一種全向輪的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種全向輪，可應用于全向移動機構，實現全向移動機構以任意位姿在二維平面內移動。
【背景技術】
[0002]全向移動機構是一種在倉儲搬運、教學科研中廣為應用的移動平臺，作為其組成部件的全向輪采用多個方位獨立驅動，通過全向輪轉速和轉向的組合，實現移動平臺以任意位姿(直行、橫行、斜行、旋轉以及各種連續曲線)在二維平面內移動。現有全向輪分為兩種，一種是麥克納姆輪(Mecanum輪)，由輪轂和若干輥子構成，一般輪轂的設計軸線和輥子的設計軸線成45°，輥子外輪廓的設計軸線和車輪的理論圓周重合，可自由旋轉。但這種全向輪有以下幾種缺點:①結構相對復雜，設計加工比較困難；②適用于比較平坦的地面，對起伏地面的適應能力差由于輥子彈性體厚度不均勻、輥子與地面接觸面積非均勻變化等因素，滾動過程中容易導致全向移動機構上下振動；④輥子與地面接觸處存在相對滑動，使控制精度變差。另外一種是瑞士輪，如圖1所示，包括從動輪1、輪轂2和端蓋3。該輪轂2的外圓周處均勻開設有3個或3個以上的輪轂齒，每兩個輪轂齒之間裝設有一從動輪1，從動輪1的徑向方向與輪轂2外圓周的切線方向垂直。這種全向輪動力轉化效率高，運動速度快，并且與地面接觸連續，可實現平滑的全向運動。但是缺點為從動輪1在地面滾動過程中吸附的一些灰塵和雜物，會在輪轂2和從動輪1的接觸點積累，容易造成從動輪1堵轉，導致全向運動失效。此外，瑞士輪的輪轂2和端蓋3相對固定，無法更換從動輪1。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種新的全向輪，解決現有全向輪運動控制精度差，從動輪存在堵轉以及從動輪拆裝不便捷的缺點。
[0004]本發明的技術方案是:一種全向輪，包括若干個從動輪1、一個輪轂2、兩個端蓋3，其特征在于，每個從動輪1包括一個支撐軸11，一個支撐套12，一個橡膠套13，兩個襯套14和兩個軸承15 ;支撐軸11依次穿過一個襯套14、一個軸承15、支撐套12、另一個軸承15和另一個襯套14 ;橡膠套13包住支撐套12 ;兩個軸承15卡在支撐套12兩端，使支撐套12不能相對支撐軸11在徑向和軸向上產生位移；每個軸承15的外圈相對支撐軸11可轉動，內圈與支撐軸11的表面緊密接觸。每個襯套14的一側卡進輪轂2中，另一側卡住軸承15的內圈。
[0005]進一步地，還包括若干個螺釘4，螺釘4將兩個端蓋3固定在輪轂2上。
[0006]進一步地，端蓋3包括若干個單獨的固定齒31。每個固定齒31將支撐軸11的一端固定在輪轂2上。
[0007]本發明的有益效果為:
[0008]本發明在從動輪1內裝入兩個軸承15和兩個襯套14，一方面襯套14會阻止從動輪1轉動時雜物卷入支撐套12和輪轂2中的間隙，從而防止雜物造成堵轉，保證從動輪1正常轉動；另外一方面襯套14卡死軸承15的內圈，軸承15卡在支撐套12兩端，防止從動輪1沿支撐軸11軸向和徑向發生位移，進而大幅提高全向輪1運動控制精度。從動輪1中裝入的兩個軸承15，一方面保證從動輪1的有效轉動，另一方面，即使雜物卷入襯套14和軸承15之間，軸承15的外圈也可正常轉動，進而保證從動輪1的正常轉動。
[0009]此外，本發明采用螺釘4將端蓋3和輪轂2固定在一起的方式，使得從動輪1便于拆卸和更換。特別是采用固定齒31的固定方式，尤其便于每一個從動輪1的拆裝。
[0010]此外，本發明在使用時，始終保持有橡膠套13與地面接觸，因此減小了全向輪運動過程中的震動。
