一体化锥齿换向麦克纳姆轮制造技术

一种一体化锥齿换向麦克纳姆轮，包括麦克纳姆轮、输入轴和输出轴，在输入轴上空套有右锥齿轮和左锥齿轮，在输出轴上固设与所述右锥齿轮和左锥齿轮相啮合的输出锥齿轮，所述麦克纳姆轮设在输出轴上，在输入轴上还设有用于将来自输入轴的动力传递给右锥齿轮或左锥齿轮的换向驱动器。本发明专利技术在输入轴与麦克纳姆轮之间，设计同向传动和反向传动两条锥齿轮传动链，通过外部操纵装置控制，选择所使用的传动链，从而改变麦克纳姆轮的转动方向，实现采用此一体化锥齿轮换向麦克纳姆轮设计的全方位运动车，实现车体的前进、后退、向左、向右、左前４５°、左后４５°、右前４５°、右后４５°、原地顺时针回、原地逆时针回转等十个方位的运动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属车辆工程领域，是一种车轮，具体的说是一种全方位移动车轮。同 时，也属于机器人与自动化领域，涉及全方位平面移动机器人技术。
技术介绍
麦克纳姆轮(Mecanum Wheel)是一种全方位移动车轮，1973年由瑞士人 BengtLion专利技术，所以也叫Lion Wheel,而他工作于Mecanum AB公司。该轮的 特点是在传统车轮的基础上，在轮缘上再沿与轴线成45°方向安装若干可以自由 旋转的小滚子，这样在车轮滚动时，小滚子就会产生测向运动。通过麦克纳姆轮 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移动和转动。1975年，Lion获得美国专利(专利号3,746,112，直接稳定自驱动车， Directionally Stable Self Propelled Vehicle )， 1980年美国海军买得 该专利并进行军事应用开发，1996年该专利失效后，美国及世界众多大学、研 究机构和公司进行应用开发和再专利技术，应用领域涉及全方位移动的叉车、搬运车、 轮椅、弹药运输车、移动机器人等。采用全方位移动技术后，可以显著提高搬运效率和灵活性、减小货物存储空 间20% 30%、尤其对于狭小空间移动物体，具有不可取代的作用。目前，成 功的应用例子有美国AirTrix公司的Sidewinder全方位移动叉车、COBRA全方 位移动升降机、MP2全方位搬运拖车、全方位弹药转载机；卡内基梅隆大学的 全方位机器人、美国Ominx公司的全方位移动轮椅、喷气发动机全方位移动托 架等产品。包括我国在内的世界众多大学也开展了麦克纳姆轮的应用和控制研 究，但是多集中在移动机器人方面的应用研究，形成产品的很少。目前涉及麦克纳姆全方位移动机构的专利有1、 瑞士 Lion的美国专利直接稳定自驱动车(U.S. Pat. No.3746112 Directionally Stable Self Propelled Vehicle)，首先专利技术了麦可纳姆轮。2、 美国AirTrix公司的美国专利低振动全方位轮(U.S. Pat. No. 6340065，3和6547340,Low Vibration Omni-Directional Wheel),美国专利低振动全方位轮 设计方法(U.S. Pat. No. 6394203，Method for designing low-vibration Omni-Directional Wheels),美国专利地面搬运设备用全方位自驱动车(U.S. Pat. No. 5701966， Omni-Directional self-propelled vehicle for ground handling of equipment)在Lion的基础上，针对载荷作用下，因麦可纳姆轮滚子与地面接触 面积变化而导致弹性变形不均匀，引起的车体上下振动，专利技术了低噪声全方位轮 及其设计方法，并将该技术运用于地面搬运车设计。3、 美国专利全方位武器装填车(US Pat. No.6668950, Omni-directional munitions handling vehicle),美国专利飞机维护装置和维护方法(US Pat. No. 6477730， Aircraft maintenance apparatus and method of maintaining aircraft)，正 在申请的美国专利先进武器装填者(US Pat. App. No. EP20050472003, Advanced weapons loader)，都是将麦可纳姆轮运用于各类移动搬运装备的发 明。4、 国内全方位车轮相关的专利有哈工大阎国荣;张海兵的一种全方位轮(01209535.4)、上海交大冷春涛； 曹其新;王美龄;刘伟豪，的全方位轮(200610024277.3)和国防科学技术大 学海丹;刘玉鹏;郑志强;柳林;季秀才;刘斐的全向轮(200520052595.1), 都是对垂直小滚子全向轮的一种变化，不是麦克纳姆轮。