全方位车轮系统及其操作方法技术方案

本发明专利技术涉及全方位车轮系统，其采用一体化差速机构以产生纵向和侧向牵引力。全方位车轮系统可以包括旋转装置，该旋转装置传递能够单独地控制的旋转力，其差速输出可以驱动多个周边车轮沿侧向旋转，并且其共同输出可以驱动一对纵向板沿纵向旋转。因此，该全方位车轮系统可以沿所有方向行进。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及全方位车轮(omni traction wheel)系统。更具体地,本专利技术涉及采用一体化差速机构的全方位车轮系统。
技术介绍
全方位车轮也被称为全方向车轮，是一种滚动装置，包括主车轮和沿着主车轮的边缘分布的一组周边车轮。主车轮可以向前和向后旋转，同时该组周边车轮可以左右旋转。这样，采用该全方位车轮的运输系统可以在主车轮实际上不转向的情况下侧向地或斜向地行进。与其它车轮系统不同，全方位车轮系统提供极好的可操纵性，原因是其能够在较短的时间段内且在较小的空间内改变行进方向。由于其高可操纵性，全方位车轮系统广泛用于低速运输系统领域，例如电子车轮座椅系统和机器人系统。在过去已经尝试通过对每个周边车轮单独地供电和控制来实施全方位车轮系统。然而，这样的实施需要大量的电子部件、传动齿轮和旋转装置。因此，传统的全方位车轮系统存在许多缺陷，例如尺寸大、重量重和功率消耗大。因此，本领域中需要尺寸较小、重量较轻且功率消耗较小的全方位车轮系统。
技术实现思路
本专利技术的一个方面在于，通过采用一体化差速机构来改进传统的全方位车轮系统，该一体化差速机构沿纵向方向和侧向方向两者驱动全方位车轮。一体化差速机构的优点包括但不限于，减少了电子部件、旋转装置和传动齿轮的量，并且通过沿纵向方向和侧向方向的直接牵引产生整体推力。全方位车轮系统可以包括:一对纵向齿轮；旋转装置，其用于使每个纵向齿轮独立地和单独地旋转；多个周边车轮组件，每个都具有车轮构件和连接齿轮，该连接齿轮用于将该对纵向齿轮之间的差速推力传递到车轮构件。 在一个实施例中，本专利技术为全方位车轮，其可以包括:沿着第一轴线中心地对准的第一和第二齿轮；多个周边车轮组件，每个周边车轮组件都具有车轮构件和连接齿轮，该车轮构件沿着第二轴线中心地对准，该第二轴线基本垂直于第一轴线，该连接齿轮具有用于接合第一和第二齿轮的远侧端部以及用于接合该对车轮的近侧端部，远侧端部和近侧端部限定了径向轴线，径向轴线基本上平行于左齿轮和右齿轮的共同半径并且基本上垂直于第一轴线和第二轴线；以及旋转装置，该旋转装置用于使第一齿轮绕第一轴线以第一角速度旋转并且用于使第二齿轮绕第一轴线以第二角速度旋转，由此每个周边车轮组件的连接齿轮被构造为当第一角速度与第二角速度不同时使该周边车轮组件的相应的车轮构件绕相应的第二轴线旋转。在另一个实施例中，本专利技术为采用全方位车轮的运输系统，其可以包括:沿着第一轴线中心地对准的左齿轮和右齿轮，左齿轮和右齿轮之间限定了圆柱形空间，该圆柱形空间具有周向区域；沿着圆柱形空间的周向区域分布的多个周边车轮组件，每个周边车轮组件都具有连接齿轮和一对车轮，该对车轮沿着第二轴线中心地对准，该第二轴线基本垂直于第一轴线，该连接齿轮具有用于接合左齿轮和右齿轮的远侧端部以及用于接合该对车轮的近侧端部，远侧端部和近侧端部限定了径向轴线，径向轴线基本上平行于左齿轮和右齿轮的共同半径并且基本上垂直于第一轴线和第二轴线；以及旋转装置，该旋转装置用于使左齿轮绕第一轴线以左角速度旋转并且用于使右齿轮绕第一轴线以右角速度旋转，由此每个周边车轮组件的连接齿轮被构造为使该周边车轮组件的相应的一对车轮绕相应的第二轴线以由左角速度和右角速度之间的差限定的侧向角速度旋转，并且由此每个周边车轮组件的连接齿轮被构造为沿着周向区域以由左角速度和右角速度的组合限定的共同角速度。在另一个实施例中，本专利技术为用于操作全方位车轮的方法，其可以包括以下步骤经由多个连接齿轮将多个周边车轮接合到第一和第二齿轮；使第一齿轮以第一角速度旋转；以及使第二齿轮以第二角速度旋转，其中当第一角速度与第二角速度不同以使得连接齿轮被构造为使周边车轮旋转时该全方位车轮沿侧向行进。