并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全方位輪，具體講涉及一種并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，其主要用作機器人的萬向移動輪、服務機器人以及與其類似的應用領(lǐng)域，它由球輪a和球輪b構(gòu)成，球輪a和球輪b分別通過十字軸的主動輪連接于支架上，兩個球輪通過齒輪組傳遞動力；其結(jié)構(gòu)簡單，運動靈活；依靠并聯(lián)成轉(zhuǎn)角相差45°的兩球體在運動過程中球冠與地面的交替連續(xù)接觸實現(xiàn)平穩(wěn)運動，承載能力強，易于控制，特別適合作為機器人運動平臺的萬向輪。在運動過程中，球輪a與球輪b交替與地面接觸實現(xiàn)整個驅(qū)動過程的連續(xù)性。
【專利說明】并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種全方位輪，具體講涉及一種并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，其主要用作機器人的萬向移動輪、服務機器人以及與其類似的應用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，全方位輪大致分為兩種:一種是采用特殊輪結(jié)構(gòu)，而另一種是應用傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)。多數(shù)的特殊輪結(jié)構(gòu)的設計理念是:在輪子的一個方向上具有約束以獲得驅(qū)動力，而在另一個方向上去除約束以實現(xiàn)被動運動。作為特殊輪的一個經(jīng)典的設計為:在一個傳統(tǒng)輪結(jié)構(gòu)的圓周上安裝一系列的被動輪，這些被動滾輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直或傾斜于傳統(tǒng)輪的旋轉(zhuǎn)軸。例如:麥克納姆輪的設計，其它特殊輪結(jié)構(gòu)的設計包括正交輪結(jié)構(gòu)和球輪結(jié)構(gòu)。特殊輪結(jié)構(gòu)的萬向移動機器人具有很強的運動靈活性和穩(wěn)定性，而且能夠非常精確地實現(xiàn)軌跡跟蹤。但是該類萬向移動機器人除了機構(gòu)比較復雜之外，還存在著越障能力差，承載能力低，被動滾輪容易引起車體振動等缺點。球輪結(jié)構(gòu)驅(qū)動機構(gòu)及運動控制較復雜，應用較少?；趥鹘y(tǒng)輪結(jié)構(gòu)的全方位移動機器人主要采用轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)都具有獨立驅(qū)動的腳輪結(jié)構(gòu)，這種機構(gòu)雖然承載能力強，同時對運動環(huán)境的要求較低，能夠跨越小障礙物，但運動靈活性和穩(wěn)定性較差。我們之前的差動式全方位輪專利雖然解決了上述大多數(shù)缺點，但是由于球冠結(jié)構(gòu)的缺陷導致球體不完整，使球體在運動過程中發(fā)生震動且容易夾入物體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是要提供一種帶有并聯(lián)差速封閉結(jié)構(gòu)的雙球冠差動式全方位輪，其依靠并聯(lián)成相位相差45°的兩個球體在運動過程中球冠與地面的交替連續(xù)接觸實現(xiàn)平穩(wěn)運動，承載能力強，易于控制，且不易在輪體上夾入小物體，特別適合作為機器人運動平臺。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，它由球輪a和球輪b構(gòu)成，球輪a和球輪b分別通過十字軸的主動輪連接于支架上，兩個球輪通過齒輪組傳遞動力；所述球輪a包括兩個具有圓錐臺型凹槽的球冠和兩個圓錐臺；兩個具有圓錐臺型凹槽的球冠和兩個圓錐臺相互配合，兩個球冠和兩個圓錐臺通過十字軸的連接軸連接成內(nèi)部封閉的互相傳遞運動與動力的差動結(jié)構(gòu)，使得整體結(jié)構(gòu)在承載能力上有很大提高；所述球輪b的結(jié)構(gòu)與球輪a相同，球輪b和球輪a并聯(lián)成相位相差45度的差速封閉結(jié)構(gòu)。
[0005]所述圓錐臺的直徑和錐度與球冠內(nèi)部的圓錐臺型凹槽的直徑和錐度一致，圓錐臺與球冠緊密接觸；在運動過程中協(xié)調(diào)一致，相互支撐傳遞運動。
[0006]所述球輪a或球輪b的兩個球冠通過十字軸的連接軸相連接，兩個球冠不直接接觸，兩者之間具有距離。
[0007]本發(fā)明的工作過程為:該全方位輪主動運動方向為輪的旋轉(zhuǎn)方向，即兩個球輪通過電機驅(qū)動齒輪等速旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動十字軸的主動軸轉(zhuǎn)動以獲得地面驅(qū)動力；十字軸的連接軸帶動球冠和圓錐臺一起轉(zhuǎn)動，即帶動球輪a和球輪b轉(zhuǎn)動；球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸，兩輪的球冠外廓形成了完整的輪子結(jié)構(gòu)起到了連續(xù)驅(qū)動的作用；地面的反作用力作用在球冠上同時傳遞到由球冠的圓錐臺型凹槽和圓錐臺構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu)中并由該封閉結(jié)構(gòu)吸收；同時沿著十字軸的主動軸方向的作用力由球冠繞著十字軸的連接軸的運動所卸載；在運動過程中，球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸實現(xiàn)整個驅(qū)動過程的連續(xù)性。