专利名称：一种新型全向轮结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于移动机器人技术领域，涉及一种新型全向轮结构。
背景技术：
随着机器人技术的发展，以全方位移动平台为代表的轮式移动机器人得到了越来越广泛的应用而，全方位移动平台是以全向轮为驱动部件的底盘移动机构。全向轮是平台实现全方位运动的关键部件，其基本原理是驱动轮可以通过轮子边缘上的若干滚子在轮子轴线方向(或呈一定的角度)上做自由滚动，以实现驱动轮在前进和平移两个自由度上运动的功能。目前，全向轮结构主要分两种。一种为双排互补结构甚至多排机构，通过将2个 或2个以上的全向轮并排组合，并以一定的角度错开，以实现周边小轮与地面接触的连续性。这种全向轮结构运行稳定，始终有一个小轮与地面接触，承载能力也较强，但轮子宽度较大，会占用较大的安装空间。另一种全向轮为单排结构，大轮外侧边缘有许多小轮，这种轮子的宽度尺寸较小，但小轮之间的间隙比较大，轮子滚动时的振动比较明显。
发明内容本实用新型是针对上述全向轮结构中存在的不足，设计了一种既具有较好的轮地接触连续性，又是单排轮结构，占用空间较小的全向轮结构。本实用新型解决技术问题所采取的技术方案如下一种新型全向轮结构，包括左侧盖板，轮毂，右侧盖板，支承座，从动轮。支承座与轮毂是分离的，支承座底面与轮毂的圆柱面贴合，支承座两侧开有对称的螺孔，支承座一端与轮毂的挡边紧靠，左侧盖板、右侧盖板、轮毂、支承座用螺钉连接在一起，从动轮安装在相邻两支承座之间。支承座具有两两相互咬合的结构设计，支承座底部前端凸台面与底部后端凹口面贴合，支承座安装在轮毂上，支承座通过前后相邻支承座咬合固定。支承座的上部端面与中部端面之间的夹角α为157. 5° ;碗状滚子的前端嵌入前一碗状滚子的后端。从动轮由支撑轴、619-6支撑轴承、619-5支撑轴承、轴承挡圈、工字型轮芯、碗状滚子，轴用弹性挡圈组成；支撑轴连接相邻两支承座，一端用轴肩固定，另一端用轴用弹性挡圈固定，支撑轴两端安装619-5支撑轴承和619-6支撑轴承，619-5支撑轴承和619-6支撑轴承分别与工字型轮芯连接，两支撑轴承分别通过轴承挡圈进行轴向紧固，碗状滚子与工字型轮芯采用橡胶硫化一体结构。从动轮碗状滚子的廓形曲线是抛物线。本实用新型解决了一般全向轮滚子间隙过大，滚动过程中振动明显的问题，提高了全方位移动平台的运动平稳性。
图I全向轮结构示意图；图2全向轮装配示意图；图3支承座结构图；图4支承座装配示意图；图5从动轮内部结构图；图6碗状滚子结构图；图中1.左侧盖板；2.轮毂；3.支承座；4.从动轮；5.右侧盖板；6.螺钉； 7.螺栓；8.弹性垫片；9.薄螺母；10.支撑轴；11. 619-6支撑轴承；12.工字型轮芯；13.碗状滚子；14. 619-5支撑轴承；15.轴用弹性挡圈；16.轴承挡圈。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。参照图I所示，该全向轮结构主要包括左侧盖板1，轮毂2，右侧盖板5，支承座3和从动轮4。支承座3 —边与轮毂2挡边贴合，另一边用右侧盖板5固定，左侧盖板I、轮毂2、右侧盖板5三者通过螺栓7紧固。参照图2所示，所述的左侧盖板I为带有挡边的内凹形结构，挡边边缘均匀分布16个通孔，用于使用螺钉6连接左侧盖板I与轮毂2，中间均匀分布4个通孔，用于螺栓7连接左侧盖板1，轮毂2和右侧盖板5。所述的轮毂2为带有一侧挡边的内凹形结构，凹形结构与左侧盖板I的凹形结构贴合，挡边边缘均匀分布16个通孔，用于螺钉6连接左侧盖板I和支承座3，轮毂2中间均匀分布4个通孔，用于螺栓7连接左侧盖板1，轮毂2和右侧盖板5。所述的右侧盖板5为圆形平板结构，边缘均匀分布16个通孔，用于使用螺钉6连接右侧盖板5与支承座3，同时右侧螺钉6配以弹性垫片8和薄螺母9，右侧盖板5中间均匀分布4个通孔，用于螺栓7连接左侧盖板1，轮毂2和右侧盖板5。参照图3所示，所述的支承座3整体呈2字型结构，上端和中部开有通孔，用来连接支撑轴10，支承座3上部通孔所在表面与中部通孔所在表面夹角α为157. 5°，这与全向轮分布的从动轮数量有关，若从动轮数量增加或减少，相应的夹角也会随之变化。支承座3前端凸台面与底部后端凹口面贴合，安装于轮毂2上时可两两互相咬合，有效增强支承座3与轮毂2的安装可靠度。参照图4所示，支承座3与轮毂2是分离的，支承座3底面与轮毂2的圆柱面贴合，支承座3两侧开有对称的螺孔，安装时只需将支承座3 —端与轮毂2的挡边紧靠，用内六角螺钉6将左侧盖板1，右侧盖板5，轮毂2和支承座3连接在一起。支撑轴10 —端与支承座3中部通孔过盈配合连接，另一端连接相邻支承座3的上部通孔，并用轴用弹性挡圈15进行轴向固定。参照图5所示，所述的从动轮4，主要包括支撑轴10、支撑轴承(11、14)、轴承挡圈
