[發明專利]斜交球式全方位移動輪及其應用

無效

• 申請號: 200810011848.9
• 申請日: 2008-06-13
• 公開（公告）號: CN101323231A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發明（設計）人: 葉長龍;回麗;馬書根
• 申請（專利權）人: 沈陽航空工業學院
• 主分類號: B60B33/00
• 分類號: B60B33/00
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所
• 代理人: 甄玉荃;孫麗珠

技術領域：

本發明涉及一種移動輪及其應用，尤其涉及一種斜交球式全方位移動輪及其應用。斜交球式全方位移動輪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域。

背景技術：

目前，全方位移動機器人大致分為兩種：一種是采用特殊輪結構，而另一種是應用傳統輪結構。多數的特殊輪結構的設計理念是：在輪子的一個方向上具有約束以獲得驅動力，而在另一個方向上去除約束以實現被動運動。作為特殊輪的一個經典的設計為：在一個傳統輪結構的圓周上安裝一系列的被動輪，這些被動滾輪的旋轉軸垂直或傾斜于傳統輪的旋轉軸。例如：麥克納姆輪的設計，其它特殊輪結構的設計包括正交輪結構和球輪結構。特殊輪結構的萬向移動機器人具有很強的運動靈活性和穩定性，而且能夠非常精確地實現軌跡跟蹤。但是該類萬向移動機器人除了機構比較復雜之外，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。這種輪子結構不適用于臟亂的場合，因為臟物體很容易攪到被動滾輪的旋轉軸上，影響機器人的運動。球輪結構驅動機構及運動控制較復雜，應用較少。基于傳統輪結構的全方位移動機器人主要采用轉向和旋轉都具有獨立驅動的腳輪結構，這種機構雖然承載能力強，同時對運動環境的要求較低，能夠跨越小障礙物，但運動靈活性和穩定性較差。

發明內容：

為了解決上述現有的幾種萬向輪不同程度的存在結構比較復雜，越障能力差，承載能力低，靈活性和穩定性較差等不足，提供了一種斜交球式全方位移動輪，它由球輪a(8)和球輪b(9)構成；所述球輪a(8)和球輪b(9)分別通過被動軸a(10)及被動軸b(11)固定在主動軸(7)上，兩被動軸在主動軸(7)的垂面上呈45°斜交角，構成斜交的兩個球形分體結構。

斜交球式全方位移動輪主要應用于：

用作機器人的萬向移動輪的應用；

用作全方位輪椅的萬向移動輪的應用；

用作自動化裝配線上的裝配和運輸設備的萬向移動輪的應用以及類似領域。

采用的具體方案為：將三個萬向斜交球式全方位移動輪(1)通過移動輪軸承架(3)沿圓盤周線相互呈120度分布固定在所述平臺圓盤(5)下，三個移動輪(1)通過同步帶及同步帶輪(2)，分別與各自的直流伺服電機(4)傳動連接，三個直流伺服電機(4)通過電機壓板(6)固定在平臺圓盤(5)上。

平臺移動時，主動軸(7)在旋轉過程中實現垂直紙面的驅動作用，而另一方向的運動，即沿主動軸(7)軸線方向的運動的球輪a(8)繞被動軸a(10)的自由旋轉或者球輪b(9)繞被動軸b(11)的自由旋轉卸載掉；在運動過程中，球輪a(8)與球輪b(9)交替與地面接觸實現整個驅動過程的連續性，兩個被動軸在主動軸(7)的垂面上成(呈)45度斜交布置實現了連續傳動；三個萬向輪驅動平臺完成平面的三個自由度運動來實現萬向移動。

本發明的有益效果：結構簡單，運動靈活。依靠斜交的兩個球形分體結構實現與地面的連續接觸，同時實現輪體的驅動和被動運動。基于該輪體結構特點，設計了全方位移動平臺。此種輪子結構適于較臟亂的場合，不易發生攪輪現象，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整個驅動過程的連續性，兩個被動軸在主動軸的垂面上呈45度斜交布置實現了連續傳動。該設計實現運動連續性的同時增加了主動軸和被動軸的強度，使萬向輪承載能力增強。由于構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動平臺完成平面的三個自由度運動來實現萬向移動。增強了運動的靈活性和穩定性。

附圖說明：

圖1本發明的結構示意圖

圖2本發明的側面結構示意圖

圖3是圖1的背面結構示意圖

圖4和圖5是斜交球式全方位移動輪結構示意圖

圖6是圖4的右視結構示意圖

圖7是圖4的左視結構示意圖

具體實施方式：

參看圖1-圖7，斜交球式全方位移動輪，它由球輪a8和球輪b9構成；所述球輪a8和球輪b9分別通過被動軸a10及被動軸b11固定在主動軸7上，兩被動軸在主動軸7的垂面上呈45°斜交角，構成斜交的兩個球形分體結構。

所述球輪a8和球輪b9均由兩個去除球冠和球體的一部分的球體構成，分別通過被動軸a10及被動軸b11連接成球體部分，并固定在主動軸7上；兩個球輪的球體部分共同構成了整個球體輪結構，在主動軸7的垂面投影上形成了一個完整的圓形投影。