【附圖說明】
[0011]圖1是現有的瑞士輪的結構示意圖；
[0012]圖2為本發明一【具體實施方式】的立體示意圖和三維爆炸圖；
[0013]圖3為本發明一【具體實施方式】中從動輪的三維正視圖和爆炸圖；
[0014]圖4為圖2a中沿從動輪支撐軸軸線的剖視圖及局部放大圖；
[0015]圖5為本發明一【具體實施方式】的輪轂及端蓋的裝配示意圖；
[0016]圖6為本發明其他的【具體實施方式】。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的一實施方式進行詳細說明。
[0018]圖1是現有的瑞士輪的結構示意圖。如圖1所示，現有的瑞士輪包括從動輪1，輪轂2和端蓋3。其中輪轂2和端蓋3之間通過鉚釘將從動輪1固定在輪轂2上。圖1中瑞士輪的鉚釘無法拆卸，因此從動輪1不便于更換。
[0019]圖2為本發明一【具體實施方式】的立體示意圖和爆炸圖，其中圖2(b)由圖2(a)沿輪轂2軸線方向爆炸得到。如圖2所示，全向輪包括16個從動輪1，輪轂2和端蓋3。16個從動輪1分布在在兩個圓周平面，交錯排列，兩個圓周的圓心均位于輪轂中心軸線。兩個圓周平面的從動輪1相互錯開一定角度，保證始終有從動輪1與地面接觸，減小了全向輪運動過程中的震動。輪轂2的輪轂齒上和端蓋3的對應位置處開有螺紋孔，分別標號為22、33，通過裝入螺紋孔22、33的螺釘4將從動輪1的支撐軸11的兩端固定在輪轂2的半個光孔21和端蓋3的半個光孔32里，從而保證從動輪1不會脫落。半個光孔21和半個光孔32契合成一個完整的光孔，套住支撐軸11的一端。
[0020]圖3為本發明一【具體實施方式】中從動輪1的立體正視圖和沿支撐軸軸線方向爆炸圖。如圖3所示，一個從動輪1包括一個支撐軸11，一個支撐套(材料最好為硬質塑料)12，一個橡膠套13，兩個襯套14和兩個軸承15 ;支撐套12被橡膠套13包住，橡膠套13相對支撐套12固定，可以將橡膠套13粘在支撐套12上；支撐軸11依次穿過一個襯套14、一個軸承15、支撐套12、一個軸承15和一個襯套14 ;兩個軸承15卡住支撐套12，使支撐套12不能相對支撐軸11在徑向和軸向上產生位移；軸承15的內圈與支撐軸11的表面緊密接觸，相對支撐軸11沒有徑向平移，軸承15的外圈相對支撐軸11可轉動。支撐套12內徑較支撐軸11外徑略大，可以發生相互轉動。全向輪轉動時，支撐套12和軸承15 —起相對支撐軸11轉動。襯套14優先采用金屬制成，形狀為具有一定厚度的圓環，厚度根據使用情況確定，實施例中采用的襯套14其厚度為階梯狀。襯套14的一側卡進輪轂2中，另一側卡住軸承15的內圈。橡膠套13將支撐套12覆蓋住，橡膠套13的表面具有紋理，增大與地面的摩擦力。
[0021]圖4為圖2(a)過一個從動輪1的支撐軸11軸線所在圓周平面的剖視圖及局部放大視圖。圖2(a)所示的16個從動輪1其支撐軸11軸線在兩個圓周平面，即8個支撐軸11的軸線位于同一平面，過其中任一平面，即可得到圖4的剖視圖。如圖4所示，從動輪1經過支撐軸11與輪轂2和端蓋3配合。支撐套12外圈中間部分開有凹槽，用于固定橡膠套13，使橡膠套13與支撐套12之間不能發生相對位移。支撐軸11依次穿過一個襯套14、一個軸承15、支撐套12、一個軸承15和一個襯套14 ;支撐套12覆蓋軸承15外圈，保護軸承15不受外界碰撞。兩個軸承15卡住支撐套12，使支撐套12不能相對支撐軸11在徑向和軸向上產生位移。軸承15的內圈與支撐軸11的表面緊密接觸，相對支撐軸11沒有徑向平移，軸承15的外圈相對支撐軸11可轉動。襯套14優先采用金屬制成，形狀為具有一定厚度的圓環，厚度根據使用情況確定，實施例中采用的襯套14其厚度為階梯狀。襯套14的一側卡進輪轂2中，另一側卡住軸承15的內圈。此外支撐套12內徑較支撐軸11外徑略大，可以發生相互轉動，從而保證支撐套12轉動的靈活性。
