车轮和运输车的制作方法

本实用新型涉及运输车技术领域，特别涉及一种车轮和运输车。

背景技术：

为了实现运输车更灵活的行走和转向，现有技术中在运输车上设置一种车轮，该车轮包括轮毂和设置于轮毂上的若干个可以自由转动的子轮，这些子轮相对于轮毂的回转中心线倾斜设置，这样在车轮滚动时，子轮能够产生侧向运动，进而通过多个车轮的组合使用和控制，可以使车体产生运动平面内的任意方向的移动和转动。

然而，这种现有的车轮，其子轮相对于回转中心的倾斜角度是一定的，其应用灵活性较差，尤其当路况发生改变时，例如在凹凸不平的路面上行走时，较难保证子轮与地面保持良好接触，经常出现颠簸较为严重的现象，行走平稳性较差。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的一个技术问题是：目前具有倾斜子轮的车轮，应用灵活性较差，较难适应变化的路况。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种车轮。该车轮包括轮毂和设置于轮毂上的数个子轮，数个子轮能够随着轮毂绕轮毂的回转中心线转动，实现车轮的行走，且各个子轮能够绕着自身的中心轴线转动，而且，该车轮还包括位姿调整机构，位姿调整机构能够同步调整各个子轮的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角。

可选地，位姿调整机构设置为能够通过同步调整各个子轮的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角来调整相邻子轮的弧面重合度在1-1.2范围内变化。

可选地，位姿调整机构能够同步调整各个子轮的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角在0°-50°范围内变化。

可选地，位姿调整机构能够同步调整各个子轮的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角在40°-50°范围内变化。

可选地，轮毂包括中心轴线与回转中心线重合的第一支承圈和第二支承圈，各个子轮的第一端均与第一支承圈铰接，各个子轮的第二端均与第二支承圈铰接，位姿调整机构与第一支承圈和第二支承圈至少之一驱动连接并能够使第二支承圈与第一支承圈绕回转中心线相对转动，以调整各个子轮的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角。

可选地，位姿调整机构包括齿轮机构，第二支承圈为齿圈，位姿调整机构通过齿轮机构与第二支承圈的啮合来驱动第二支承圈相对于第一支承圈转动。

可选地，齿轮机构包括与第二支承圈配合形成差动轮系的中心轮和行星轮，中心轮与第二支承圈同心设置，行星轮啮合于中心轮与第二支承圈之间，以使中心轮能够通过行星轮带动第二支承圈相对于第一支承圈绕着回转中心线转动。

可选地，位姿调整机构还包括调整动力源，调整动力源与齿轮机构驱动连接，用于驱动齿轮机构转动。

可选地，车轮还包括行走动力源，行走动力源与第一支承圈驱动连接，用于驱动第一支承圈绕着回转中心线转动，以实现车轮的行走。

可选地，车轮还包括数个调心轴承，数个调心轴承与数个子轮一一对应，且每个调心轴承设置于对应的子轮的第一端与第一支承圈之间；和/或，车轮还包括数个球铰，数个球铰与数个子轮一一对应设置，且每个球铰设置于对应的子轮的第二端与第二支承圈之间。

本实用新型另一方面还提供了一种运输车，其包括本实用新型的车轮。

本实用新型通过在车轮上设置位姿调整机构，使得车轮可以利用位姿调整机构调整各个子轮的倾斜角度，使子轮的倾斜角度与路况相适应，有利于保证子轮与地面时刻保持良好接触，因此，能够有效提高车轮的应用灵活性，提高车轮的行走平稳性。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例进行详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本实用新型一实施例的车轮的立体结构图。

图2示出本实用新型一实施例的运输车的运动原理示意图。

图中：

1、车轮；11、第一支承圈；12、第二支承圈；13、子轮；141、中心轮；142、行星轮；15、调心轴承；16、球铰；

2、电机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

图1示出了本实用新型车轮的一个实施例。参照图1，本实用新型所提供的车轮1，包括轮毂和设置于轮毂上的数个子轮13，数个子轮13能够随着轮毂绕轮毂的回转中心线转动，实现车轮1的行走，且各个子轮13能够绕着自身的中心轴线转动，而且，该车轮1还包括位姿调整机构，该位姿调整机构能够同步调整各个子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角。

