多向滚动装置的制作方法

本发明属于机械技术领域，具体地来说，是一种多向滚动装置。

背景技术：

轮子被视为人类最古老、最重要的发明之一，其重要程度足以与火的使用相提并论。轮子的出现使人类可以快速搬运超出自身重量的物体，有效地解决了运输问题，促进了社会的商品流通与贸易发展。

随着现代科学技术的发展，轮子被应用于各类设备上，以滚动接触提供设备移动的基础。然而，传统的轮子仅具有一个方向的运动，在重载及复杂工况下难以灵活转向。为此，现有技术常常需要采用额外的转向机构，造成结构臃肿、体积庞大。转向机构与轮子独立布置，亦造成传动结构复杂，可靠程度与灵活性均较低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多向滚动装置，以一体的紧凑结构实现多向灵活运动。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种多向滚动装置，具有：

复数个共轴布置的滚动单元，所述滚动单元具有圆环形支架，所述圆环形支架沿其圆周环布有复数个转动轮，所述转动轮的自转轴与所述圆环形支架外圆周的切线方向平行并与所述圆环形支架的自转轴垂直，复数个所述圆环形支架之间逐一固定连接；

复数个共轴布置的驱动单元，所述驱动单元具有定子与可旋转地保持于所述定子上的转子，复数个所述定子之间逐一固定连接，复数个所述转子分别与所述圆环形支架固定连接。

作为上述技术方案的改进，所述驱动单元具有一固定轮轴，所述固定轮轴一一连接复数个所述定子而使所述定子固定连接，并具有用于供所述多向滚动装置与外部设备连接的连接端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述定子沿其轴向具有第一轴孔，复数个所述定子线性分布而组成定子阵列，所述定子阵列的前后端面分别具有用于实现传动的端部键孔，所述端部键孔与所述第一轴孔共轴，所述固定轮轴一并贯穿所述第一轴孔与所述端部键孔，所述固定轮轴通过止动键部与所述端部键孔形成键连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述转子具有圆环形结构并可旋转地套设于所述定子之外部，至少一个所述圆环形支架套设于所述转子之外部且与所述转子具有一体旋转的运动特性。

作为上述技术方案的进一步改进，所述圆环形支架通过第一连接部连接，所述第一连接部具有前锁紧部、隔套与后锁紧部，所述隔套设于相邻的所述圆环形支架之间，复数个所述圆环形支架线性分布而组成圆环形支架阵列，所述前锁紧部与所述后锁紧部分别压紧于所述圆环形支架阵列的前后端面而使复数个所述滚动单元固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一连接部套设于所述转子之外部且与所述转子具有一体旋转的运动特性。

作为上述技术方案的进一步改进，复数个所述转动轮沿所述圆环形支架的轮廓圆周均匀分布。

作为上述技术方案的进一步改进，相邻的所述转子通过第二连接部连接，所述第二连接部具有第二轴孔及设于所述第二轴孔两端的两个轴承孔，所述第二轴孔、所述轴承孔与所述转子的自转轴共轴，所述轴承孔内部分别设有轮轴轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，所述定子具有伸出轴端，相邻的所述定子的所述伸出轴端相对布置，所述伸出轴端套设于所述轮轴轴承内圈上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述圆环形支架与所述第二连接部固定连接。

本发明的有益效果是：

(1)具有复数个滚动单元与驱动单元，滚动单元具有圆环形支架及与圆环形支架垂直布置的复数个转动轮，提供前后移动与侧向滑动的多向运动功能；

(2)具有复数个共轴布置的驱动单元，驱动单元具有定子与转子，复数个定子之间逐一固定连接，复数个转子分别与圆环形支架固定连接，无需其他复杂的驱动结构，并具有一体应用的优势与较大的输出扭矩，而提供一种具有一体结构而可实现多向运动的多向滚动装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的多向滚动装置的第一示意图；

图2是本发明实施例1提供的多向滚动装置的第二示意图；

图3是本发明实施例1提供的多向滚动装置的第三示意图；

图4是本发明实施例1提供的多向滚动装置的第四示意图；

图5是图4中多向滚动装置的a-a剖视轴测示意图；

图6是图4中多向滚动装置去除轮轴轴承后的b-b剖视示意图。

主要元件符号说明：

1000-多向滚动装置，0100-滚动单元，0110-圆环形支架，0120-转动轮，0200-驱动单元，0210-定子，0211-第一轴孔，0212-端部键孔，0213-伸出轴端，0220-转子，0300-第一连接部，0310-前锁紧部，0320-隔套，0330-后锁紧部，0400-固定轮轴，0410-连接端，0420-止动键部，0500-第二连接部，0510-第二轴孔，0520-第一轴承孔，0530-第二轴承孔，0600-轮轴轴承。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对多向滚动装置进行更全面的描述。附图中给出了多向滚动装置的优选实施例。但是，多向滚动装置可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对多向滚动装置的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在多向滚动装置的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，多向滚动装置1000具有复数个滚动单元0100与复数个驱动单元0200，滚动单元0100用于承担多向滚动装置1000的滚动移动功能，驱动单元0200用于驱动滚动单元0100实现运动。在此，由于复数个滚动单元0100与驱动单元0200的结构布置，使多向滚动装置1000具有多个方向的全自由度滚动，以紧凑的结构而实现多向滚动装置1000的灵活运动。以下举其结构之要者详述如下。