16、工字型轮芯12、碗状滚子13，轴用弹性挡圈15。支撑轴10连接相邻两支承座3，一端用轴肩固定，另一端用轴用弹性挡圈15固定,支撑轴10两端安装619-5支撑轴承14和619-6支撑轴承11，支撑轴承与工字型轮芯12连接，碗状滚子13与工字型轮芯12采用橡胶硫化一体结构，工字形轮芯一方面可以增大轮芯与滚子橡胶层的接触表面积，提高结合强度，另一方面可以防止橡胶层与轮芯轴向的滑移。支撑轴承通过轴承挡圈16进行轴向紧固。所述的从动轮4在安装时，其碗状滚子的前端部分嵌入到前一碗状滚子的后端，采用首尾相接的结构，减小了相邻从动轮4之间的间隙，提高了从动轮4与地面接触的连续性。参照图6所示，所述的从动轮碗状滚子13基于赫兹接触理论，计算了滚子与地面接触的变形量，并通过有限元分析软件仿真滚子与地面的接触情况，采用抛物线对其廓形曲线修形，抛物线方程为y=ax2+bx+c，改变抛物线方程的系数，可得到一系列滚子的廓形曲线，并且通过计算，我们发现碗状滚子在承受200N力的作用下，若以滚子小端中心为原点，滚子廓形曲线为y=_0. 009x2+0. 632x+9的碗状滚子与地面接触时会有比较良好的接触变形情况。用抛物曲线对滚子廓形曲线修形后，增大了滚子轴平面内的廓形曲线的曲率，弥补了滚子半径增大引起的的曲率减小值，从而减小了曲面各点的变形差量，使得碗状滚子13表面各点与地面接触时的变形更为均匀，从而有效降低了全向轮运动时的颠簸。·
权利要求1.一种新型全向轮结构，包括左侧盖板(I)，轮毂(2 ),右侧盖板(5 ),支承座(3 ),从动轮(4 )，其特征在于支承座(3 )与轮毂(2 )是分离的，支承座(3 )底面与轮毂(2 )的圆柱面贴合，支承座(3)两侧开有对称的螺孔，支承座(3)—端与轮毂(2)的挡边紧靠，左侧盖板(I)、右侧盖板(5)、轮毂(2)、支承座(3)用螺钉(6)连接在一起，从动轮(4)安装在相邻两支承座(3)之间。
2.根据权利要求I所述的一种新型全向轮结构，其特征在于支承座(3)具有两两相互咬合的结构设计，支承座(3)底部前端凸台面与底部后端凹口面贴合，支承座(3)安装在轮毂(2)上,支承座(3)通过前后相邻支承座咬合固定。
3.根据权利要求I所述的一种新型全向轮结构，其特征在于支承座(3)的上部端面与中部端面之间的夹角α为157.5° ;碗状滚子(13)的前端嵌入前一碗状滚子(13)的后端。
4.根据权利要求I所述的一种新型全向轮结构，其特征在于从动轮(4)由支撑轴(10),619-6支撑轴承(11 )、619-5支撑轴承(14)、轴承挡圈(16)、工字型轮芯(12)、碗状滚子(13)，轴用弹性挡圈(15)组成；支撑轴(10)连接相邻两支承座(3)，一端用轴肩固定，另一端用轴用弹性挡圈(15)固定,支撑轴(10)两端安装619-5支撑轴承(14)和619-6支撑轴承(11)，619-5支撑轴承(14)和619-6支撑轴承(11)分别与工字型轮芯(12)连接，两支撑轴承分别通过轴承挡圈(16)进行轴向紧固，碗状滚子(13)与工字型轮芯(12)采用橡胶硫化一体结构。
5.根据权利要求4所述的一种新型全向轮结构，其特征在于从动轮碗状滚子(13)的廓形曲线是抛物线。
专利摘要本实用新型公开了一种新型全向轮结构。现有的全向轮结构普遍存在滚子之间间隙较大，重合度较差的缺点。本实用新型中的左侧盖板和轮毂均具有内凹的结构，可以相互贴合。全向轮具有16个支承座，均匀分布在轮毂周围，支承座的一端与轮毂的挡边贴合，支承座的两端开有螺孔，左侧盖板和轮毂的挡边均匀分布16个孔，通过螺钉与支承座固定连接。右侧盖板周围边缘也开有16个孔，通过螺钉与支承座的另一侧固定连接。本实用新型解决了一般全向轮滚子间隙过大，滚动过程中振动明显的问题，提高了全方位移动平台的运动平稳性。
文档编号B60B19/00GK202623789SQ20122028824
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月19日 优先权日2012年6月19日
发明者周建军, 陈骏, 林阿斌, 马天文 申请人:杭州电子科技大学