子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角(以下简称为子轮13的倾斜角度)能够影响相邻子轮13的弧面重合度，而弧面重合度影响车轮1转动过程中子轮13与地面的接触情况。现有技术中，子轮13的倾斜角度不能变化，导致相邻子轮13的弧面重合度无法根据实际路况作出调整，所以，无法保证在路况发生变化时车轮1的子轮13仍能够与地面保持良好接触。

而本实用新型通过设置位姿调整机构，使得车轮1可以依据实际路况灵活调整各个子轮13的倾斜角度，从而能够保证子轮13的倾斜角度与路况相适应，有利于实现车轮1与地面的时刻良好接触，因此，能够有效减少颠簸，提高车轮1的行走平稳性，并使得本实用新型的车轮1可以适应更多的路况，有效提高车轮1的应用灵活性。

在本实用新型中，轮毂可以包括中心轴线与回转中心线重合的第一支承圈11和第二支承圈12，各个子轮13的第一端均与第一支承圈11铰接，各个子轮13的第二端均与第二支承圈12铰接，且位姿调整机构与第一支承圈11和第二支承圈12至少之一驱动连接并能够使第二支承圈12与第一支承圈11绕回转中心线相对转动，实现对各个子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间夹角的同步调整。基于此，位姿调整机构通过驱动与各个子轮13两端分别铰接的第一支承圈11和第二支承圈12产生绕回转中心线的相对转动，可以使得各个子轮13的两端产生相对偏移，从而使得各个子轮13的中心轴线相对于回转中心线发生偏移，进而能够同步改变各个子轮13的倾斜角度，使之与实际路况相适应，有利于提高车轮1应用灵活性以及行走平稳性。

为了使第一支承圈11与第二支承圈12产生绕回转中心线的相对转动，本实用新型的位姿调整机构可以与第一支承圈11驱动连接，或者与第二支承圈12驱动连接，还可以同时与第一支承圈11和第二支承圈12同时驱动连接。其中，为了简化结构，位姿调整机构优选设置为与第一支承圈11和第二支承圈12中的一个驱动连接，这样只需通过驱动第一支承圈11和第二支承圈12中的一个来实现第一支承圈11与第二支承圈12的相对转动，结构更加简单，也更便于通过驱动第一支承圈11和第二支承圈12中的另一个来实现整个车轮1的行走。

下面结合图1所示的实施例来对本实用新型进行进一步地说明。

如图1所示，在该实施例中，车轮1包括轮毂、数个子轮13和位姿调整机构，其中，轮毂包括第一支承圈11和第二支承圈12，位姿调整机构包括齿轮机构。

由图1可知，在该实施例中，第一支承圈11与第二支承圈12相对间隔设置，二者的中心轴线共线，而且，第一支承圈11与第二支承圈12的中心轴线与轮毂的回转中心线重合，当轮毂绕着回转中心线转动时，车轮1即实现行走功能。

为了实现整个车轮1的转动，车轮1还可以包括用于驱动车轮1行走的行走动力源。在该实施例中，行走动力源为图2所示的电机2，该电机2与第一支承圈11驱动连接，通过驱动第一支承圈11绕着回转中心线转动来驱动车轮1行走。当然，行走动力源也可以采用其他动力设备，只要能够为车轮1提供行走动力即可。

如图1所示，在该实施例中，所有子轮13均连接于第一支承圈11与第二支承圈12之间，这样当轮毂绕回转中心线转动时，各个子轮13也均能够随之绕着回转中心线转动，使每个子轮13能够实现与地面的循环接触。而且，各个子轮13均同时与第一支承圈11和第二支承圈12铰接，这样，在车轮1行走过程中，各个子轮13均还能绕着自身的中心轴线转动，从而当子轮13的中心轴线与回转中心线间的夹角不为0时，也即当子轮13斜置时，车轮1能够受到地面施加的侧向摩擦力，进而产生转向等运动。

