減振且可越障全向移動輪系裝置及工作方法、移動平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有減振功能的可越障輪系裝置，可作為各類爬梯車、越障車、載人載物移動平臺以及其他工業機器人的行走機構，屬于機械設計技術領域。
【背景技術】
[0002]目前，由多角星形架和單向輪組成的越障移動平臺有很多，其主要為滿足探礦機器人，軍事偵察機器人、載人載物移動平臺，以及其他各類工業機器人或特種機器人的應用需求設計等。這些多單向輪架都是多角星形架和單向輪的結合，雖然可以實現輪架公轉和單向輪的自轉，但是輪架前進方向必須和單向輪方向一致，運動靈活性受到一定的限制。目前也存在一些多角行星架和全向輪組成的移動平臺，此類裝置雖然能實現全向移動并可跨越一定障礙，但是其在跨越障礙的過程中沖擊振動較大，由于結構設計中受到特定幾何關系的約束，行星齒輪受力不均衡且磨損較劇烈，平均無故障時間相對較短。這些輪系在運行可靠性方面需進一步提高，本發明正是基于上述因素而提出。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種輪系裝置，其工作方法以及移動平臺，以解決輪系裝置全方位移動的技術問題。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種輪系裝置，包括:星形輪架，以及安裝在星形輪架各端的且均勻分布的全向輪組件。
[0005]進一步，為了便于輪系裝置能有效的翻越障礙物，所述星形輪架的中心處設有動力輸入軸孔，各全向輪組件分別通過相應的全向輪中心軸、全向輪安裝軸孔配合安裝；以及一動力輸入軸位于動力輸入軸孔內，且通過安裝在星形輪架內的齒輪機構將動能傳遞給全向輪中心軸，以帶動全向輪組件自轉，或當全向輪組件受阻無法自轉時，帶動星形輪架和各全向輪組件繞動力輸入軸公轉。
[0006]進一步，為了能夠減輕越障過程中沖擊震動的全向輪系裝置，以解決可越障輪系裝置運動過程中顛簸的技術問題，所述全向輪中心軸上套設有彈簧聯軸器、空心軸和齒輪軸，其中所述齒輪軸與空心軸通過花鍵連接，所述彈簧聯軸器位于齒輪軸、空心軸裝配形成的環形內腔中；以及通過所述齒輪軸與齒輪機構相連。
[0007]進一步，所述齒輪軸內設有環形臺階，當空心軸頂入齒輪軸后，空心軸的頂入端的端面與環形臺階的側面配合以構成所述環形內腔;或所述齒輪軸和空心軸內均設有環形臺階，當空心軸頂入齒輪軸時，兩環形臺階的側面配合以構成所述環形內腔。
[0008]進一步，為了產生更好的減震效果，所述的彈簧聯軸器包含一個盤簧或多個并聯的盤簧，當多個盤簧并聯時，多個盤簧均并排地套在全向輪中心軸上，且相鄰盤簧的螺旋方向相反；以及所述的彈簧聯軸器與全向輪中心軸之間通過過盈配合進行緊固連接。
[0009]進一步，為了實現全向輪組件的全方位移動，所述全向輪組件包括:全向輪，該全向輪包括:星形滾輪架、滾輪、滾輪軸;其中所述滾輪的滾輪面呈圓弧面，以適于全向輪在自轉時滾動；以及所述星形滾輪架包括三個均勻分布的Y型架，各滾輪分別通過滾輪軸安裝于各Υ型架的相鄰短臂之間，以適于全向輪組件作橫向移動時轉動。
[0010]進一步，為了解決齒輪軸受力不均衡且磨損較大的問題，一全向輪組件包括至少兩個全向輪，各全向輪同軸安裝且繞全向輪中心軸錯開一定角度，以使各全向輪的外緣構成一完整的圓。
[0011]又一方面，本發明還提供了一種移動平臺，其包括:平臺，以及至少四個所述的輪系裝置;所述平臺為矩形，則各輪系裝置對角線設置;或所述平臺為圓形，則各輪系裝置沿平臺的外緣均勻設置。
[0012]第三方面，本發明還提供了一種輪系裝置的工作方法。
[0013]所述輪系裝置包括:星形輪架，以及安裝在星形輪架各端的且均勻分布的全向輪組件；以及所述工作方法包括:所述全向輪組件適于自轉或繞星形輪架的中心處的動力輸入軸孔公轉。
[0014]進一步，所述全向輪組件包括:全向輪，該全向輪包括:星形滾輪架、滾輪、滾輪軸；其中所述滾輪的滾輪面呈圓弧面，以適于全向輪在自轉時滾動；以及所述星形滾輪架包括三個均勻分布的Υ型架，各滾輪分別通過滾輪軸安裝于各Υ型架的相鄰短臂之間，以適于全向輪組件作橫向移動時轉動。
[0015]所述輪系裝置的移動方式包括:平動、爬梯、越障，其中平動時，星形輪架不轉動，通過位于地面的第一、第三全向輪自轉，或在第一、第三全向輪自轉的同時伴隨著這兩個全向輪上的相應滾輪橫向滾動;爬梯或越障時，各全向輪繞動力輸入軸孔公轉，即
