一种基于四连杆的无回转转向运动装置的制作方法

本实用新型属于狭小空间内无回转转向运动装置领域，尤其涉及一种基于四连杆的无回转转向运动装置。

背景技术：

随着家用智能机器人以及其相关衍生品的快速发展，如何实现在狭小空间内的无回转转向运动成为了一个必须面对的问题。现有的无回转运动装置主要有麦克纳姆轮、球轮、主动式万向脚轮等。麦克纳姆轮控制灵活，但是存在承载能力低，被动滚轮容易引起车体震动等问题；球轮的结构复杂，不易操控，容易打滑，且对油污非常敏感；主动式万向脚轮的承载能力高，运动平稳，但是由于该种脚轮的驱动轴线和转向轴线相互垂直，在运动时会产生耦合运动，导致运动精度下降。如何实现高精度，高承载的无回转转向运动成为一个设计难点。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的问题，提供一种基于四连杆的无回转转向运动装置，适用于家用吸尘器，轮式机器人，移动式3D打印机，实现设备的精确角度移动。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于四连杆的无回转转向运动装置，该装置包括4个步进电机支座、4个转向连杆、8根短轴、2个圆柱销、大齿轮、4个步进电机、4个万向轮、4个下轮盘、4个上轮盘、转向盘、工作底盘、小齿轮，工作底盘呈环状结构，沿环状外轮廓均布4个工作底盘连接耳，每个工作底盘连接耳固定在上轮盘与下轮盘之间，每个上轮盘的上表面固定一个步进电机支座，步进电机固定在步进电机支座上，万向轮安装在下轮盘下方，步进电机驱动万向轮(通过同步带、同步带轮传动来实现行进运动，包括8个同步带轮、4条环形同步带)，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮通过电机驱动。小齿轮带动大齿轮以及转向盘转动，转向盘通过4个转向连杆分别将转动传递给4个下轮盘，控制四个万向轮的转向。大齿轮固定在工作底盘上，转向盘固定在大齿轮上，转向盘的外缘轮廓均布4个转向盘连接耳，每个转向盘连接耳上开设轴孔，转向连杆的一端通过短轴与转向盘连接耳连接，转向连杆的另一端通过短轴与下轮盘连接，转向盘上对称开设圆弧槽孔一和圆弧槽孔二。

按上述技术方案，4个工作底盘连接耳分别为工作底盘连接耳一、工作底盘连接耳二、工作底盘连接耳三、工作底盘连接耳四，工作底盘连接耳一的中心开设工作底盘圆孔一、工作底盘连接耳二的中心开设工作底盘圆孔二、工作底盘连接耳三的中心开设工作底盘圆孔三、工作底盘连接耳四的中心开设工作底盘圆孔四，工作底盘上还开设工作底盘圆孔五、工作底盘圆孔六、工作底盘圆孔七，工作底盘圆孔五距离工作底盘中心125mm，工作底盘圆孔六与工作底盘圆孔七对称分布，距离工作底盘中心90mm。

按上述技术方案，4个转向盘连接耳分别为转向盘连接耳一、转向盘连接耳二、转向盘连接耳三、转向盘连接耳四，4个转向盘连接耳的中心各设有一圆孔，分别为转向盘圆孔一、转向盘圆孔二、转向盘圆孔三、转向盘圆孔四，两圆弧槽孔对称分布，圆弧槽孔一和圆弧槽孔二的两侧各开设有两个圆孔，用于与大齿轮固定连接。

按上述技术方案，上轮盘的中心处开设一个直径为12mm的上轮盘圆孔一，其圆弧槽孔的角度为60°，圆弧槽孔两侧对称设置直径均为2mm的上轮盘圆孔三、上轮盘圆孔四。

按上述技术方案，下轮盘的中心处开设一个直径为12mm的下轮盘圆孔一，下轮盘圆孔二与下轮盘圆孔三完全相同，对称分布，下轮盘圆弧槽孔与上轮盘的圆弧槽孔完全相同，下轮盘圆弧槽孔两侧对称设置直径均为2mm的下轮盘圆孔四、下轮盘圆孔五，下轮盘圆孔六距离下轮盘中心处25mm，直径为4mm。

