一种基于一个电机间歇传动的球形驱动轮的制作方法

所属技术领域

本发明属于驱动轮技术领域，尤其涉及一种基于一个电机间歇传动的球形驱动轮。

背景技术：

目前机器人的机器人多使用多个电机控制机器人的运动，这样无疑会加大机器人生产成本，同时多个电机的使用会增加机器人的故障率，如果机器人上其中一个电机损坏的话，会使机器人无法正常工作，这样会给国家、企业带来不必要的经济损失，所以就需要一种靠一个电机驱动机器人运动的发明。

本发明设计一种基于一个电机间歇传动的球形驱动轮解决如上问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于一个电机间歇传动的球形驱动轮，它是采用以下技术方案来实现的。

一种基于一个电机间歇传动的球形驱动轮，其特征在于：它包括承载装置、驱动机构，其中四个驱动机构两两一组对称安装在承载装置下端面的两侧，且其中任意一侧的两个驱动机构对称的位于承载装置的两端。

上述驱动机构包括壳体、驱动轮、球形盖、限位圆环、驱动齿轮、转动轴、环形支撑、连接圆环、第一涡卷弹簧、传动齿轮、传动轴、驱动电机、连接杆、支撑板、限位块、圆形槽、支撑圆环、支撑腔、支撑块、固定圆环、弹簧、球形盖槽、导向圆环、第二涡卷弹簧、阻尼环、导向块、驱动轴套、环形套、驱动轴套槽、环形导槽、第二导向槽、滚珠腔、第一隔板、第二隔板、滚珠，其中壳体上端的内圆面上安装有阻尼环，驱动电机安装在壳体内侧的上端面上；第一涡卷弹簧安装在驱动电机与壳体之间；且第一涡卷弹簧的內端安装在驱动电机的外圆面上，外端安装在壳体的內圆面上；第一涡卷弹簧位于阻尼环的下侧；连接圆环下侧开有圆形槽；连接圆环上端的内圆面安装在驱动电机下端的外圆面上；环形支撑的外圆面安装在圆形槽下端的内圆面上；转动轴的一端与驱动电机转轴连接，转动轴的另一端穿出环形支撑的下端；驱动齿轮安装在转动轴下端的外圆面上；连接杆的一端安装在环形支撑的下端；另一端安装你有支撑块；支撑块的下端开有连接圆孔，支撑块内侧开有支撑腔，且支撑腔位于连接圆孔上侧，支撑腔与连接孔相通；传动轴的下端开有外螺纹，传动轴的上端安装有支撑圆环，传动轴通过支撑圆环与支撑腔的配合安装在支撑块的下端；传动轴轴线与连接杆轴线之间的夹角成锐角；传动齿轮安装在传动轴上端的外圆面上，且传动齿轮与驱动齿轮啮合；固定圆环安装在传动轴的外圆面上，且固定圆环位于传动齿轮的下侧；环形套的外圆面上安装有两个对称的导向块；环形套安装在传动轴的外圆面上，且环形套位于固定圆环的下侧；驱动轴套的内圆面上开有对称的两个第二导向槽，驱动轴套上端的外圆面上安装有导向圆环；驱动轴套通过两个第二导向槽与两个导向块的配合安装在环形套的外圆面上；限位圆环的下端开有驱动轴套槽，上端开有环形导槽；限位圆环通过环形导槽与导向圆环的配合安装在驱动轴套的外圆面上；第二涡卷弹簧位于驱动轴套与驱动轴套槽之间，且第二涡卷弹簧的內端安装在驱动轴套的外圆面上，第二涡卷弹簧的外端安装在驱动轴套槽的内圆面上；球形盖的上端开有球形盖槽，球形盖槽的内圆面上开有内螺纹；球形盖的上端安装在限位圆环的下端，且球形盖通过球形盖槽中的内螺纹与传动轴下端的外螺纹配合连接；固定圆环和限位圆环之间安装有弹簧，弹簧的一端安装在固定圆环的下端，弹簧的另一端安装在限位圆环的上端；驱动轮位于球形盖的斜下侧；且驱动轮穿出壳体的下侧；支撑弧板的内侧面上开有滚珠腔，第一隔板的两端分别安装在滚珠腔的上下两端面上，第二隔板的两端分别安装在滚珠腔的左右两侧面上；八个滚珠四个一组分别安装在两个支撑弧板的滚珠腔中；且每组中的四个滚珠通过第一隔板和第二隔板相互隔离。两个支撑弧板对称地位于驱动轮的外圆面上；且两个支撑弧板与驱动轮的中心轴线配合；两个支撑弧板远离驱动轮的一端均安装有一个支撑板，两个支撑弧板通过两个支撑板安装在壳体内侧端面上。

