一種全向移動裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及移動機械技術領域，具體涉及一種全向移動裝置，包括底板和至少三個全向輪，全向輪包括主軸板、從動輪和兩個以能夠相對主軸板樞轉的方式分別設置在主軸板的兩側的半球形主動輪，主軸板能樞轉，且其樞轉軸線與半球形主動輪相對主軸板樞轉的軸線相交，半球形主動輪的球形頂部設置有通孔以布置從動輪，使半球形主動輪的外表面和從動輪外表面的一部分在同一個球面上，從動輪以能夠相對主軸板樞轉的方式設置主軸板上，從動輪的樞轉軸線垂直于主軸板樞轉的軸線，同時還垂直于半球形主動輪相對主軸板樞轉的軸線，全向輪固定設置在底板上，至少三個所述全向輪主軸板的旋轉軸線各不相互平行，如此，全向移動裝置越障能力更強，并且運動更加平緩。
【專利說明】
一種全向移動裝置
技術領域
[0001]本發明涉及移動機械技術領域，具體涉及一種全向移動裝置。【背景技術】
[0002]全向輪是一種可以朝任意方向移動的輪子，具有一個主動運動方向和一個從動運動方向，當這兩個均有運動時，根據每個方向速率的不同，全向輪就能夠向任意方向運動， 實現全向運動。
[0003]全向輪可以像一個正常的車輪一樣使用，并可以通過多個輪子的組合運動，實現任意方向的移動。現階段，如專利CN201320814107.0公開的一種全向輪，全向輪主要由輪轂和從動輪組成，該輪轂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，該從動輪的徑向方向與輪轂外圓周的切線方向垂直。[〇〇〇4]由于這種全向輪的結構，外圈由多個較小的從動輪組成，所以從動輪之間有多不可避免的間隙，若輪轂滾動至兩從動輪之間間隙處接觸地面，此時如果遇到寬度小于等于兩從動輪間隙的障礙物，全向輪被卡住無法繼續滾動，又稱越障失敗，如果要盡量避免這種情況出現，就需要增加從動輪的數量，即是數量越多間隙越小；另一方便，當從動輪滾動時， 由于其滾動半徑極小，越障能力極差，若要盡量增加從動輪的越障能力，需要增加從動輪的尺寸，在保證從動輪具有合適強度的情況下，從動輪半徑越大，布置在輪轂上的從動輪數量越少。
[0005]由此可知，若要減小兩從動輪之間的間隙，需要增加從動輪的數量，而隨著從輪的數量增加，從動輪的半徑就相應減小，從動輪滾動時的越障能力就相應降低。即，現有萬向輪的越障能力有限，只能在運動面比較平坦的情況下才能較好地實現全向運動的效果，很大程度上限制了全向輪的使用范圍。并且每兩個從動輪之間都無法避免的存在著間隙，使得整個輪子的圓周實際成為一個多邊形，導致在運動過程中出現上下波動，會造成載體物的震動，并且會對從動輪軸產生沖擊從而損失驅動功率，減少驅動的有效載荷。
[0006]全向移動裝置采用三個全向輪驅動實現全向運動，由于現有全向輪越障能力差且在平緩地區移動過程中會上下波動而導致全向輪承受高頻沖擊，全向移動裝置的越障能力極差，受高頻沖擊的全向輪容易損壞掉落，并且會造成全向移動裝置的整體上下震動，會造成置于其上的零部件脫落。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于:針對目前向移動裝置的越障能力極差，受高頻沖擊的全向輪容易損壞掉落，并且會造成全向移動裝置的整體上下震動，會造成置于其上的零部件脫落的問題，提供一種能夠解決上述問題的全向移動裝置。
[0008]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種全向移動裝置，包括底板和至少三個全向輪，所述全向輪包括主軸板、從動輪和兩個半球形的半球形主動輪，兩個所述主動輪以能夠相對所述主軸板樞轉的方式分別設置在所述主軸板的兩側，使兩個所述主動輪的外表面在一個球面上，所述主軸板能樞轉，且其樞轉軸線與所述主動輪相對所述主軸板樞轉的軸線相交， 所述主動輪的球形頂部設置有通孔以布置所述從動輪，使所述主動輪的外表面和所述從動輪外表面的一部分在同一個球面上，所述從動輪以能夠相對所述主軸板樞轉的方式設置所述主軸板上，所述從動輪的樞轉軸線垂直于所述主軸板樞轉的軸線，同時還垂直于所述主動輪相對所述主軸板樞轉的軸線，所述全向輪固定設置在所述底板上，至少三個所述全向輪主軸板的旋轉軸線各不相互平行。