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于:其結(jié)構(gòu)簡單，運動靈活；依靠并聯(lián)成轉(zhuǎn)角相差45°的兩球體在運動過程中球冠與地面的交替連續(xù)接觸實現(xiàn)平穩(wěn)運動，承載能力強，易于控制，特別適合作為機器人運動平臺的萬向輪。在運動過程中，球輪a與球輪b交替與地面接觸實現(xiàn)整個驅(qū)動過程的連續(xù)性。輪內(nèi)部差速封閉結(jié)構(gòu)的設計增加了支撐球冠的軸的強度，使萬向輪承載能力增強，同時避免了輪體在運動過程中夾住其它物體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是圖1的右視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是圖1的上視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4是圖3結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0013]圖5是圖2結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0014]圖6是齒輪組5的示意圖；
[0015]圖中:1、十字軸，2、球輪a，3、球輪b，4、支架，5、齒輪組，6、球冠，7、圓錐臺。

【具體實施方式】
[0016]參看圖1-圖5，所述雙球冠差動式全方位移動輪，由球輪a和球輪b構(gòu)成。兩輪分別通過十字軸的主動軸連接于支架4，并通過齒輪組5傳遞運動；所述球輪a和球輪b具有相同結(jié)構(gòu)，由兩個內(nèi)部帶有圓錐臺的球冠6和兩個圓錐臺7組成，并分別通過十字軸的連接軸連接成內(nèi)部封閉結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明的工作過程為:該全方位輪主動運動方向為輪的旋轉(zhuǎn)方向，即兩個球輪通過電機8驅(qū)動齒輪5等速旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動十字軸的主動軸轉(zhuǎn)動以獲得地面驅(qū)動力；十字軸的連接軸帶動球冠6和圓錐臺7 —起轉(zhuǎn)動，即帶動球輪a和球輪b轉(zhuǎn)動；球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸，兩輪的球冠外廓形成了完整的輪子結(jié)構(gòu)起到了連續(xù)驅(qū)動的作用；地面的反作用力作用在球冠上同時傳遞到由球冠的圓錐臺型凹槽和圓錐臺構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu)中并由該封閉結(jié)構(gòu)吸收；同時沿著十字軸的主動軸方向的作用力由球冠繞著十字軸的連接軸的運動所卸載；在運動過程中，球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸實現(xiàn)整個驅(qū)動過程的連續(xù)性。由于構(gòu)成移動平臺的每個輪均為萬向輪，所以三個萬向輪就可以驅(qū)動平臺完成平面的三個自由度運動來實現(xiàn)萬向移動。
[0018]可以應用到家庭清掃機器人的移動底盤上，也可以應用到全方位輪椅上，可以應用到自動化裝配線上的裝配和運輸設備上。
【權(quán)利要求】
1.并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，它由球輪a和球輪b構(gòu)成，球輪a和球輪b分別通過十字軸的主動輪連接于支架上，兩個球輪通過齒輪組傳遞動力；其特征在于:所述球輪a包括兩個具有圓錐臺型凹槽的球冠和兩個圓錐臺；兩個具有圓錐臺型凹槽的球冠和兩個圓錐臺相互配合，兩個球冠和兩個圓錐臺通過十字軸的連接軸連接成內(nèi)部封閉的互相傳遞運動與動力的差動結(jié)構(gòu)，所述球輪b的結(jié)構(gòu)與球輪a相同，球輪b和球輪a并聯(lián)成相位相差45度的差速封閉結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，其特征在于:所述圓錐臺的直徑和錐度與球冠內(nèi)部的圓錐臺型凹槽的直徑和錐度一致，圓錐臺與球冠緊密接觸；在運動過程中協(xié)調(diào)一致，相互支撐傳遞運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，其特征在于:所述球輪a或球輪b的兩個球冠通過十字軸的連接軸相連接，兩個球冠不直接接觸，兩者之間具有距離。
4.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)雙球冠差動式全方位輪，其工作過程如下:該全方位輪主動運動方向為輪的旋轉(zhuǎn)方向，即兩個球輪通過電機驅(qū)動齒輪等速旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動十字軸的主動軸轉(zhuǎn)動以獲得地面驅(qū)動力；十字軸的連接軸帶動球冠和圓錐臺一起轉(zhuǎn)動，即帶動球輪a和球輪b轉(zhuǎn)動；球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸，兩輪的球冠外廓形成完整的輪子結(jié)構(gòu)連續(xù)驅(qū)動；地面的反作用力作用在球冠上同時傳遞到由球冠的圓錐臺型凹槽和圓錐臺構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu)中并由該封閉結(jié)構(gòu)吸收；同時沿著十字軸的主動軸方向的作用力由球冠繞著十字軸的連接軸的運動所卸載；在運動過程中，球輪a與球輪b的球冠交替與地面接觸實現(xiàn)整個驅(qū)動過程的連續(xù)性。
【文檔編號】B60B19/00GK104354525SQ201410559048
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】葉長龍, 陳俊, 梁海超 申請人:沈陽航空航天大學