具有多地形适应性的全向轮的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，具体地来说，是一种具有多地形适应性的全向轮。

背景技术：

全向轮是具有侧向移动能力的一类车轮，在提供周向驱动力的同时，能够自由地做侧向移动，提高了轮式底盘的运动灵活性，在轮式机器人上得到广泛应用。

现有的全向轮存在一些弊端。某些全向轮与地面接触时容易引起波动，移动平稳性不足而难以适应不同地形；某些移动平稳性较佳的全向轮，需要采用双排乃至多排并排交叉布置，结构复杂度高而降低了结构可靠性。同时，现有的全向轮的从动轮支架于侧向移动时容易与地面凸起物发生干涉，严重制约了全向轮的越障能力，地形适应能力不足。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种具有多地形适应性的全向轮，显著降低支撑波动与结构复杂度，同时提高侧向移动时的越障能力，增强对于不同地形的适应能力。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种具有多地形适应性的全向轮，包括：

轮毂；

承载单元，包括成圆周分布的复数个承载支架，所述承载支架安装于所述轮毂的外周面上；

滚动单元，包括沿所述承载支架的分布圆周方向依次嵌接而包裹所述承载单元的复数个滚动体，所述滚动体与所述承载支架一一对应地安装，所述滚动体可旋转地保持于所述承载支架上，所述滚动体具有嵌入端与收容端，所述滚动体的嵌入端嵌入于邻接的滚动体的收容端内而形成间隙配合。

作为上述技术方案的改进，所述滚动体由母线绕轴旋转而成，所述复数个滚动体的母线均位于同一圆周上；

和/或，所述承载支架具有一体成型构造；

和/或，所述轮毂、所述滚动体的嵌入端及与该嵌入端嵌接的相邻滚动体的收容端之间形成一容纳部，所述承载支架位于所述容纳部内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滚动体的外径沿其轴向自所述嵌入端至所述收容端逐渐增大。

作为上述技术方案的进一步改进，所述轮毂的外周面上具有圆周分布的复数个楔形槽，所述承载支架远离所述滚动体的一端具有楔形体，所述楔形体一一对应地楔入于所述楔形槽内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述楔形槽的底部与所述楔形体之间形成间隙配合；所述轮毂上设置拉紧螺栓，所述拉紧螺栓贯穿所述楔形槽的底部而与所述楔形体连接，所述拉紧螺栓的贯穿方向与所述轮毂的径向重合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述楔形槽的楔接面形成于其周壁上，所述楔接面之间关于所述轮毂的轴截面对称。

作为上述技术方案的进一步改进，所述承载支架远离所述轮毂的一侧表面具有承载槽，相邻的承载支架所安装的滚动体之嵌入端沿所述轮毂的径向压入于所述承载槽内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述承载槽至少部分地位于所述承载支架所安装的滚动体之收容端内；

和/或，所述承载槽具有U形截面而形成U形槽。

作为上述技术方案的进一步改进，所述承载支架接近所述滚动体的一端具有悬臂轴，所述滚动体可旋转地套设于所述悬臂轴上，所述悬臂轴自所述滚动体的收容端贯入所述滚动体内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述悬臂轴为自所述楔形体向外延伸而成，所述楔形体位于所述滚动体的收容端之外。

本实用新型的有益效果是：

滚动体的嵌入端嵌入于邻接的滚动体的收容端内，使复数个滚动体依次圆周嵌接，最大限度地缩短保持相邻的滚动体之间的间隙，形成连续支撑而显著地降低支撑波动与结构复杂度；

滚动体依次嵌接形成的连续圆周，使承载支架保持于滚动体与轮毂之间而实现隐藏式布置，运动过程不会与地面凸起物发生干涉，提高侧向移动时的越障能力，增强对于不同地形的适应性。

为使本实用新型的上述目的、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实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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是本实用新型实施例1提供的具有多地形适应性的全向轮去除部分承载支架及滚动体后的轴测示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的具有多地形适应性的全向轮的局部剖视示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的具有多地形适应性的全向轮的承载支架的轴测示意图。

