?qǐng)D3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(lái)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(dòng)輪數(shù)量有關(guān)，若從動(dòng)輪數(shù)量增加或減少，相應(yīng)的夾角也會(huì)隨之變化。支承座3前端凸臺(tái)面與底部后端凹口面貼合，安裝于輪轂2上時(shí)可兩兩互相咬合，有效增強(qiáng)支承座3與輪轂2的安裝可靠度。參照?qǐng)D4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(duì)稱的螺孔，安裝時(shí)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(jìn)行軸向固定。參照?qǐng)D5所示，所述的從動(dòng)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(qiáng)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(jìn)行軸向緊固。所述的從動(dòng)輪4在安裝時(shí)，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(dòng)輪4之間的間隙，提高了從動(dòng)輪4與地面接觸的連續(xù)性。參照?qǐng)D6所示，所述的從動(dòng)輪碗狀滾子13基于赫茲接觸理論，計(jì)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(duì)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(jì)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(diǎn)，滾子廓形曲線為y=_0. 009x2+0. 632x+9的碗狀滾子與地面接觸時(shí)會(huì)有比較良好的接觸變形情況。用拋物曲線對(duì)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(bǔ)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(diǎn)的變形差量，使得碗狀滾子13表面各點(diǎn)與地面接觸時(shí)的變形更為均勻，從而有效降低了全向輪運(yùn)動(dòng)時(shí)的顛簸。·
權(quán)利要求1.一種新型全向輪結(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(dòng)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(duì)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(dòng)輪(4)安裝在相鄰兩支承座(3)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種新型全向輪結(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(jì)，支承座(3)底部前端凸臺(tái)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所述的一種新型全向輪結(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所述的一種新型全向輪結(jié)構(gòu)，其特征在于從動(dòng)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(jìn)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所述的一種新型全向輪結(jié)構(gòu)，其特征在于從動(dòng)輪碗狀滾子(13)的廓形曲線是拋物線。
專利摘要本實(shí)用新型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(diǎn)。本實(shí)用新型中的左側(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(gè)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(gè)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(gè)孔，通過螺釘與支承座的另一側(cè)固定連接。本實(shí)用新型解決了一般全向輪滾子間隙過大，滾動(dòng)過程中振動(dòng)明顯的問題，提高了全方位移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
文檔編號(hào)B60B19/00GK202623789SQ20122028824
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)