另外，国内外也有一些关于麦可纳姆轮运动控制的文章，如1. Dickerson, S丄.；Lapin， B.D. (1991). Control of an omni-directional robotic vehicle with Mecanum wheels. In: National Telesystems Conference Proceedings, pp.323-328， March 26-27,1991， Atlanta USA.2. Nagatani， K.; Tachibanaj S. et al. (2000). Improvement of odometry for omni— directional vehicle using optical flow information. In: Proceedings of正EE/RSJ Int. Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.468~473， Oct 30-Nov 5， 2000, Takamatsu, Japan.3. Francois Pin: A New Family of Omnidirectional and Holonomic Platforms for Mobile Robots, IEEE Trans. On Robotics and Automation, Aug. 1994， vol. 10， No. 4目前，国际上的基于麦克纳姆轮的全方位移动机构，都采用四个电机驱动、 并进行转速精确控制，然后经减速后分别驱动四个轮子转动，实现车体的全方位 移动。由于釆用四个电机分别驱动，通过电子调速改变电机转速，从而改变车体 的运行速度，不能提高低速时的驱动扭矩。要像普通集中驱动车辆那样，通过变速改变驱动轮的驱动扭矩，从而提高车体的爬坡、加速能力，则机械结构异常复 杂，难于实现。同时，由于四个电机转速需精确控制、协调，需要对各电机转速 进行精确反馈测量和控制，电路和算法比较复杂，可靠性降低、成本提高。另外 由于采用电机传动控制，大功率工程应用时，电机和电池成本、重量显著提高。 复杂工程工作环境，迫切要求可以釆用内燃机及其它动力驱动的全方位车辆运动 技术，本专利技术即是为此目的而设计的。
技术实现思路
本专利技术针对现有基于麦克纳姆轮全方位移动机器人驱动结构和控制系统复 杂、只能使用电机驱动且不能有效利用驱动电机的做工能力、不能使用内燃机等 高效动力源等问题，提供一种一体化锥齿换向麦克纳姆轮，通过外部操纵信号控 制锥齿轮换向装置，在输入轴的旋转运动速度和方向不变的情况下，使得的输出 麦克纳姆轮的旋转速度不变、旋转方向可变。 本专利技术采用如下技术方案一种一体化锥齿换向麦克纳姆轮，包括麦克纳姆轮、输入轴和输出轴，在输 入轴上空套有右锥齿轮和左锥齿轮，在输出轴上固设与所述右锥齿轮和左锥齿轮 相啮合的输出锥齿轮，所述麦克纳姆轮设在输出轴上，在输入轴上还设有用于将 来自输入轴的动力传递给右锥齿轮或左锥齿轮的换向驱动器。本专利技术在输入轴与麦克纳姆轮之间，设计同向传动和反向传动两条锥齿轮传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化锥齿换向麦克纳姆轮，其特征在于，包括麦克纳姆轮（４）、输入轴（１）和输出轴（１０），在输入轴（１）上空套有右锥齿轮（２）和左锥齿轮（５），在输出轴（１０）上固设与所述右锥齿轮（２）和左锥齿轮（５）相啮合的输出锥齿轮（３），所述麦克纳姆轮（４）设在输出轴（１０）上，在输入轴（１）上还设有用于将来自输入轴（１）的动力传递给右锥齿轮（２）或左锥齿轮（５）的换向驱动器。

【技术特征摘要】
1、一种一体化锥齿换向麦克纳姆轮，其特征在于，包括麦克纳姆轮(4)、输入轴(1)和输出轴(10)，在输入轴(1)上空套有右锥齿轮(2)和左锥齿轮(5)，在输出轴(10)上固设与所述右锥齿轮(2)和左锥齿轮(5)相啮合的输出锥齿轮(3)，所述麦克纳姆轮(4)设在输出轴(10)上，在输入轴(1)上还设有用于将来自输入轴(1)的动力传递给右锥齿轮(2)或左锥齿轮(5)的换向驱动器。2、 根据权利要求1所述的一体化锥齿换向麦克纳姆轮，其特征在于，换向 驱动器由滑键(6)、滑动换向盘(7)、拨动杆(8)及直线操纵器(9)组成，滑 动换向盘(7)套在输入轴(1)上并通过滑键(6)与输入轴(1)连接，所述拨 动杆(8)与滑动换向盘(7)连接，所述直线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴松，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]