主要元件符号说明：

100-全向轮，110-轮毂，111-楔形槽，111a-楔接面，112-定位平面，121-承载支架，121a-楔形体，121b-承载槽，121c-悬臂轴，121d-连接法兰，131-滚动体，131a-母线，131b-嵌入端，131c-收容端，131d-结构骨架，131e-弹性套，132-拉紧螺栓，133-第一轴承，134-第二轴承，135-第一止动环，136-第一防尘密封件，137-第二止动环，138-第二防尘密封件，139-第三止动环。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对具有多地形适应性的全向轮进行更全面的描述。附图中给出了具有多地形适应性的全向轮的优选实施例。但是，具有多地形适应性的全向轮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具有多地形适应性的全向轮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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在具有多地形适应性的全向轮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，不是旨在限制本实用新型。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1～2，本实施例公开一种具有多地形适应性的全向轮(以下简称“全向轮”)，该全向轮100包括轮毂110、承载单元与滚动单元，显著降低支撑波动与结构复杂度，同时提高侧向移动时的越障能力，增强对于多地形的地面适应性。

承载单元用于承载连接轮毂110及滚动单元。承载单元包括复数个承载支架121，该复数个承载支架121分别安装于轮毂110的外周面上，形成圆周分布。可以理解，该复数个承载支架121的分布圆周与轮毂110的轮廓圆周具有共圆心关系。

示范性地，轮毂110的外周面上具有复数个楔形槽111，该复数个楔形槽111具有圆周分布关系，且其分布圆周与轮毂110的轮廓圆周具有共圆心关系。承载支架121远离滚动体131的一端具有楔形体121a，楔形体121a一一对应地楔入于楔形槽111内，实现可靠楔接。

示范性地，楔形槽111的底部与楔形体121a之间形成间隙配合。换言之，楔形槽111的底部(例如其底壁)与楔形体121a之间不发生直接接触，保证安装定位精度。示范性地，轮毂110上设置拉紧螺栓132。拉紧螺栓132的螺杆贯穿楔形槽111的底部后进入楔形槽111内，并与楔形体121a螺纹连接。可以理解，任一楔形槽111匹配至少一个拉紧螺栓132。

其中，拉紧螺栓132的贯穿方向与轮毂110的径向重合，对楔形体121a施加沿轮毂110的径向的拉紧力，使楔形体121a沿轮毂110的径向移动而精确地楔入楔形槽111内而保证安装定位精度。示范性地，轮毂110的内周面具有复数个定位平面112，该定位平面112与拉紧螺栓132一一对应，使拉紧螺栓132的头部精确定位于定位平面112上。可以理解，螺杆-螺母构造与拉紧螺栓132类似，在此不再赘述。

示范性地，楔形槽111的楔接面111a形成于其周壁上，楔接面111a之间关于轮毂110的轴截面对称。换言之，楔形槽111沿轮毂110的轴向之投影轮廓为等腰三角形或等腰梯形。所谓轮毂110的轴截面，是指经过轮毂110的中心轴之截面。于此，当楔形体121a沿轮毂110的径向楔入楔形槽111内时，楔形体121a受到两侧的楔接面111a的对称导向而不会发生周向移动，降低装配定位难度并保证装配定位精度，提高装配效率。

示范性地，承载支架121具有一体成型构造，承载能力得以有效保证。

滚动单元用于与地面接触而实现支撑，实际执行侧向移动动作。滚动单元包括复数个滚动体131，该复数个滚动体131沿承载支架121的分布圆周方向依次嵌接，形成一包裹承载单元并充当全向轮100之外周的圆环外圈，使承载支架121保持于滚动体131与轮毂110之间。滚动体131与承载支架121一一对应地安装。滚动体131可旋转地保持于承载支架121上，实现滚动单元的滚动目的。

其中，滚动体131具有嵌入端131b与收容端131c，滚动体131的嵌入端131b嵌入于邻接的滚动体131的收容端131c内而形成间隙配合，最大限度地缩短保持相邻的滚动体131之间的间隙并保证相邻的滚动体131之间的独立旋转，使前述的圆环外圈连续致密，滚动单元与地面之间形成连续支撑。

于圆环外圈的致密包裹下，地面凸起物无法穿过相邻的滚动体131之间的间隙，杜绝承载支架121与地面凸起物之间的接触干涉风险。示范性地，轮毂110、滚动体131的嵌入端131b及与该嵌入端131b嵌接的相邻滚动体131的收容端131c之间形成一容纳部，承载支架121位于所述容纳部内而保持隐藏。

示范性地，滚动体131由母线131a绕轴旋转而成，复数个滚动体131的母线131a均位于同一圆周上，保证具有全向轮100的外圆周轮廓。滚动体131为回转体并具有圆形横截面，该圆形横截面与滚动体131的轴向垂直，以旋转运动实现与地面的滚动接触。

示范性地，滚动体131的外径沿其轴向自嵌入端131b至收容端131c逐渐增大，使嵌入端131b形成滚动体131的小端，而收容端131c形成滚动体131的大端，滚动体131具有非对称结构，易于实现连续紧密嵌接。