请结合参阅图1～2，多向滚动装置1000具有复数个滚动单元0100，复数个滚动单元0100共轴布置。滚动单元0100具有圆环形支架0110，圆环形支架0110可于驱动单元0200驱动下发生自转，而于地面上整体滚动。显见地，圆环形支架0110的滚动方向即为多向滚动装置1000的第一运动方向。

其中，圆环形支架0110沿其圆周环布有复数个转动轮0120，转动轮0120的自转轴与圆环形支架0110外圆周的切线方向平行并与圆环形支架0110的自转轴垂直，复数个圆环形支架0110之间逐一固定连接。

具体地，复数个转动轮0120可自转地保持于圆环形支架0110上，复数个转动轮0120的自转轴具有共面关系，自转轴所共处的平面与圆环形支架0110的自转轴垂直。在此结构下，一方面，转动轮0120具有随圆环形支架0110滚动的运动状态；另一方面，与地面发生接触的转动轮0120于外力作用下尚可发生自转。由于转动轮0120的自转与圆环形支架0110的自转垂直，多向滚动装置1000具有沿相互垂直的两个方向的运动自由度。

优选地，复数个转动轮0120沿圆环形支架0110的轮廓圆周均匀分布。具体地，复数个转动轮0120于该轮廓圆周的360°范围内等间距角分布，使滚动单元0100的运动均匀平稳。随着转动轮0120的数量增加，滚动单元0100沿圆环形支架0110的自转轴方向的线性运动进一步细分，而可具有更佳的转向灵活性。

优选地，圆环形支架0110通过第一连接部0300连接，第一连接部0300具有前锁紧部0310、隔套0320与后锁紧部0330，隔套0320设于相邻的圆环形支架0110之间，复数个所述圆环形支架0110线性分布而组成圆环形支架0110阵列，前锁紧部0310与后锁紧部0330分别压紧于圆环形支架0110阵列的前后端面而使复数个滚动单元0100固定连接。

具体地，圆环形支架0110阵列为沿圆环形支架0110的自转轴向分布的线性阵列，其中相邻的圆环形支架0110之间分别以隔套0320加以分隔，并在圆环形支架0110阵列的前后端面以前锁紧部0310与后锁紧部0330加以锁紧。在一个示范性的实施例中，位于最外侧的圆环形支架0110上分别设有连接孔，前锁紧部0310、后锁紧部0330分别通过螺纹紧固件与圆环形支架0110锁紧连接，而使整个线性阵列保持一体固定。

请结合参阅图3～6，多向滚动装置1000具有复数个驱动单元0200，复数个驱动单元0200共轴布置。驱动单元0200具有定子0210与可旋转地保持于定子0210上的转子0220，复数个定子0210之间逐一固定连接，复数个转子0220分别与圆环形支架0110固定连接。

具体地，驱动单元0200采用旋转电机的结构形式。一般地，转子0220由永磁体制成，具有磁性。定子0210具有定子0210铁芯与设于定子0210铁芯上的励磁线圈，用于产生旋转磁场。在一个示范性的实施例中，定子0210铁芯具有多个沿其轮廓圆周分布的多个凸极，凸极上分别设有励磁绕组，当于励磁绕组中通电时，将产生旋转磁场。

在定子0210的磁场作用下，转子0220可发生旋转运动，从而驱动与转子0220连接的圆环形支架0110旋转。其中，当多向滚动装置1000应用时，定子0210用于固定连接于外部设备上，而提供转子0220旋转的结构支撑。

优选地，转子0220具有圆环形结构并可旋转地套设于定子0210之外部，至少一个圆环形支架0110套设于转子0220之外部且与转子0220具有一体旋转的运动特性。

具体地，定子0210保持于转子0220的圆环内部，使驱动单元0200具有外转子结构。在此，圆环形支架0110可直接套设于转子0220上，与转子0220形成固定连接而具有一体旋转关系。同时，圆环形支架0110套设于转子0220外部，可进一步压缩多向滚动装置1000的轴向尺寸，提高结构紧凑性。