[0009]作為優選，所述全向輪數量為三個，相鄰全向輪主軸板的旋轉軸線夾角為120度， 如此，全向輪相對底板中心軸對稱布置，并且間隔角度相等，相鄰全向輪的主動運動方向夾角均為120度，便于計算和控制，且整體美觀，穩定性好。
[0010]作為優選，所述全向移動裝置還包括驅動所述主軸板旋轉的電機，所述電機固定設置在所述底板上，如此，電機能夠驅動全向輪的主軸板轉動，從而驅動全向輪轉動，從而能夠驅動全向輪移動裝置實現全向移動。[〇〇11]作為優選，所述底板為框架結構，如此，能夠減輕質量從而減輕全向移動裝置的載重且節省材料成本。
[0012]作為優選，所述主動輪包括外殼和輪架，所述外殼由橡膠制成，所述輪架用于支撐所述外殼，使所述外殼的外表面成球形。
[0013]作為優選，所述輪架的抗壓強度高于所述外殼的抗壓強度。
[0014]作為優選，所述輪架呈階梯型，由此，能夠在保證支撐外殼的同時減小輪架占用的半球形主動輪內部空間，以布置軸承等部件。
[0015]作為優選，所述主動輪通過深溝球軸承或調心滾子軸承與所述主軸板連接，如此， 能使得軸承承受一定的軸向力。
[0016]作為優選，所述主軸板包括內架，所述內架內設置有用于容納所述從動輪的空腔， 所述主動輪設置有內腔，所述內架完全置于所述內腔中，所述內架設置有用于容納軸承滾動體的第一凹部，使所述內架形成所述主動輪與所述主軸板連接軸承的內圈。
[0017]作為優選，所述輪架設置有與所述內架第一凹部相對于的第二凹部，所述第一凹部與所述第二凹部形成的腔室用于容納軸承的滾動體，使所述輪架形成所述主動輪與所述主軸板連接軸承的外圈。
[0018]作為優選，所述輪架遠離所述主軸板的端部為倒L形，所述輪架的L形端部與所述內架之間設置有擋板，所述擋板固定設置在所述內架上，且設置有用于放置所述從動輪的孔腔，所述擋板與所述從動輪外表面的間隙小于或等于0.1毫米，與所述L形端部的間隙小于或等于〇.1毫米，如此，擋板能夠將大于〇.1的渣物擋住，避免渣物進入本申請萬向輪內部卡死軸承。
[0019]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本申請的有益效果是:無論本申請全向輪向哪個方向滾動，其沿滾動方向的截面均為半徑相同的圓形，與現有全向輪的從動輪滾動半徑遠小于其輪轂半徑從而其越障能力極差相比，本申請全向輪沿輪轂方向滾動時的越障能力與現有全向輪的輪轂滾動時的越障能力相同，沿其它任意方向滾動時，越障能力均遠高于現有全向輪，由此，本申請全向輪越障能力極強，能夠在凹凸程度合適的地面進行全方向運動;此外，由于本申請全向輪外部整體是個球面，且兩個半球形主動輪之間的間隙較小， 從動輪與半球形主動輪的間隙較小，如此，與現有全向輪的輪轂滾時上下顛簸劇烈相比，本申請間隙數量少，間隙值小，運動平緩，上下顛簸幅度極小，基本不會造成會載體物的震動， 并且難以對從動輪軸產生沖擊從而不會減少驅動的有效載荷，由此，本申請全向移動裝置承受高頻沖擊的幅度更小，數量少，由此置于其上的零部件難以因震動而脫落。【附圖說明】
[0020]圖1為本申請全向輪的結構示意圖；圖2為圖1水平剖開后的下半部分示意圖；圖3為圖1豎直剖開后的右半部分示意圖；圖4為本申請全向移動裝置的結構示意圖；圖5為圖4的仰視圖；圖中標記:1_主軸板，2-半球形主動輪，21-外殼，3-從動輪，4-內架，41-空腔，42-第一凹部，43-L形端部，5-擋板，6-滾動體，7-輪架，71-第二凹部，8-全向輪，9-底板，10-電機。【具體實施方式】[〇〇21]下面結合附圖，對本發明作詳細的說明。[〇〇22]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。