具体地，如图1所示，在该实施例中，每个子轮13的第一端与第一支承圈11之间均设有调心轴承15，每个子轮13的第一端均通过与其对应的调心轴承15实现与第一支承圈11的铰接；每个子轮13的第二端与第二支承圈12之间均设有球铰16，每个子轮13的第二端均通过与其对应的球铰16实现与第二支承圈12的铰接。

通过设置调心轴承15和球铰16，不仅使得各个子轮13能够更灵活地绕着自身中心轴线转动，还更便于位姿调整机构对子轮13的倾斜角度进行调整，这一点将在下面进一步说明。

在该实施例中，位姿调整机构与第二支承圈12驱动连接并驱动第二支承圈12相对于第一支承圈11转动，也即在该实施例中，第二支承圈12不仅要随着第一支承圈11一起在行走动力源的驱动下绕回转中心线转动(可以看作公转)，还要在位姿调整机构的驱动作用下绕着自身的中心轴线转动(可以看作自转)，产生相对于第一支承圈11的转动。

具体地，由图1可知，该实施例的第二支承圈12为齿圈，该第二支承圈13与位姿调整机构的齿轮机构啮合，使得位姿调整机构能够通过齿轮机构与第二支承圈12的啮合来驱动第二支承圈12相对于第一支承圈11进行转动，结构简单紧凑，且可以实现对子轮13倾斜角度更精确地调整。

由于各个子轮13的第一端均与第一支承圈11铰接，且各个子轮13的第二端均与第二支承圈12铰接，因此，当第二支承圈12相对于第一支承圈11转动时，在第二支承圈12的带动下，每个子轮13的第二端均能够相对于自身的第一端发生偏移，使得各个子轮13的中心轴线均相对于回转中心线发生偏移，同步改变各个子轮13的中心轴线相对于回转中心线的夹角，即调整各个子轮13的倾斜角度，也即调整各个子轮13的位姿，有效提高车轮1的应用灵活性，扩大其应用范围。而且，基于此，当车轮1行走于凹凸不平的路面上时，车轮1可以根据实际路况利用其位姿调整机构同步调整各个子轮13的倾斜角度，使各个子轮13的倾斜角度与实际路面情况相适应，从而有利于保证整个行驶过程中总有子轮13与地面保持良好接触，所以，有利于减少行驶颠簸，提高车轮1的行走平稳性。

而且，如前所示，在该实施例中，子轮13的第二端与第二支承圈12之间设有球铰16，由于球铰16可以使得子轮13的第二端具有更多的旋转自由度，因此，在位姿调整机构改变子轮13的倾斜角度时，子轮13的第二端可以更灵活地随着第二支承圈12相对于第一支承圈11转动，进一步提高位姿调整的灵活性和可靠性；另外，子轮13的第一端与第一支承圈11之间设有调心轴承15，调心轴承15可以更好地适应子轮13的第二端相对于子轮13的第一端所发生的偏移，从而可以更方便地实现位姿调整机构对子轮13倾斜角度的调整。

更具体地，如图1所示，该实施例的齿轮机构包括与第二支承圈12配合形成差动轮系的中心轮141和行星轮142，其中，中心轮141与第二支承圈12同心设置，行星轮142啮合于中心轮141与第二支承圈12之间。这样当中心轮141转动时，中心轮141能够通过行星轮142带动第二支承圈12相对于第一支承圈11绕着回转中心线转动，实现对各子轮13位姿的调整。通过设置中心轮141和行星轮142与第二支承圈12形成差动轮系，来实现对各子轮13位姿的调整，可以使得车轮1的结构更加简单紧凑。另外，基于此，在布置前述用于驱动第一支承圈转动的电机2时，可以使前述电机2的输出轴穿过中心轮141的中心孔而与第一支承圈11连接。

为了驱动该实施例的齿轮机构转动，位姿调整机构还可以包括调整动力源(图中未示出)，该调整动力源与齿轮机构驱动连接，用于为齿轮机构的转动提供动力。例如，调整动力源可以为与该实施例的中心轮141驱动连接的电机，利用该电机驱动中心轮141转动，实现对各子轮13倾斜角度(即各子轮13位姿)的调整。