按上述技术方案，工作底盘、大齿轮、转向盘由上至下进行布置，工作底盘通过工作底盘圆孔六与工作底盘圆孔七，使用圆柱销与下部大齿轮与转向盘进行连接，大齿轮与工作底盘通过螺钉进行定位连接。圆柱销在圆弧槽孔中运动，来限制转向盘的转动角度。

驱动电机、上轮盘、工作底盘、下轮盘、万向轮由上至下进行布置，驱动电机通过电机座固定在上轮盘上，上轮盘与下轮盘中心孔同轴，上轮盘圆孔三与下轮盘圆孔四以及上轮盘圆孔四与下轮盘圆孔五分别使用2mm的光轴进行连接，保证上轮盘与下轮盘的同步转动，下轮盘与转向连杆通过下轮盘圆孔六使用短轴进行铰接，万向轮使用螺栓通过下轮盘圆孔二与下轮盘圆孔三与下轮盘进行固定连接。

按上述技术方案，步进电机与万向轮的伸出轴分别与同步带轮固定连接，两同步带轮之间通过同步带进行传动，同步带穿过上轮盘与下轮盘的的圆弧槽孔。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型装置基于四连杆进行设计，自带有转向驱动以及运动驱动，可以实现任意角度任意距离的无回转转向运动，具有结构简单，精度高，承载能力大的特点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的工作底盘三维示意图；

图3为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的转向盘三维示意图；

图4为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的上轮盘三维示意图；

图5为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的下轮盘三维示意图；

图6为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的脚轮部分三维示意图；

图7为本实用新型实施例基于四连杆的无回转转向运动装置的转向运动部分的上视示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例中，提供一种基于四连杆的无回转转向运动装置，如图1所示，该装置包括4个步进电机支座1、4个转向连杆2、8根短轴3、2个圆柱销4、大齿轮5、4个步进电机6、4个万向轮7、4个下轮盘13、4个上轮盘14、转向盘8、工作底盘9、小齿轮10，工作底盘呈环状结构，沿环状外轮廓均布4个工作底盘连接耳，每个工作底盘连接耳固定在上轮盘与下轮盘之间，每个上轮盘的上表面固定一个步进电机支座，步进电机固定在步进电机支座上，万向轮安装在下轮盘下方，步进电机驱动万向轮(通过同步带、同步带轮传动来实现行进运动，包括8个同步带轮11、4条环形同步带12)，大齿轮与小齿轮啮合，小齿轮通过电机驱动。小齿轮带动大齿轮以及转向盘转动，转向盘通过4个转向连杆分别将转动传递给4个下轮盘，控制四个万向轮的转向。大齿轮固定在工作底盘上，转向盘固定在大齿轮上，转向盘的外缘轮廓均布4个转向盘连接耳，每个转向盘连接耳上开设轴孔，转向连杆的一端通过短轴与转向盘连接耳连接，转向连杆的另一端通过短轴与下轮盘连接，转向盘上对称开设圆弧槽孔一和圆弧槽孔二。工作底盘作为整体机架，传动齿轮布置在工作底盘下方，转向轮盘固定连接在大齿轮下方，四个万向轮之间成90°均布在工作轮盘上。工作底盘、大齿轮、转向盘的厚度均为5mm，其中部的大圆孔的直径相同，均为180mm，工作时大齿轮与转向盘固定，相对工作底盘进行转动，转动角度受圆弧槽孔与圆柱销活动范围的限制。小齿轮与大齿轮为标准渐开线直齿轮，模数均为2mm，小齿轮齿数为12齿，大齿轮的齿数为88齿。转向连杆的宽度为10mm，长度为164mm，转向连杆上两圆孔的直径为4mm，两圆孔中心距离154mm，四根转向连杆的一端分别于转向盘的圆孔一、圆孔二、圆孔三、圆孔四通过短轴进行铰接，另一端分别与四个脚轮的下轮盘的圆孔六通过短轴进行铰接，两连杆之间应该使用适当的推力球轴承以减小摩擦阻力。各脚轮的上轮盘、下轮盘以及工作底盘之间应使用适当地推力球轴承与深沟球轴承以减小摩擦。