[〇〇23] 如圖1、2、3所示，一種全向移動裝置，包括底板9和至少三個全向輪8，全向輪8包括主軸板1、從動輪3和兩個半球形的半球形主動輪2,兩個半球形主動輪2以能夠相對主軸板1 樞轉的方式分別設置在主軸板1的兩側，使兩個半球形主動輪2的外表面在一個球面上，主軸板1在電機的驅動下能夠樞轉，且其樞轉軸線AA與半球形主動輪2相對主軸板1樞轉的軸線BB垂直且相交，兩個半球形主動輪2配合后形成的主動輪外形為球形，可以使得該主動輪能夠繞主軸板的樞轉軸線旋轉滾動，由于主軸板的旋轉一般采用電機10驅動，所以在機器人領域可以稱兩個半球形主動輪2配合后形成的組件為主動輪，半球形主動輪2的球形頂部設置有通孔以布置從動輪3,使從動輪3外表面的一部分和半球形主動輪2的外表面在同一個球面上，從動輪3以能夠相對主軸板1樞轉的方式設置主軸板1上，從動輪3的樞轉軸線 CC(和DD)垂直于主軸板1樞轉的軸線，同時還垂直于半球形主動輪2相對主軸板1樞轉的軸線，全向輪8固定設置在底板9上，至少三個全向輪8的主軸板1的旋轉軸線各不相互平行。
[0024]主軸板1能夠在電機的驅動下旋轉，可帶動整個全向輪8向A方向運動，是全向輪8 的主動運動方向；兩個半球形的半球形主動輪2能夠相對主軸板1旋轉，當全向輪8向有B方向的運動時，半球形主動輪2相對主軸板1旋轉，全向輪8與地面的摩擦是滾動摩擦，該運動是全向輪8的從動運動；當全向輪8同時在A方向和B方向有位移時，能夠實現全向滾動，即可實現全向輪8的全向運動。但是，在某一情況下，當半球形主動輪2的球形頂部接觸地面，并且全向輪8向B方向運動時，如圖4所示，由于此時半球形主動輪2不會旋轉，整個全向輪8在地面是滑動的，沒有實現滾動運動，由此，在半球形主動輪2的球形頂部出設置一從動輪3，使半球形主動輪2的球形頂部接觸地面，并且全向輪8向B方向運動時，該從動輪3能夠轉動， 從而無論全向輪8球星表面的任意一處接觸地面，全向輪8向任意方向運動時均是滾動運動，由此，能夠實現全向輪8的全向滾動，從而實現全向移動。
[0025]如圖4和圖5所示，三個本申請全向輪8設置在一個底板9上，并且，相鄰全向輪8的主軸板1的旋轉軸線的夾角R1為120度。
[0026]無論本申請全向輪8向哪個方向滾動，其沿滾動方向的截面均為半徑相同的圓形， 與現有全向輪8的從動輪滾動半徑遠小于其輪轂半徑從而其越障能力極差相比，本申請全向輪8沿輪轂方向滾動時的越障能力與現有全向輪的輪轂滾動時的越障能力相同，沿其它任意方向滾動時，越障能力均遠高于現有全向輪，由此，本申請全向輪越障能力極強，能夠在凹凸程度合適的地面進行全方向運動;此外，由于本申請全向輪8外部整體是個球面，且兩個半球形主動輪2之間的間隙較小，從動輪3與半球形主動輪2的間隙較小，如此，與現有全向輪8的輪轂滾時上下顛簸劇烈相比，本申請間隙數量少，間隙值小，運動平緩，上下顛簸幅度極小，基本不會造成會載體物的震動，并且難以對從動輪3軸產生沖擊從而不會減少驅動的有效載荷，由此，本申請全向移動裝置承受高頻沖擊的幅度更小，數量少，由此置于其上的零部件難以因震動而脫落。[〇〇27]如圖4和圖5,全向輪8數量為三個，相鄰全向8的主軸板1的旋轉軸線的夾角R1為 120度，如此，調整三個全向輪8的主軸板1相互之間的旋轉速率比，即可實現全向移動，并且，全向輪8相對底板9中心軸對稱布置，并且間隔角度相等，相鄰全向輪8的主動運動方向A 夾角均為120度，便于計算和控制，且整體美觀，穩定性好。
[0028]全向移動裝置還包括驅動主軸板旋轉的電機10,電機10固定設置在底板9上，如此，電機10能夠驅動全向輪8的主軸板1轉動，從而驅動全向輪8轉動，從而能夠驅動全向輪移動裝置實現全向移動。[〇〇29]底板9為框架結構，如此，能夠減輕質量從而減輕全向移動裝置的載重且節省材料成本，半球形主動輪2包括外殼21和輪架7,外殼21由橡膠制成，輪架7用于支撐外殼21，使外殼21外表面呈球形以保證全向輪8的滾動半徑相同，輪架7的抗壓強度高于外殼21的抗壓強度，能夠起到支撐外殼21保持外殼21外形為球形的目的，輪架7的原材料可以是P0M (Polyformaldehyde)塑料、ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)塑料、PA (Polyamide)塑料或6061鋁合金，這些材料質量輕且強度高。