在该实施例中，为了更好地保持子轮13与地面的接触，进一步提高行走平稳性，位姿调整机构优选设置为能够通过同步调整各个子轮13的倾斜角度来调整相邻子轮13的弧面重合度在1-1.2范围内变化。

使相邻子轮13的弧面重合度保持在1-1.2范围内，能够保证在车轮1转动过程中始终有子轮13与地面保持接触，防止出现车轮1架空、抓地不牢及丢转等问题，进一步提高车轮1的运行平稳性。

而且，使相邻子轮13的弧面重合度保持在1-1.2范围内，还可以使车轮1转动过程中存在双轮接触(即两个子轮13同时与地面接触)的情形。例如，当车轮1包括9个子轮13且调整每个子轮13倾斜角度为45°时，相邻子轮13的弧面重合度为1，这种情况下，在车轮1转动过程中，可以实现单双轮与路面交替接触，具体为：在0°-15°区间内，两个子轮13同时与地面接触；在15°-55°区间内，单个子轮13与地面接触；在55°-70°区间内，两个子轮13与地面接触，也即实现“双轮接触——单轮接触——双轮接触”的转动过程。

由于相对于始终单个子轮13与地面接触的情况，两个子轮13同时与地面接触时的接触面积较大，这不仅可以进一步减少竖向波动，提高运行平稳性；还可以减少地面对子轮13的磨损，延长子轮13的使用寿命，提高车轮1的工作可靠性，并有效提高子轮13的负载能力，增强车轮1的负重能力，从而使得具有该车轮1的运输车可以在负载较重的情况下使用，有利于基于较少的运输车实现较大载荷的货物搬运。

在该实施例中，位姿调整机构优选设置为能够同步调整各个子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角在0°-50°范围内变化，例如，夹角可以为0°、42°、45°和47°。其中，当位姿调整机构调整各个子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角为0°时，子轮13处于非倾斜状态，车轮1在行走过程中并未受到侧向分力，车轮1处于直行状态；而当位姿调整机构调整各个子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角不为0°时，例如，优选地，位姿调整机构同步调整各个子轮13的中心轴线与轮毂回转中心线之间的夹角在40°-50°范围内变化时，子轮13处于斜置状态，车轮1在行走过程中受到侧向分力，能够实现转向运动，再通过对各个车轮1的组合使用和控制，可以完成侧向移动或原定转弯等功能，使运输车能够更灵活地工作，增大运输车的适用范围。

图2示出了包括四个本实用新型车轮1的运输车的运动原理示意图。如图2所示，该运输车包括布置于车体两侧的四个车轮1，每个车轮1均包括一个电机2，每个电机2用于驱动对应的车轮1运动，通过四个电机2控制四个车轮1各自的运动状态，可以实现直行、侧向移动及原地转弯多种运行模式。

例如，当运输车需要沿图2所示的x方向直线行驶时，也即需要直线行驶时，可以控制四个车轮1满足如下条件：W1＝W2＝W3＝W4，且V_x＝R·W1，V_y＝0；

当运输车需要沿图2所示的y方向直线行驶时，也即需要侧向平移时，可以控制四个车轮1满足如下条件：W1＝-W2＝-W3＝W4，且V_x＝0，V_y＝-R·W1；

当直线需要原地转弯时，可以控制四个车轮1满足如下条件：W1＝-W2＝W3＝-W4，且V_x＝0，V_y＝0，W5＝-W1·R/(L1+L2)；

其中，W1、W2、W3和W4分别为各车轮1的角速度，W5为运输车的原地转弯速度，R为车轮1的轮毂半径，V_x、V_y分别为运输车沿x轴和y轴的行驶速度，L1和L2则分别为各车轮1在x轴方向和y轴方向距转弯中心的距离。

可见，将本实用新型的车轮1应用于运输车上，可以丰富运输车的功能，实现更灵活、更多样的运输模式，有效扩大运输车的适用范围。所以，本实用新型另一方面还提供了一种运输车，例如AGV运输车，其包括本实用新型的车轮1。

以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。