[0022]圖5為本發明一【具體實施方式】的輪轂2及端蓋3的裝配示意圖。如圖5所示，輪轂2兩端與端蓋3緊密接觸，且輪轂2與端蓋3同軸。輪轂2和端蓋3的對應位置各開有螺紋孔，分別標注為22、33，通過裝入螺紋孔22、33的螺釘4，將輪轂2與端蓋3固定起來。端蓋3上的固定齒31以端蓋內圈軸線為中心，在兩個圓周平面，交錯排列。兩個圓周平面的固定齒31相互錯開一定角度。固定齒31的兩端各開有半個光孔，輪轂2的輪轂齒兩端各開有半個光孔，固定齒31上的半個光孔32和輪轂上的半個光孔21組成一個完整的光孔，每個支撐軸11的一端嵌入一個光孔，保證支撐軸11與固定齒31和輪轂2不發生相對位移。
[0023]圖6為本發明其他的【具體實施方式】。如圖6所示，圖6(a)為將全向輪上的端蓋3改進為包括若干個固定齒31，每個固定齒31兩端各有半光孔，不同于傳統全向輪需要拆卸端蓋3上的所有螺釘4才能更換從動輪1，每個固定齒31上有一個螺紋孔用于將固定齒31固定在輪轂2上，只需拆卸兩個固定齒31即可更換一個從動輪1，故而可以大幅提高拆裝從動輪1的效率。此外將從動輪1的橡膠套13紋理根據需要進行改變，可增大或減小從動輪與地面接觸過程中的摩擦力。如圖6(c)所示的紋理與圖2不同。
【主權項】
1.一種全向輪，包括若干個從動輪(1)、一個輪轂(2)、兩個端蓋(3)，其特征在于，每個從動輪(1)包括一個支撐軸(11)，一個支撐套(12)，一個橡膠套(13)，兩個襯套(14)和兩個軸承(15);支撐軸(11)依次穿過一個襯套(14)、一個軸承(15)、支撐套(12)、另一個軸承(15)和另一個襯套(14);橡膠套(13)包住支撐套(12);兩個軸承(15)卡在支撐套(12)兩端，使支撐套(12)不能相對支撐軸(11)在徑向和軸向上產生位移；每個軸承(15)的外圈相對支撐軸(11)可轉動，內圈與支撐軸(11)相對固定；每個襯套(14)的一側卡進輪轂(2)中，另一側卡住軸承(15)的內圈。2.根據權利要求1所述的全向輪，其特征在于，還包括若干個螺釘(4)，螺釘(4)將兩個端蓋(3)固定在輪轂(2)上。3.根據權利要求1或2所述的全向輪，其特征在于，端蓋(3)包括若干個單獨的固定齒(31)，每個固定齒(31)將支撐軸(11)的一端固定在輪轂(2)上。
【專利摘要】本發明提供一種全向輪。技術方案包括若干個從動輪、一個輪轂、兩個端蓋(。每個從動輪包括一個支撐軸，一個支撐套，一個橡膠套，兩個襯套和兩個軸承；支撐軸依次穿過一個襯套、一個軸承、支撐套、另一個軸承和另一個襯套；兩個軸承卡在支撐套兩端，使支撐套不能相對支撐軸在徑向和軸向上產生位移；每個軸承的外圈相對支撐軸可轉動，內圈與支撐軸相對固定；每個襯套的一側卡進輪轂中，另一側卡住軸承的內圈。本發明解決現有全向輪運動控制精度差，從動輪存在堵轉以及從動輪拆裝不便捷的缺點。
【IPC分類】B60B19/12
【公開號】CN105415969
【申請號】CN201510875659
【發明人】任君凱, 謝成鋼
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月2日