上述阻尼环包括阻尼内环、阻尼外环、阻尼凸起，其中阻尼内环的内圆面上开有圆形槽，阻尼凸起位于圆形槽的一端；阻尼凸起和环形槽之间安装有压缩弹簧；且压缩弹簧的一端安装在阻尼凸起的下端；压缩弹簧的另一端安装在圆形槽的上端；阻尼外环周向均匀安装有许多限位凸起，且限位凸起与阻尼凸起配合。

作为本技术的进一步改进，上述弹簧为拉伸弹簧。

作为本技术的进一步改进，上述驱动齿轮固定安装在转动轴上。

作为本技术的进一步改进，上述传动齿轮固定安装在传动轴上。

相对于传统的驱动轮技术，本发明中的球形驱动轮具有行走和转向的功能。

本发明中驱动电机安装在壳体内侧的下端；通过驱动电机可以驱动安装在其下侧的转动轴进行转动；转动轴的下端安装有驱动齿轮，驱动齿轮与传动齿轮啮合；传动齿轮安装在传动轴上；转动轴在转动的同时驱动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动带动传动齿轮转动，且传动齿轮的转动方向与驱动齿轮的转动方向相反；传动齿轮转动带动传动轴转动；传动轴转动带动安装在其外圆面上的环形套转动，驱动轴套通过两个导向块与两个第二导向槽的配合安装在环形套的外圆面上，环形套的转动会带动驱动轴套转动；且驱动轴套在环形套的外圆面上可以沿着第二导向槽移动；限位圆环通过导向圆环与环形导槽的配合安装在驱动轴套的外圆面上，限位圆环与驱动轴套之间可以进行相互转动；球形盖的一端安装在限位圆环上；球形盖与传动轴之间通过螺纹配合连接；当球形盖处于非旋转状态时，传动轴转动会使得球形盖进行移动；安装在限位圆环和驱动轴套之间的第二涡卷弹簧处于拉伸状态时可以给限位圆环和球形盖提供一个恢复力；使其进行旋转；安装在固定圆环与限位圆环之间的弹簧处于拉伸状态时可以给限位圆环提供一个恢复力。

上述驱动电机在自转的同时会给第一涡卷弹簧一个扭力；使得第一涡卷弹簧处于发力状态，进而具有一定的恢复力；本发明设计的阻尼环在阻尼内环和阻尼外环发生相互转动时通过阻尼内环上的阻尼凸起和阻尼外环的限位凸起的配合，可以减缓阻尼内环和阻尼外环之间转动的速度，保证了当驱动电机在第一涡卷弹簧恢复力的作用下转动时保持一个较慢的转速；连接圆环安装在驱动电机的下端；环形支撑安装在连接圆环的下端；连接杆安装在环形支撑的下端；支撑块安装在连接杆的下端；传动轴通过支撑圆环与支撑腔的配合安装在支撑块的下端；球形盖与传动轴之间通过螺纹配合连接；当驱动电机自转时；驱动电机会带动连接圆环转动；连接圆环转动带动环形支撑转动；环形支撑的转动使得连接杆绕环形支撑轴线转动；连接杆的转动带动支撑块绕环形支撑轴线转动；支撑块的转动带动传动轴绕环形支撑轴线转动；传动轴的转动带动球形盖绕支撑圆环轴线转动；两个支撑弧板分别通过两个支撑板安装在壳体的内侧；两个支撑弧板对称地位于驱动轮的外圆面上；且两个支撑弧板与驱动轮的中心轴线配合；两个支撑弧板分别通过四个滚珠对驱动轮起到了支撑的作用。