[0016]當第一全向輪抵近臺階，使第一全向輪自轉受阻，星形輪架向前翻滾，帶動各全向輪公轉，即第二全向輪翻至上一臺階，且在第二全向輪碰撞至臺階面時，通過彈簧聯軸器減輕沖擊震動，然后第二全向輪代替第一全向輪繼續行進；
[0017]當前全向輪抵近障礙物，使第一全向輪自轉受阻，星形輪架向前翻滾，帶動各全向輪公轉，即第二全向輪翻越障礙物，且在第二全向輪碰撞至障礙物前面的地面時，通過彈簧聯軸器減輕沖擊震動，然后使第二全向輪代替第一全向輪繼續行進。
[0018]本發明的有益效果是，本發明的輪系裝置結構簡單，功能多樣，雙動力、四動力或更多動力源時均可使爬梯車轉彎半徑為零，且省去了差速器;該輪系裝置還解決重載時越障輪系轉向或原地轉向時摩擦力過大的問題的同時，能夠通過齒輪軸孔內的阻尼系統解決越障過程中星形輪架翻轉時沖擊振動較大的問題，這為構建一種緊湊且集成度高的多功能、高性能移動平臺提供了必要的技術手段。
【附圖說明】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0020]圖1是本發明實施例中的輪系裝置的主視圖；
[0021]圖2是本發明中全向輪結構中盤簧全部位于齒輪軸內部時的減振機構裝配示意圖；
[0022]圖3是本發明中全向輪結構中盤簧跨越齒輪軸與空心軸時的減振機構的裝配示意圖；
[0023]圖4是本發明中齒輪軸與空心軸通過花鍵鏈接的示意圖；
[0024]圖5是本發明實施例中多個盤簧并聯時的減震機構的裝配示意圖；
[0025]圖6本發明實施例中輪系裝置的軸測圖；
[0026]圖7是本發明實施例中盤簧的結構示意圖；
[0027]圖8a、圖8b分別是本發明實施例中由四個輪系構成的移動平臺的示意圖；
[0028]圖9a、圖％、圖9c、圖9d分別是輪系裝置的爬梯運動示意圖。
[0029]圖中:
[0030]星形輪架1、動力輸入軸101，
[0031]全向輪組件2、全向輪中心軸201、彈簧聯軸器202、空心軸203、齒輪軸204、花鍵205、環形內腔206、齒輪軸處的環形臺階207、空心軸處的環形臺階208、全向輪210、星形滾輪架211、滾輪212、Y型架213、短臂213a，
[0032]平臺3，
[0033]第一全向輪401、第二全向輪402、第三全向輪403。
【具體實施方式】
[0034]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0035]實施例1
[0036]如圖1至圖7所示，本實施例1提供了一種輪系裝置，包括:星形輪架1，以及安裝在星形輪架1各端的且均勻分布的全向輪組件2。
[0037]其中，所述星形輪架1可以采用多角星結構，例如三角星形輪架1。實施例中均以三角星形輪架1進行說明。
[0038]所述三角星形輪架1適于帶動全向輪組件2公轉，以及全向輪自轉、全向輪上的滾輪的橫向滾動。
[0039]具體的，所述星形輪架1的中心處設有動力輸入軸101孔，各全向輪組件2分別通過相應的全向輪中心軸201、全向輪安裝軸孔配合安裝；以及一動力輸入軸101位于動力輸入軸101孔內，且通過安裝在星形輪架1內的齒輪機構將動能傳遞給全向輪中心軸201，以帶動全向輪組件2自轉，或當全向輪組件2受阻無法自轉時，帶動各全向輪組件2繞動力輸入軸101公轉。其中，所述齒輪機構屬于已知技術，可以通過現有技術實現；以及自轉為全向輪組件2自行轉動，如圖1中方向F2所示;公轉為全向輪組件2由星形輪架1帶動繞動力輸入軸101孔轉動，如圖1中方向F1所示。
[0040]優選的，所述全向輪中心軸201上套設有彈簧聯軸器202、空心軸203和齒輪軸204，其中所述齒輪軸204與空心軸203通過花鍵205連接，所述彈簧聯軸器202位于齒輪軸204、空心軸裝配形成的環形內腔206中；以及通過所述齒輪軸204與齒輪機構相連。所述彈簧聯軸器202作為減振機構，其不僅可以傳遞扭矩，還能夠在軸的徑向減緩沖擊振動，此盤簧結構的平面示意圖如圖7所示。通過選擇合適的盤簧勁度系數，可使得星形架在翻越障礙或爬階梯時的時候既能夠保持良好的傳動效果，又能夠降低沖擊震動，增加齒輪壽命并增加運動的平順性。
[0041 ]作為環形內腔206的兩種實施方式，所述齒輪軸204內設有環形臺階，當空心軸203頂入齒輪軸204后，空心軸的頂入端的端面與環形臺