优选地，第一连接部0300套设于转子0220之外部且与转子0220具有一体旋转的运动特性。具体地，第一连接部0300可采用多种结构方式，如圆柱体、圆环柱状结构等。在一个示范性的实施例中，因应于驱动单元0200的外转子结构，第一连接部0300采用圆环形结构，而可套设于转子0220外部，并可一体旋转地运动。在此，可简化滚动单元0100的连接结构，并压缩多向滚动装置1000的轴向尺寸。

优选地，驱动单元0200具有一固定轮轴0400，固定轮轴0400一一连接复数个定子0210而使定子0210固定连接，并具有用于供多向滚动装置1000与外部设备连接的连接端0410。进一步优选，定子0210沿其轴向具有第一轴孔0211，第一轴孔0211为贯通孔，复数个定子0210线性分布而组成定子0210阵列。

具体地，定子0210阵列为沿转子0220轴向分布的线性阵列，各个定子0210上的第一轴孔0211均共轴并保持贯通。固定轮轴0400逐一贯穿第一轴孔0211而使各个定子0210连接，固定轮轴0400与第一轴孔0211可为间隙配合，亦可为过盈配合。由于固定轮轴0400具有用于连接外部设备的连接端0410，固定轮轴0400、定子0210与外部设备一并固定而不发生旋转运动。

当固定轮轴0400与第一轴孔0211为过盈配合时，固定轮轴0400与定子0210之间通过第一轴孔0211发生力的作用而连为一体；当固定轮轴0400与第一轴孔0211为间隙配合时，固定轮轴0400具有相对运动趋势，需采用锁紧机构进行锁紧，如键连接、螺纹紧固等。

在一个示范性的实施例中，定子0210阵列的前后端面分别具有用于实现传动的端部键孔0212，端部键孔0212与第一轴孔0211共轴，固定轮轴0400一并贯穿第一轴孔0211与端部键孔0212，固定轮轴0400通过止动键部0420与端部键孔0212形成键连接。

具体地，止动键部0420可一体连接于固定轮轴0400上，亦可以外设件出现。止动键部0420置入端部键孔0212内，并以螺纹连接进行锁紧放松。端部键孔0212可采用多种结构形式，如方孔、花键孔等；止动键部0420与端部键孔0212具有相适应的轮廓形状，如方键、花键等，而起到防止定子0210与固定轮轴0400发生相对运动的作用。

优选地，相邻的转子0220通过第二连接部0500连接，第二连接部0500具有第二轴孔0510及设于第二轴孔0510两端的两个轴承孔，即第一轴承孔0520与第二轴承孔0530。第二轴孔0510、第一轴承孔0520、第二轴承孔0530与转子0220的自转轴共轴，轴承孔内部分别设有轮轴轴承0600。

具体地，第一轴承孔0520、第二轴孔0510与第二轴承孔0530形成孔径两端大中间小的三段孔式结构。第二轴孔0510与第一轴承孔0520、第二轴承孔0530之间分别具有台阶面，以供轮轴轴承0600进行定位安装。因应不同的承载状态与使用工况，轮轴轴承0600可采用不同的轴承类型。

进一步优选，定子0210具有伸出轴端0213，相邻的定子0210的伸出轴端0213相对布置，伸出轴端0213套设于轮轴轴承0600的内圈上。

具体地，相邻定子0210的伸出轴端0213以面对面的形式布置，而分别插入同一个第二连接部0500上的第一轴承孔0520与第二轴承孔0530内。于此，伸出轴端0213与轮轴轴承0600的内圈接触，第一轴承孔0520/第二轴承孔0530与轮轴轴承0600的外圈接触，使第二连接部0500、转子0220与滚动单元0100可于定子0210上旋转，从而实现多向运动。

进一步优选，圆环形支架0110与第二连接部0500固定连接，进一步加强圆环形支架0110、第二连接部0500与转子0220之间的连接强度与传动灵敏度。

在一个实际应用中，多向滚动装置1000具有2个滚动单元0100与2个驱动单元0200。2个滚动单元0100均套设于同一驱动单元0200上，亦即第一驱动单元0200，第一驱动单元0200上同时具有用于连接外部设备的连接端0410。

另一驱动单元0200亦即第二驱动单元0200，则通过第二连接部0500而与第一驱动单元0200串联，既保证多向滚动装置1000的结构紧凑性，亦可进一步增强多向滚动装置1000的动力输出，使多向滚动装置1000具有较宽的输出范围与较大的载荷范围，以简化结构实现较大的扭矩输出，对较重的物体亦可进行承载搬运。而转动轮0120环布于圆环形支架0110上，而提供多向滚动装置1000的多向运动能力。

在另一个实际应用中，滚动单元0100与驱动单元0200的数量取决于承载极限与使用工况。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。