当驱动轮进行工作时，第一涡卷弹簧、第二涡卷弹簧和弹簧处于自由伸缩状态；驱动电机通电，驱动电机驱动转动轴转动，转动轴转动会给驱动电机一个旋转力；而驱动电机与壳体之间安装的第一涡卷弹簧会逐渐被拉动；当第一涡卷弹簧的拉力与转动轴带给驱动电机的旋转力相等时，驱动电机与转轴处于相对静止状态；同时转动轴带动驱动齿轮转动；驱动齿轮与传动齿轮啮合；通过驱动齿轮转动带动传动齿轮转动；传动齿轮带动传动轴转动；传动轴带动环形套和驱动轴套转动；传动轴与球形盖之间通过螺纹连接，传动轴在转动的同时促使球形盖向下运动，球形盖向下运动带动限位圆环向下运动；限位圆环向下运动带动安装在限位圆环和固定圆环之间的弹簧的一端向下移动；同时第二涡卷弹簧的内端向内拉伸；当球形盖移动一定距离后，球形盖与驱动轮进行面接触；球形盖通过球形盖与驱动轮的摩擦带动驱动轮转动；进而使得驱动轮向前移动；当驱动电机停止通电后；转动轴停止转动，通过转动轴传动的传动轴也会停止转动；此时弹簧处于拉开状态；第二涡卷弹簧处于发力状态；由于第二涡卷弹簧的恢复力，限位圆环进行转动，限位圆环转动带动与其连接的球形盖进行转动；而球形盖与传动轴之间通过螺纹配合，且此时传动轴此时处于静止状态，所以在弹簧的恢复力和第二涡卷弹簧恢复力的作用下球形盖会逐渐向上移动；使球形盖与驱动轮分开；但由于驱动轮自身的惯性，所以驱动轮会继续向前运动；同时由于第一涡卷弹簧的恢复力，动驱动电机会向相反的方向转动转动；驱动电机转动会带动传动轴转动，进而带动球形盖转动；由于此时球形盖与驱动轮处于分离状态，所以驱动电机的转动不会对驱动轮造成影响；当驱动电机再次驱动转动轴转动时，球形盖将会被转动轴和驱动电机之间的旋转力恢复到与驱动轮配合的位置；进行再次驱动驱动轮；依次传递，实现了间歇传动；当进行转向时，通过电机控制突然加大转动轴的转速；使驱动电机自身与转动轴之间发生相互转动；电机自身转动的同时给安装在驱动电机和壳体之间的第一涡卷弹簧內端一个拉力，同时驱动电机自转动带动连接圆环转动；连接圆环转动带动环形支撑转动；环形支撑的转动使得连接杆绕环形支撑轴线转动；连接杆的转动带动支撑块绕环形支撑轴线转动；支撑块的转动带动传动轴绕环形支撑轴线转动；传动轴的转动带动球形盖绕支撑圆环轴线转动；在球形盖移动的过程中实现转向的功能，当转向完成后，第一涡卷弹簧处于拉伸状态，此时第一涡卷弹簧通过恢复力驱动驱动电机进行自转，同时阻尼环给驱动电机一个阻力；使其保持较慢的速度转动；驱动电机自转依次带动连接圆环、环形支撑、连接杆、支撑块、传动轴和球形盖转动移动，使得球形盖逐渐移动到原来的位置，进而继续向前运动。

附图说明

图1是整体部件外观示意图。

图2是行走轮安装示意图。

图3是驱动机构内部分布示意图。

图4是驱动机构结构示意图。

图5是环形支撑结构示意图。

图6是连接圆环结构示意图。

图7是支撑块结构示意图。

图8是球形盖结构示意图。

图9是限位圆环安装示意图。

图10是限位圆环结构示意图。

图11是环形套结构示意图。

图12是驱动轴套结构示意图。

图13是第一涡卷弹簧安装示意图。

图14是支撑弧板结构示意图。

图15是滚珠安装示意图。

图16是阻尼环结构示意图。

图17是滚珠工作原理示意图。

图中标号名称：1、承载装置；2、驱动机构；3、壳体；4、驱动轮；5、球形盖；6、限位圆环；7、驱动齿轮；8、转动轴；9、阻尼环；10、环形支撑；11、连接圆环；12、第一涡卷弹簧；13、阻尼外环；14、阻尼内环；15、传动齿轮；16、传动轴；17、驱动电机；18、连接杆；19、支撑板；20、支撑弧板；21、圆形槽；22、固定圆环；23、弹簧；24、球形盖槽；25、导向圆环；26、第二涡卷弹簧；27、导向块；28、驱动轴套；29、环形套；30、支撑块；31、驱动轴套槽；32、环形导槽；33、第二导向槽；34、滚珠腔；35、第一隔板；36、第二隔板；37、滚珠；38、支撑圆环；39、支撑腔；41、阻尼凸起；42、限位凸起。

