CN104354525B - 并联双球冠差动式全方位轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全方位轮，具体讲涉及一种并联双球冠差动式全方位轮，其主要用作机器人的万向移动轮、服务机器人以及与其类似的应用领域，它由球轮a和球轮b构成，球轮a和球轮b分别通过十字轴的主动轴连接于支架上，两个球轮通过齿轮组传递动力；其结构简单，运动灵活；依靠并联成转角相差45°的两球体在运动过程中球冠与地面的交替连续接触实现平稳运动，承载能力强，易于控制，特别适合作为机器人运动平台的万向轮。在运动过程中，球轮a与球轮b交替与地面接触实现整个驱动过程的连续性。
Description
技术领域
本发明涉及一种全方位轮，具体讲涉及一种并联双球冠差动式全方位轮，其主要用作机器人的万向移动轮、服务机器人以及与其类似的应用领域。
背景技术
目前，全方位轮大致分为两种：一种是采用特殊轮结构，而另一种是应用传统轮结构。多数的特殊轮结构的设计理念是：在轮子的一个方向上具有约束以获得驱动力，而在另一个方向上去除约束以实现被动运动。作为特殊轮的一个经典的设计为：在一个传统轮结构的圆周上安装一系列的被动轮，这些被动滚轮的旋转轴垂直或倾斜于传统轮的旋转轴。例如：麦克纳姆轮的设计，其它特殊轮结构的设计包括正交轮结构和球轮结构。特殊轮结构的万向移动机器人具有很强的运动灵活性和稳定性，而且能够非常精确地实现轨迹跟踪。但是该类万向移动机器人除了机构比较复杂之外，还存在着越障能力差，承载能力低，被动滚轮容易引起车体振动等缺点。球轮结构驱动机构及运动控制较复杂，应用较少。基于传统轮结构的全方位移动机器人主要采用转向和旋转都具有独立驱动的脚轮结构，这种机构虽然承载能力强，同时对运动环境的要求较低，能够跨越小障碍物，但运动灵活性和稳定性较差。我们之前的差动式全方位轮专利虽然解决了上述大多数缺点，但是由于球冠结构的缺陷导致球体不完整，使球体在运动过程中发生震动且容易夹入物体。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是要提供一种带有并联差速封闭结构的双球冠差动式全方位轮，其依靠并联成相位相差45°的两个球体在运动过程中球冠与地面的交替连续接触实现平稳运动，承载能力强，易于控制，且不易在轮体上夹入小物体，特别适合作为机器人运动平台。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为一种并联双球冠差动式全方位轮，它由球轮a和球轮b构成，球轮a和球轮b分别通过十字轴的主动轴连接于支架上，两个球轮通过齿轮组传递动力；所述球轮a包括两个具有圆锥台型凹槽的球冠和两个圆锥台；两个具有圆锥台型凹槽的球冠和两个圆锥台相互配合，两个球冠和两个圆锥台通过十字轴的连接轴连接成内部封闭的互相传递运动与动力的差动结构，使得整体结构在承载能力上有很大提高；所述球轮b的结构与球轮a相同，球轮b和球轮a并联成相位相差45度的差速封闭结构。
所述圆锥台的直径和锥度与球冠内部的圆锥台型凹槽的直径和锥度一致，圆锥台与球冠紧密接触；在运动过程中协调一致，相互支撑传递运动。
所述球轮a或球轮b的两个球冠通过十字轴的连接轴相连接，两个球冠不直接接触，两者之间具有距离。
本发明的工作过程为：该全方位轮主动运动方向为轮的旋转方向，即两个球轮通过电机驱动齿轮等速旋转以驱动十字轴的主动轴转动以获得地面驱动力；十字轴的连接轴带动球冠和圆锥台一起转动，即带动球轮a和球轮b转动；球轮a与球轮b的球冠交替与地面接触，两轮的球冠外廓形成了完整的轮子结构起到了连续驱动的作用；地面的反作用力作用在球冠上同时传递到由球冠的圆锥台型凹槽和圆锥台构成的封闭结构中并由该封闭结构吸收；同时沿着十字轴的主动轴方向的作用力由球冠绕着十字轴的连接轴的运动所卸载；在运动过程中，球轮a与球轮b的球冠交替与地面接触实现整个驱动过程的连续性。
