[发明专利]一种全方位轮及全方位移动平台

说明书

技术领域

本发明涉及了一种可以自由转向的轮体，特别是一种可在平面上灵活运动的轮体及移动平台。

背景技术

在现代化的社会中，越来越多的场合需要灵活的运输设备，比如工厂中的自动运输车，机场中的行李运送车，残疾人自动轮椅等都需要较灵活的运输设备，而对灵活性的要求便是对轮胎的限制，现有一种可在平面灵活运动的轮即在平面中具有三自由度称其可实现在平面内无约束全方位运动称之为全方位轮，其构造特点是在主轮体上装配有可沿主轴方向运动的轮体，使其能在约束方向运动，而对地面是以点接触的方式，即可绕自身旋转，这种轮胎在现实生活中被大量使用，目前全方位轮大致为以下几种：牛眼轮、连续切换轮、偏心轮、球形轮和麦克纳姆轮等全方位轮，大部分都是使用轮体的全方位轮。但是以上全方位轮存在以下一些问题：1、力学性能差，传统全方位轮的缺点是孤立了轮体系而导致轮体轴的不可靠，轮体的轮轴容易发生失效，从而导致应用受限，承载能力差；2、在越障性能上，传统全方位轮的轮体的越障能力一直受限制，主要是因为被动轮的直径过小，在很小的障碍上被动方可能被卡住，这些是传统全方位轮的瓶颈，也限制全方位轮在一些特殊用途方向的发展；3、传统全方位轮控制较复杂。比如麦克纳姆轮，其采用的是轮体结构，麦克纳姆轮在重载方面和被动方向越障能力都较差，而且控制比较复杂，主要原因是轮体相对于主动轮体较小，且受力分立，在被动轮上的作用力完全由被动轴承担，但是被动轴的大小是受限制的，不能做的太大，而对于麦克纳姆轮的轮体还含有被动方向的力矩，如果施加的力过大对其被动轴的承受能力和轮盘的承力能力要求较强。

发明内容

本申请的发明目的在于解决目前全方位轮在重载方面和被动方向越障能力都较差且控制复杂的技术问题，而提供一种承载能力强、越障性能好、控制简便的全方位轮及全方位移动平台。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的全方位轮，包括驱动轴和安装于所述驱动轴上的轮体，所述轮体是由位于下部的圆锥台和位于上部的侧面为球面的圆台一体制成，所述圆锥台和圆台的大圆面等大且共面，所述圆锥台的底部小圆面可旋转地安装在所述驱动轴上，所述轮体的个数为8个，其中四个轮体组成第一组轮，剩余四个轮体组成第二组轮，所述第一组轮的四个轮体关于所述驱动轴的轴线呈中心对称分布，所述四个轮体的圆锥台的侧面依次相抵靠并形成封闭结构，所述第二组轮位于所述第一组轮的左或右侧，所述第二组轮的四个轮体布置安装结构与所述第一组轮相同，所述第一组轮的四个轮体的中轴线与所述第二组轮的四个轮体的中轴线以45度角度差交错分布，所述第二组轮的外轮廓线沿着驱动轴轴线方向映射在第一组轮的外轮廓线上时形成的轮廓线为完整的圆。

本发明轮体的侧面为球面的圆台实际上是由完整的球体，切去球冠部分和球冠相对应的另一端的球体后，所剩下的一种特殊圆台，该圆台的侧面为球面，可减小轮体接触地面时的摩擦干涉，第一组轮和第二组轮相互结合，第二组轮的外轮廓线沿着驱动轴轴线方向映射在第一组轮的外轮廓线上时形成的轮廓线为完整的圆，这样在转动过程中全方位轮不会发生颠簸，而传统的全方位轮，如果连续切换轮，只要有稍微小的间隙便会发生跳动，而连续性较好的麦克纳姆轮的设计过于复杂，不便于制造和组装。

本发明所述圆台侧面的球面上套有防滑套。

本发明所述轮体借助销钉安装在所述驱动轴上，所述轮体中部沿着轴线方向开有贯穿的安装孔，所述驱动轴上开有固定孔，所述安装孔为台阶孔，所述销钉的销帽抵靠在台阶孔的台阶上，所述销钉的销杆部分穿过台阶孔插入到驱动轴上的固定孔内，所述销杆与固定孔为过盈配合，轮体可相对于销杆自由转动。

本发明所述轮体采用尼龙材料制成，所述驱动轴采用45号钢制成。

本发明还提供一种全方位移动平台，使用上述的全方位轮，包括移动平台和位于移动平台下方的三个所述全方位轮，三个所述全方位轮驱动轴的轴线相交于一点构成三个相等的夹角，所述驱动轴可旋转地固定在所述移动平台的下方，三个所述驱动轴分别由固定在移动平台上的三个伺服电机驱动，所述三个伺服电机与控制器相连。

本发明所述移动平台的下方设有用于安装所述驱动轴的轴座和用于安装所述伺服电机的电机座，所述驱动轴可转动地安装在所述轴座上，所述驱动轴的一端设有从动轮，所述伺服电机主轴上设有主动轮，所述主动轮通过皮带轮与所述从动轮相连，所述伺服电机主轴轴线与其驱动的驱动轴轴线平行。