[0030]輪架7呈階梯型，由此，能夠在保證支撐外殼21的同時減小輪架7占用的半球形主動輪2內部空間，以布置軸承等部件。
[0031]半球形主動輪2通過深溝球軸承或調心滾子軸承與主軸板1連接，能夠承受一定的軸向載荷，滿足全向輪8的使用。[〇〇32]主軸板1上設置有內架4，內架4內設置有用于容納從動輪3的空腔41，內架4完全置于半球形主動輪2的內腔中，內架4設置有用于容納軸承滾動體6的第一凹部42,使內架4形成半球形主動輪2與主軸板1連接軸承的內圈，輪架7設置有與內架4第一凹部42相對于的第二凹部71，第一凹部42與第二凹部71形成的腔室用于容納軸承的滾動體6,使輪架7形成半球形主動輪2與主軸板1連接軸承的外圈。
[0033]輪架7遠離主軸板1的端部為倒L形，如此，能夠加強該端部的強度，避免該端部出現變形而無法支撐外殼21使外殼21成球形，輪架7的L形端部43與內架4之間設置有擋板5，擋板5固定設置在內架4上，且設置有用于放置從動輪3的孔腔，擋板5與從動輪3外表面的間隙小于或等于0.1毫米，與L形端部43的間隙小于或等于0.1毫米，如此，擋板5能夠將大于 0.1的渣物擋住，避免渣物進入本申請萬向輪內部卡死軸承。
[0034]凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種全向移動裝置，包括底板和至少三個全向輪，其特征在于，所述全向輪包括主軸板、從動輪和兩個半球形的半球形主動輪，兩個所述主動輪以能 夠相對所述主軸板樞轉的方式分別設置在所述主軸板的兩側，使兩個所述主動輪的外表面 在同一個球面上，所述主軸板能樞轉，且其樞轉軸線與所述主動輪相對所述主軸板樞轉的軸線相交，所述主動輪的球形頂部設置有通孔以布置所述從動輪，使所述主動輪的外表面和所述 從動輪外表面的一部分在同一個球面上，所述從動輪以能夠相對所述主軸板樞轉的方式設置所述主軸板上，所述從動輪的樞轉 軸線垂直于所述主軸板樞轉的軸線，同時還垂直于所述主動輪相對所述主軸板樞轉的軸 線，所述全向輪固定設置在所述底板上，至少三個所述全向輪主軸板的旋轉軸線各不相互 平行。2.根據權利要求1所述的全向移動裝置，其特征在于，所述全向輪數量為三個，相鄰全 向輪主軸板的旋轉軸線夾角為120度。3.根據權利要求1或2所述的全向移動裝置，其特征在于，還包括驅動所述主軸板旋轉 的電機，所述電機固定設置在所述底板上。4.根據權利要求1-3任意一項所述的全向移動裝置，其特征在于，所述底板為框架結 構。5.根據權利要求1-4任意一項所述的全向移動裝置，其特征在于，所述主動輪包括外殼 和輪架，所述外殼由橡膠制成，所述輪架用于支撐所述外殼，使所述外殼的外表面成球形。6.根據權利要求5所述的全向移動裝置，其特征在于，所述輪架的抗壓強度高于所述外 殼的抗壓強度。7.根據權利要求1-6任意一項所述的全向移動裝置，其特征在于，所述主動輪通過深溝 球軸承或調心滾子軸承與所述主軸板連接。8.根據權利要求1-7任意一項所述的全向移動裝置，其特征在于，所述主軸板包括內 架，所述內架內設置有用于容納所述從動輪的空腔，所述主動輪設置有內腔，所述內架完全 置于所述內腔中，所述內架設置有用于容納軸承滾動體的第一凹部，使所述內架形成所述 主動輪與所述主軸板連接軸承的內圈。9.根據權利要求8所述的全向移動裝置，其特征在于，所述輪架設置有與所述內架第一 凹部相對于的第二凹部，所述第一凹部與所述第二凹部形成的腔室用于容納軸承的滾動 體，使所述輪架形成所述主動輪與所述主軸板連接軸承的外圈。10.根據權利要求8或9所述的全向移動裝置，其特征在于，所述輪架遠離所述主軸板的 端部為倒L形，所述輪架的L形端部與所述內架之間設置有擋板，所述擋板固定設置在所述 內架上，且設置有用于放置所述從動輪的孔腔，所述擋板與所述從動輪外表面的間隙小于 或等于0.1毫米，與所述L形端部的間隙小于或等于0.1毫米。
【文檔編號】B60B19/14GK106004237SQ201610499145
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】伍功宇, 劉韻, 董繼波, 黃山
【申請人】成都電科創品機器人科技有限公司