[发明专利]斜交球式全方位移动轮及其应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种移动轮及其应用，尤其涉及一种斜交球式全方位移动轮及其应用。斜交球式全方位移动轮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，全方位移动机器人大致分为两种：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。这种轮子结构不适用于脏乱的场合，因为脏物体很容易搅到被动滚轮的旋转轴上，影响机器人的运动。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。

发明内容：

为了解决上述现有的几种万向轮不同程度的存在结构比较复杂，越障能力差，承载能力低，灵活性和稳定性较差等不足，提供了一种斜交球式全方位移动轮，它由球轮a(8)和球轮b(9)构成；所述球轮a(8)和球轮b(9)分别通过被动轴a(10)及被动轴b(11)固定在主动轴(7)上，两被动轴在主动轴(7)的垂面上呈45°斜交角，构成斜交的两个球形分体结构。

斜交球式全方位移动轮主要应用于：

用作机器人的万向移动轮的应用；

用作全方位轮椅的万向移动轮的应用；

用作自动化装配线上的装配和运输设备的万向移动轮的应用以及类似领域。

采用的具体方案为：将三个万向斜交球式全方位移动轮(1)通过移动轮轴承架(3)沿圆盘周线相互呈120度分布固定在所述平台圆盘(5)下，三个移动轮(1)通过同步带及同步带轮(2)，分别与各自的直流伺服电机(4)传动连接，三个直流伺服电机(4)通过电机压板(6)固定在平台圆盘(5)上。

平台移动时，主动轴(7)在旋转过程中实现垂直纸面的驱动作用，而另一方向的运动，即沿主动轴(7)轴线方向的运动的球轮a(8)绕被动轴a(10)的自由旋转或者球轮b(9)绕被动轴b(11)的自由旋转卸载掉；在运动过程中，球轮a(8)与球轮b(9)交替与地面接触实现整个驱动过程的连续性，两个被动轴在主动轴(7)的垂面上成(呈)45度斜交布置实现了连续传动；三个万向轮驱动平台完成平面的三个自由度运动来实现万向移动。

本发明的有益效果：结构简单，运动灵活。依靠斜交的两个球形分体结构实现与地面的连续接触，同时实现轮体的驱动和被动运动。基于该轮体结构特点，设计了全方位移动平台。此种轮子结构适于较脏乱的场合，不易发生搅轮现象，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，两个被动轴在主动轴的垂面上呈45度斜交布置实现了连续传动。该设计实现运动连续性的同时增加了主动轴和被动轴的强度，使万向轮承载能力增强。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。增强了运动的灵活性和稳定性。

附图说明：

图1本发明的结构示意图

图2本发明的侧面结构示意图

图3是图1的背面结构示意图

图4和图5是斜交球式全方位移动轮结构示意图

图6是图4的右视结构示意图

图7是图4的左视结构示意图

具体实施方式：

参看图1-图7，斜交球式全方位移动轮，它由球轮a8和球轮b9构成；所述球轮a8和球轮b9分别通过被动轴a10及被动轴b11固定在主动轴7上，两被动轴在主动轴7的垂面上呈45°斜交角，构成斜交的两个球形分体结构。

所述球轮a8和球轮b9均由两个去除球冠和球体的一部分的球体构成，分别通过被动轴a10及被动轴b11连接成球体部分，并固定在主动轴7上；两个球轮的球体部分共同构成了整个球体轮结构，在主动轴7的垂面投影上形成了一个完整的圆形投影。