具体实施方式

如图1所示，它包括承载装置1、驱动机构2，其中四个驱动机构2两两一组对称安装在承载装置1下端面的两侧，且其中任意一侧的两个驱动机构2对称的位于承载装置1的两端。

如图2、3所示，上述驱动机构2包括壳体3、驱动轮4、球形盖5、限位圆环6、驱动齿轮7、转动轴8、环形支撑10、连接圆环11、第一涡卷弹簧12、传动齿轮15、传动轴16、驱动电机17、连接杆18、支撑板19、限位块、圆形槽21、支撑圆环38、支撑腔39、支撑块30、固定圆环22、弹簧23、球形盖槽24、导向圆环25、第二涡卷弹簧26、阻尼环9、导向块27、驱动轴套28、环形套29、驱动轴套槽31、环形导槽32、第二导向槽33、滚珠腔34、第一隔板35、第二隔板36、滚珠37，其中如图3所示，壳体3上端的内圆面上安装有阻尼环9，驱动电机17安装在壳体3内侧的上端面上；如图4、13所示，第一涡卷弹簧12安装在驱动电机17与壳体3之间；且第一涡卷弹簧12的內端安装在驱动电机17的外圆面上，外端安装在壳体3的內圆面上；第一涡卷弹簧12位于阻尼环9的下侧；如图4、6所示，连接圆环11下侧开有圆形槽21；连接圆环11上端的内圆面安装在驱动电机17下端的外圆面上；如图5所示，环形支撑10的外圆面安装在圆形槽21下端的内圆面上；如图4所示，转动轴8的一端与驱动电机17转轴连接，转动轴8的另一端穿出环形支撑10的下端；驱动齿轮7安装在转动轴8下端的外圆面上；如图7所示，连接杆18的一端安装在环形支撑10的下端；另一端安装你有支撑块30；支撑块30的下端开有连接圆孔，支撑块30内侧开有支撑腔39，且支撑腔39位于连接圆孔上侧，支撑腔39与连接孔相通；传动轴16的下端开有外螺纹，传动轴16的上端安装有支撑圆环38，传动轴16通过支撑圆环38与支撑腔39的配合安装在支撑块30的下端；传动轴16轴线与连接杆18轴线之间的夹角成锐角；如图4所示，传动齿轮15安装在传动轴16上端的外圆面上，且传动齿轮15与驱动齿轮7啮合；如图7所示，固定圆环22安装在传动轴16的外圆面上，且固定圆环22位于传动齿轮15的下侧；如图11所示，环形套29的外圆面上安装有两个对称的导向块27；环形套29安装在传动轴16的外圆面上，且环形套29位于固定圆环22的下侧；如图12所示，驱动轴套28的内圆面上开有对称的两个第二导向槽33，驱动轴套28上端的外圆面上安装有导向圆环25；驱动轴套28通过两个第二导向槽33与两个导向块27的配合安装在环形套29的外圆面上；如图10所示，限位圆环6的下端开有驱动轴套槽31，上端开有环形导槽32；如图7所示，限位圆环6通过环形导槽32与导向圆环25的配合安装在驱动轴套28的外圆面上；如图9所示，第二涡卷弹簧26位于驱动轴套28与驱动轴套槽31之间，且第二涡卷弹簧26的內端安装在驱动轴套28的外圆面上，第二涡卷弹簧26的外端安装在驱动轴套槽31的内圆面上；如图8所示，球形盖5的上端开有球形盖槽24，球形盖槽24的内圆面上开有内螺纹；球形盖5的上端安装在限位圆环6的下端，且球形盖5通过球形盖槽24中的内螺纹与传动轴16下端的外螺纹配合连接；如图7所示，固定圆环22和限位圆环6之间安装有弹簧23，弹簧23的一端安装在固定圆环22的下端，弹簧23的另一端安装在限位圆环6的上端；如图4所示，驱动轮4位于球形盖5的斜下侧；且驱动轮4穿出壳体3的下侧；如图14所示，支撑弧板20的内侧面上开有滚珠腔34，第一隔板35的两端分别安装在滚珠腔34的上下两端面上，第二隔板36的两端分别安装在滚珠腔34的左右两侧面上；如图15所示，八个滚珠37四个一组分别安装在两个支撑弧板20的滚珠腔34中；且每组中的四个滚珠37通过第一隔板35和第二隔板36相互隔离。如图4所示，两个支撑弧板20对称地位于驱动轮4的外圆面上；且如图17所示，两个支撑弧板20与驱动轮4的中心轴线配合；两个支撑弧板20远离驱动轮4的一端均安装有一个支撑板19，两个支撑弧板20通过两个支撑板19安装在壳体3内侧端面上。