进一步地，如图2所示，4个工作底盘连接耳分别为工作底盘连接耳一9-1-1、工作底盘连接耳二9-1-2、工作底盘连接耳三9-1-3、工作底盘连接耳四9-1-4，工作底盘连接耳一的中心开设工作底盘圆孔一9-2-1、工作底盘连接耳二的中心开设工作底盘圆孔二9-2-2、工作底盘连接耳三的中心开设工作底盘圆孔三9-2-3、工作底盘连接耳四的中心开设工作底盘圆孔四9-2-4，工作底盘上还开设工作底盘圆孔五9-6、工作底盘圆孔六9-5-1、工作底盘圆孔七9-5-2，工作底盘圆孔五距离工作底盘中心125mm，工作底盘圆孔六与工作底盘圆孔七对称分布，距离工作底盘中心90mm。

进一步地，4个转向盘连接耳分别为转向盘连接耳一、转向盘连接耳二、转向盘连接耳三、转向盘连接耳四，4个转向盘连接耳的中心各设有一圆孔，分别为转向盘圆孔一、转向盘圆孔二、转向盘圆孔三、转向盘圆孔四，两圆弧槽孔对称分布，圆弧槽孔一和圆弧槽孔二的两侧各开设有两个圆孔，用于与大齿轮固定连接。

进一步地，上轮盘的中心处开设一个直径为12mm的上轮盘圆孔一，其圆弧槽孔的角度为60°，圆弧槽孔两侧对称设置直径均为2mm的上轮盘圆孔三、上轮盘圆孔四。

进一步地，下轮盘的中心处开设一个直径为12mm的下轮盘圆孔一，下轮盘圆孔二与下轮盘圆孔三完全相同，对称分布，下轮盘圆弧槽孔与上轮盘的圆弧槽孔完全相同，下轮盘圆弧槽孔两侧对称设置直径均为2mm的下轮盘圆孔四、下轮盘圆孔五，下轮盘圆孔六距离下轮盘中心处25mm，直径为4mm。

进一步地，工作底盘、大齿轮、转向盘由上至下进行布置，工作底盘通过工作底盘圆孔六与工作底盘圆孔七，使用圆柱销与下部大齿轮与转向盘进行连接，大齿轮与工作底盘通过螺钉进行定位连接。圆柱销在圆弧槽孔中运动，来限制转向盘的转动角度。

驱动电机、上轮盘、工作底盘、下轮盘、万向轮由上至下进行布置，驱动电机通过电机座固定在上轮盘上，上轮盘与下轮盘中心孔同轴，上轮盘圆孔三与下轮盘圆孔四以及上轮盘圆孔四与下轮盘圆孔五分别使用2mm的光轴进行连接，保证上轮盘与下轮盘的同步转动，下轮盘与转向连杆通过下轮盘圆孔六使用短轴进行铰接，万向轮使用螺栓通过下轮盘圆孔二与下轮盘圆孔三与下轮盘进行固定连接。

