[發明專利]并聯雙球冠差動式全方位輪

有效

• 申請號: 201410559048.6
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104354525A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 葉長龍;陳俊;梁海超
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B60B19/00
• 分類號: B60B19/00
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務所(普通合伙) 21228
• 代理人: 王欣

技術領域

本發明涉及一種全方位輪，具體講涉及一種并聯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域。

背景技術

目前，全方位輪大致分為兩種：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。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。我們之前的差動式全方位輪專利雖然解決了上述大多數缺點，但是由于球冠結構的缺陷導致球體不完整，使球體在運動過程中發生震動且容易夾入物體。

發明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發明的目的是要提供一種帶有并聯差速封閉結構的雙球冠差動式全方位輪，其依靠并聯成相位相差45°的兩個球體在運動過程中球冠與地面的交替連續接觸實現平穩運動，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。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為一種并聯雙球冠差動式全方位輪，它由球輪a和球輪b構成，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部封閉的互相傳遞運動與動力的差動結構，使得整體結構在承載能力上有很大提高；所述球輪b的結構與球輪a相同，球輪b和球輪a并聯成相位相差45度的差速封閉結構。

所述圓錐臺的直徑和錐度與球冠內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；在運動過程中協調一致，相互支撐傳遞運動。

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。

本發明的工作過程為：該全方位輪主動運動方向為輪的旋轉方向，即兩個球輪通過電機驅動齒輪等速旋轉以驅動十字軸的主動軸轉動以獲得地面驅動力；十字軸的連接軸帶動球冠和圓錐臺一起轉動，即帶動球輪a和球輪b轉動；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構起到了連續驅動的作用；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成的封閉結構中并由該封閉結構吸收；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整個驅動過程的連續性。

本發明的優點在于：其結構簡單，運動靈活；依靠并聯成轉角相差45°的兩球體在運動過程中球冠與地面的交替連續接觸實現平穩運動，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整個驅動過程的連續性。輪內部差速封閉結構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。

附圖說明

圖1本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的右視結構示意圖；

圖3是圖1的上視結構示意圖；

圖4是圖3結構的剖面示意圖；

圖5是圖2結構的剖面示意圖；

圖6是齒輪組5的示意圖；

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

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具有相同結構，由兩個內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部封閉結構。