如图16所示，上述阻尼环9包括阻尼内环14、阻尼外环13、阻尼凸起41，其中阻尼内环14的内圆面上开有圆形槽21，阻尼凸起41位于圆形槽21的一端；阻尼凸起41和环形槽之间安装有压缩弹簧23；且压缩弹簧23的一端安装在阻尼凸起41的下端；压缩弹簧23的另一端安装在圆形槽21的上端；阻尼外环13周向均匀安装有许多限位凸起42，且限位凸起42与阻尼凸起41配合。

上述弹簧23为拉伸弹簧23。

上述驱动齿轮7固定安装在转动轴8上。

上述传动齿轮15固定安装在传动轴16上。

综上所述：

本发明中的球形驱动轮4具有行走和转向的功能。

本发明中驱动电机17安装在壳体3内侧的下端；通过驱动电机17可以驱动安装在其下侧的转动轴8进行转动；转动轴8的下端安装有驱动齿轮7，驱动齿轮7与传动齿轮15啮合；传动齿轮15安装在传动轴16上；转动轴8在转动的同时驱动驱动齿轮7转动，驱动齿轮7转动带动传动齿轮15转动，且传动齿轮15的转动方向与驱动齿轮7的转动方向相反；传动齿轮15转动带动传动轴16转动；传动轴16转动带动安装在其外圆面上的环形套29转动，驱动轴套28通过两个导向块27与两个第二导向槽33的配合安装在环形套29的外圆面上，环形套29的转动会带动驱动轴套28转动；且驱动轴套28在环形套29的外圆面上可以沿着第二导向槽33移动；限位圆环6通过导向圆环25与环形导槽32的配合安装在驱动轴套28的外圆面上，限位圆环6与驱动轴套28之间可以进行相互转动；球形盖5的一端安装在限位圆环6上；球形盖5与传动轴16之间通过螺纹配合连接；当球形盖5处于非旋转状态时，传动轴16转动会使得球形盖5进行移动；安装在限位圆环6和驱动轴套28之间的第二涡卷弹簧26处于拉伸状态时可以给限位圆环6和球形盖5提供一个恢复力；使其进行旋转；安装在固定圆环22与限位圆环6之间的弹簧23处于拉伸状态时可以给限位圆环6提供一个恢复力。

上述驱动电机17在自转的同时会给第一涡卷弹簧12一个扭力；使得第一涡卷弹簧12处于发力状态，进而具有一定的恢复力；本发明设计的阻尼环9在阻尼内环14和阻尼外环13发生相互转动时通过阻尼内环14上的阻尼凸起41和阻尼外环13的限位凸起42的配合，可以减缓阻尼内环14和阻尼外环13之间转动的速度，保证了当驱动电机17在第一涡卷弹簧12恢复力的作用下转动时保持一个较慢的转速；连接圆环11安装在驱动电机17的下端；环形支撑10安装在连接圆环11的下端；连接杆18安装在环形支撑10的下端；支撑块30安装在连接杆18的下端；传动轴16通过支撑圆环38与支撑腔39的配合安装在支撑块30的下端；球形盖5与传动轴16之间通过螺纹配合连接；当驱动电机17自转时；驱动电机17会带动连接圆环11转动；连接圆环11转动带动环形支撑10转动；环形支撑10的转动使得连接杆18绕环形支撑10轴线转动；连接杆18的转动带动支撑块30绕环形支撑10轴线转动；支撑块30的转动带动传动轴16绕环形支撑10轴线转动；传动轴16的转动带动球形盖5绕支撑圆环38轴线转动；两个支撑弧板20分别通过两个支撑板19安装在壳体3的内侧；两个支撑弧板20对称地位于驱动轮4的外圆面上；且两个支撑弧板20与驱动轮4的中心轴线配合；两个支撑弧板20分别通过四个滚珠37对驱动轮4起到了支撑的作用。