示范性地，滚动体131包括结构骨架131d及弹性套131e。结构骨架131d起结构支撑作用，可由金属材料制成；弹性套131e套设于结构骨架131d的外周面上，与地面实现直接接触，具有良好的弹性吸能能力而保证平稳支撑，可由硅胶、橡胶、弹性塑料等材料制成。相应地，滚动体131的母线131a位于弹性套131e上。

请结合参阅图1～3，示范性地，承载支架121远离轮毂110的一侧表面具有承载槽121b，相邻的承载支架121所安装的滚动体131之嵌入端131b沿轮毂110的径向压入于承载槽121b内。例如，滚动体131预先安装于承载支架121上，当该承载支架121的楔形体121a沿轮毂110的径向楔入楔形槽111内时，滚动体131随该承载支架121同步发生沿轮毂110的径向的移动，使嵌入端131b压入贴合于已安装到位的前一承载支架121的承载槽121b之槽面。

该结构方式的作用至少在于，一方面使全部承载支架121(预装滚动体131)通过沿轮毂110的径向移动即可实现安装，降低安装难度并保证安装精度；另一方面，使承载支架121隐藏于相邻的滚动体131之间，保证运动过程承载支架121不会与地面凸起物发生接触干涉，增强越障能力与地形适应性；第三方面，当滚动体131的嵌入端131b接触承载槽121b的槽面时，承载槽121b一并提供对滚动体131的结构支撑。

示范性地，承载槽121b至少部分地位于承载支架121所安装的滚动体131之收容端131c内，进一步压缩空间布局，结构更为紧凑、承载支架121的隐蔽性更佳。

承载槽121b的形状应当与滚动体131的嵌入端131b之外形相适应，示范性地，承载槽121b具有U形截面而形成U形槽，实现与嵌入端131b的紧密配合，压缩空间占用。

示范性地，承载支架121接近滚动体131的一端具有悬臂轴121c。滚动体131可旋转地套设于悬臂轴121c上，悬臂轴121c自滚动体131的收容端131c贯入滚动体131内。顾名思义，悬臂轴121c自承载支架121向外延伸而成，使滚动体131于承载支架121上形成悬臂安装，保证连接强度的同时，压缩相邻的滚动体131之间的安装间隙，以便形成连续支撑。可以理解，前述的轮毂110、滚动体131的嵌入端131b及与该嵌入端131b嵌接的相邻滚动体131的收容端131c之间形成的容纳部，包括滚动体131用于收容悬臂轴121c的内部腔体。示范性地，悬臂轴121c贯穿滚动体131而自嵌入端131b贯出。

示范性地，悬臂轴121c为自楔形体121a向外延伸而成，且楔形体121a位于滚动体131的收容端131c之外。例如，悬臂轴121c自滚动体131的收容端131c嵌入于滚动体131之内，该滚动体131的收容端131c、与其嵌接的相邻滚动体131的嵌入端131b以及轮毂110之间形成一收容空间，楔形体121a即位于该收容空间之内。示范性地，悬臂轴121c与楔形体121a连接形成L型构造。示范性地，悬臂轴121c位于楔形体121a远离轮毂110的一端。

示范性地，悬臂轴121c与滚动体131之间安装有第一轴承133与第二轴承134，第一轴承133与第二轴承134沿悬臂轴121c的轴向依次安装。示范性地，第一轴承133与第二轴承134相邻安装，且端面保持接触。示范性地，悬臂轴121c上安装有第一止动环135，防止第一轴承133、第二轴承134在运转时发生窜动。

示范性地，悬臂轴121c与楔形体121a之间具有连接法兰121d，连接法兰121d嵌入于滚动体131的收容端131c内。示范性地，连接法兰121d接近悬臂轴121c的一侧表面安装有第一防尘密封件136。第一防尘密封件136套设于悬臂轴121c与收容端131c之间，实现防尘密封。同时，第一防尘密封件136远离连接法兰121d的一端安装有第二止动环137。

示范性地，当悬臂轴121c自滚动体131的嵌入端131b贯出时，悬臂轴121c与嵌入端131b之间安装有第二防尘密封件138，实现防尘密封。同时，第二防尘密封件138的端部安装有第三止动环139。

示范性地，第一轴承133、第二轴承134均位于第一防尘密封件136与第二防尘密封件138之间，保证工作环境洁净安全，于恶劣地形环境下亦足以保证可靠承载，进一步增强全向轮100的运动能力与环境适应性。

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实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。