本发明的优点在于：其结构简单，运动灵活；依靠并联成转角相差45°的两球体在运动过程中球冠与地面的交替连续接触实现平稳运动，承载能力强，易于控制，特别适合作为机器人运动平台的万向轮。在运动过程中，球轮a与球轮b交替与地面接触实现整个驱动过程的连续性。轮内部差速封闭结构的设计增加了支撑球冠的轴的强度，使万向轮承载能力增强，同时避免了轮体在运动过程中夹住其它物体。
附图说明
图1本发明的结构示意图；
图2是图1的右视结构示意图；
图3是图1的上视结构示意图；
图4是图3结构的剖面示意图；
图5是图2结构的剖面示意图；
图6是齿轮组5的示意图；
图中：1、十字轴，2、球轮a，3、球轮b，4、支架，5、齿轮组，6、球冠，7、圆锥台。
具体实施方式
参看图1-图5，所述双球冠差动式全方位移动轮，由球轮a和球轮b构成。两轮分别通过十字轴的主动轴连接于支架4，并通过齿轮组5传递运动；所述球轮a和球轮b具有相同结构，由两个内部带有圆锥台的球冠6和两个圆锥台7组成，并分别通过十字轴的连接轴连接成内部封闭结构。
本发明的工作过程为：该全方位轮主动运动方向为轮的旋转方向，即两个球轮通过电机8驱动齿轮5等速旋转以驱动十字轴的主动轴转动以获得地面驱动力；十字轴的连接轴带动球冠6和圆锥台7一起转动，即带动球轮a和球轮b转动；球轮a与球轮b的球冠交替与地面接触，两轮的球冠外廓形成了完整的轮子结构起到了连续驱动的作用；地面的反作用力作用在球冠上同时传递到由球冠的圆锥台型凹槽和圆锥台构成的封闭结构中并由该封闭结构吸收；同时沿着十字轴的主动轴方向的作用力由球冠绕着十字轴的连接轴的运动所卸载；在运动过程中，球轮a与球轮b的球冠交替与地面接触实现整个驱动过程的连续性。由于构成移动平台的每个轮均为万向轮，所以三个万向轮就可以驱动平台完成平面的三个自由度运动来实现万向移动。
可以应用到家庭清扫机器人的移动底盘上，也可以应用到全方位轮椅上，可以应用到自动化装配线上的装配和运输设备上。
Claims (1)
1.并联双球冠差动式全方位轮，它由球轮a和球轮b构成，球轮a和球轮b分别通过十字轴的主动轴连接于支架上，两个球轮通过齿轮组传递动力；其特征在于：所述球轮a包括两个具有圆锥台型凹槽的球冠和两个圆锥台；两个具有圆锥台型凹槽的球冠和两个圆锥台相互配合，两个球冠和两个圆锥台通过十字轴的连接轴连接成内部封闭的互相传递运动与动力的差动结构，所述球轮b的结构与球轮a相同，球轮b和球轮a并联成相位相差45度的差速封闭结构；所述圆锥台的直径和锥度与球冠内部的圆锥台型凹槽的直径和锥度一致，圆锥台与球冠紧密接触；在运动过程中协调一致，相互支撑传递运动；所述球轮a或球轮b的两个球冠通过十字轴的连接轴相连接，两个球冠不直接接触，两者之间具有距离；所述的并联双球冠差动式全方位轮，其工作过程如下：该全方位轮主动运动方向为轮的旋转方向，即两个球轮通过电机驱动齿轮等速旋转以驱动十字轴的主动轴转动以获得地面驱动力；十字轴的连接轴带动球冠和圆锥台一起转动，即带动球轮a和球轮b转动；球轮a与球轮b的球冠交替与地面接触，两轮的球冠外廓形成完整的轮子结构连续驱动；地面的反作用力作用在球冠上同时传递到由球冠的圆锥台型凹槽和圆锥台构成的封闭结构中并由该封闭结构吸收；同时沿着十字轴的主动轴方向的作用力由球冠绕着十字轴的连接轴的运动所卸载；在运动过程中，球轮a与球轮b的球冠交替与地面接触实现整个驱动过程的连续性。
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