具体实施方案：当驱动轮4进行工作时，第一涡卷弹簧12、第二涡卷弹簧26和弹簧23处于自由伸缩状态；驱动电机17通电，驱动电机17驱动转动轴8转动，转动轴8转动会给驱动电机17一个旋转力；而驱动电机17与壳体3之间安装的第一涡卷弹簧12会逐渐被拉动；当第一涡卷弹簧12的拉力与转动轴8带给驱动电机17的旋转力相等时，驱动电机17与转轴处于相对静止状态；同时转动轴8带动驱动齿轮7转动；驱动齿轮7与传动齿轮15啮合；通过驱动齿轮7转动带动传动齿轮15转动；传动齿轮15带动传动轴16转动；传动轴16带动环形套29和驱动轴套28转动；传动轴16与球形盖5之间通过螺纹连接，传动轴16在转动的同时促使球形盖5向下运动，球形盖5向下运动带动限位圆环6向下运动；限位圆环6向下运动带动安装在限位圆环6和固定圆环22之间的弹簧23的一端向下移动；同时第二涡卷弹簧26的内端向内拉伸；当球形盖5移动一定距离后，球形盖5与驱动轮4进行面接触；球形盖5通过球形盖5与驱动轮4的摩擦带动驱动轮4转动；进而使得驱动轮4向前移动；当驱动电机17停止通电后；转动轴8停止转动，通过转动轴8传动的传动轴16也会停止转动；此时弹簧23处于拉开状态；第二涡卷弹簧26处于发力状态；由于第二涡卷弹簧26的恢复力，限位圆环6进行转动，限位圆环6转动带动与其连接的球形盖5进行转动；而球形盖5与传动轴16之间通过螺纹配合，且此时传动轴16此时处于静止状态，所以在弹簧23的恢复力和第二涡卷弹簧26恢复力的作用下球形盖5会逐渐向上移动；使球形盖5与驱动轮4分开；但由于驱动轮4自身的惯性，所以驱动轮4会继续向前运动；同时由于第一涡卷弹簧12的恢复力，动驱动电机17会向相反的方向转动转动；驱动电机17转动会带动传动轴16转动，进而带动球形盖5转动；由于此时球形盖5与驱动轮4处于分离状态，所以驱动电机17的转动不会对驱动轮4造成影响；当驱动电机17再次驱动转动轴8转动时，球形盖5将会被转动轴8和驱动电机17之间的旋转力恢复到与驱动轮4配合的位置；进行再次驱动驱动轮4；依次传递，实现了间歇传动；当进行转向时，通过电机控制突然加大转动轴8的转速；使驱动电机17自身与转动轴8之间发生相互转动；电机自身转动的同时给安装在驱动电机17和壳体3之间的第一涡卷弹簧12內端一个拉力，同时驱动电机17自转动带动连接圆环11转动；连接圆环11转动带动环形支撑10转动；环形支撑10的转动使得连接杆18绕环形支撑10轴线转动；连接杆18的转动带动支撑块30绕环形支撑10轴线转动；支撑块30的转动带动传动轴16绕环形支撑10轴线转动；传动轴16的转动带动球形盖5绕支撑圆环38轴线转动；在球形盖5移动的过程中实现转向的功能，当转向完成后，第一涡卷弹簧12处于拉伸状态，此时第一涡卷弹簧12通过恢复力驱动驱动电机17进行自转，同时阻尼环9给驱动电机17一个阻力；使其保持较慢的速度转动；驱动电机17自转依次带动连接圆环11、环形支撑10、连接杆18、支撑块30、传动轴16和球形盖5转动移动，使得球形盖5逐渐移动到原来的位置，进而继续向前运动。