进一步地，步进电机与万向轮的伸出轴分别与同步带轮固定连接，两同步带轮之间通过同步带进行传动，同步带穿过上轮盘与下轮盘的的圆弧槽孔。

在本实用新型的较佳实施中，提供一种基于四连杆的无回转转向运动装置，如图1-图7所示，包括4个步进电机支座1、4个转向连杆2、8根短轴3、2个圆柱销4、1个大齿轮5、4个步进电机6、4套万向轮7、1个转向盘8、1个工作底盘9、1个小齿轮10、8个同步带轮11、4条环形同步带12、4个下轮盘13、4个上轮盘14；工作底盘作为整体机架，如图2所示，四个连接耳沿环状外轮廓均布，分别为工作底盘连接耳一9-1-1、工作底盘连接耳二9-1-2、工作底盘连接耳三9-1-3、工作底盘连接耳四9-1-4，各工作底盘连接耳的中心各有一圆孔，分别为工作底盘圆孔一9-2-1、工作底盘圆孔二9-2-2、工作底盘圆孔三9-2-3、工作底盘圆孔四9-2-4，工作底盘圆孔五9-6距离工作底盘中心125mm，工作底盘圆孔六9-5-1与工作底盘圆孔七9-5-2对称分布，距离工作底盘中心90mm；转向盘与大齿轮固定连接位于工作底盘下方，如图3所示，中心为直径为180mm的转向盘圆孔一8-1，它的四个连接耳沿环状外轮廓均布，分别为转向盘连接耳一8-5-1、转向盘连接耳二8-5-2、转向盘连接耳三8-5-3、转向盘连接耳四8-5-4，转向盘连接耳的中心各有一圆孔，分别为转向盘圆孔一8-6-1、转向盘圆孔二8-6-2、转向盘圆孔三8-6-3、转向盘圆孔四8-6-4，两圆弧槽孔对称分布，分别为圆弧槽孔一8-2-1与圆弧槽孔二8-2-2，两圆弧槽孔两侧各有两个圆孔，分别为转向盘圆孔五8-3-1、转向盘圆孔六8-3-2、转向盘圆孔七8-3-3、转向盘圆孔八8-3-4，用于与大齿轮固定连接；上轮盘位于脚轮的上部，如图4所示，在中心有一直径为12mm的上轮盘圆孔一14-2，上轮盘圆弧槽孔14-1的角度为60°，上轮盘圆弧槽孔两侧有两个直径为2mm的上轮盘圆孔三14-3-1、上轮盘圆孔四14-3-2对称分布；下轮盘位于脚轮下部，如图5所示，中心有一直径为12mm的下轮盘圆孔一13-3，下轮盘圆孔二13-1-1与下轮盘圆孔三13-1-2完全相同，对称分布，其下轮盘圆弧槽孔13-5与上轮盘的圆弧槽孔14-1完全相同，下轮盘圆弧槽孔两侧有两个直径为2mm的下轮盘圆孔四13-6-1、下轮盘圆孔五13-6-2对称分布，下轮盘圆孔六13-4距离下轮盘中心25mm，直径4mm；脚轮部分如图6所示，步进电机6、上轮盘14、工作底盘9、下轮盘13、万向轮7由上至下进行布置，步进电机6通过步进电机支座1固定在上轮盘14上，下轮盘13与转向连杆2铰接，步进电机6与万向轮7伸出轴分别与同步带轮11固定连接，两同步带轮之间通过环形同步带12进行传动；转向运动部分如图7所示，小齿轮10为主动轮，与大齿轮5啮合，带动转向盘8转动，转向盘8的转动角度受圆柱销一4-1、圆柱销二4-2的活动范围限制，转向盘8通过转向连杆一2-1、转向连杆二2-2、转向连杆三2-3、转向连杆四2-4控制下轮盘一13-1、下轮盘二13-2、下轮盘三13-3、下轮盘四13-4进行转动，转向连杆一2-1、转向连杆二2-2、转向连杆三2-3、转向连杆四2-4与转向盘8以及下轮盘一13-1、下轮盘二13-2、下轮盘三13-3、下轮盘四13-4之间使用短轴一3-1、短轴二3-2、短轴三3-3、短轴四3-4、短轴五3-5、短轴六3-6、短轴七3-7、短轴八3-8进行铰接。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。