在另一个实施例中，本专利技术为全方位车轮，其可以包括沿着第一轴线中心地对准的第一和第二板；多个周边车轮组件，每个周边车轮组件都具有车轮构件和连接构件，该车轮构件沿着第二轴线中心地对准，该第二轴线基本垂直于第一轴线，该连接构件具有用于接合第一和第二板的远侧端部以及用于接合车轮构件的近侧端部，远侧端部和近侧端部限定了径向轴线，径向轴线基本上平行于左板和右板的共同半径并且基本上垂直于第一轴线和第二轴线；以及旋转装置，该旋转装置用于使第一板绕第一轴线以第一角速度旋转并且用于使第二板绕第一轴线以第二角速度旋转，由此每个周边车轮组件的连接构件被构造为当第一角速度与第二角速度不同时使该周边车轮组件的相应的车轮构件绕相应的第二轴线旋转。附图说明在审查以下的附图和详细说明的情况下，本专利技术的其它系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员而言将会是或变得清楚。期望的是，所有这些额外的系统、方法、特征和优点包含在该说明内，处于本专利技术的范围内，并且由所附的权利要求保护。附图中所示的组成部分不必按比例绘制，并且可能被夸大以更好地示出本专利技术的重要特征。在附图中，在全部不同的视图中，相同的附图标记表示相同的部分，其中图1A示出了根据本专利技术实施例的全方位车轮系统(OTWS)的透视图；图1B示出了根据本专利技术实施例的OTWS的分解图；图2示出了根据本专利技术实施例的OTWS的侧视图；图3A、3B和3C示出了根据本专利技术各种实施例的分别具有三个周边车轮组件(PM)、四个PWA和八个PWA的OTWS的侧视图；图4A示出了根据本专利技术实施例的OTWS的横截面侧视图；图4B示出了根据本专利技术实施例的PWA的横截面图；图5示出了根据本专利技术各种实施例的具有若干齿轮构造的OTWS的横截面前视图；图6示出了根据本专利技术各种实施例的外齿轮和锥形齿轮的示例性模型；图7示出了根据本专利技术各种实施例的正齿轮、螺旋齿轮和双螺旋齿轮的示例性模型；图8A示出了根据本专利技术实施例的OTWS差速机构的高水平的概念视图；图8A和8B示出了根据本专利技术各种实施例的OTWS的若干部件的角速度；图9示出了根据本专利技术实施例的OTWS的共同模式操作；图10示出了根据本专利技术实施例的OTWS的差速模式操作；图11示出了根据本专利技术实施例的OTWS的向前差速模式操作；图12示出了根据本专利技术实施例的OTWS的向后差速模式操作；图13示出了根据本专利技术各种实施例的OTWS相对于差速角速度和共同角速度的各种组合的全部行进方向；图14示出了根据本专利技术实施例的具有摩擦控制的OTWS的横截面侧视图；以及图15示出了根据本专利技术实施例的用于操作全方位车轮系统的方法的步骤的流程图。具体实施例方式现在将参考附图描述实施本专利技术各种特征的实施例的设备、系统和方法。附图和相关的说明用来图示说明本专利技术的某些实施例，而并非用来限制本专利技术的范围。在全部附图中，附图标记重复用来表示所参考的元件之间的对应关系。此外，每个附图标记的第一个数字表示该元件第一次出现的图。图1A示出了根据本专利技术实施例的示例性全方位车轮系统(OTWS) 100的透视图。通常，0TWS100可以包括由一对保护板102限定的一对主车轮以及位于保护板102的边沿之间的多个周边车轮组件(PWA) 106。此外，OTffSlOO可以联接到腿部120，该腿部将0TWS100结合到可以采用一个或多个0TWS100的运输系统。例如，运输系统可以是采用四个0TWS100的轮式座椅、采用三个0TWS100的移动机器人或者采用一个0TWS100的独轮车。图1B示出了根据本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.23 US 12/842,9261.一种全方位车轮，其包括: 第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮沿着第一轴线中心地对准； 多个周边车轮组件，每个周边车轮组件都具有: 车轮构件，所述车轮构件沿着第二轴线中心地对准，所述第二轴线基本上垂直于所述第一轴线，和 连接齿轮，所述连接齿轮具有远侧端部和近侧端部，所述远侧端部用于接合所述第一齿轮和所述第二齿轮，所述近侧端部用于接合所述车轮构件，所述远侧端部和所述近侧端部限定了径向轴线，所述径向轴线基本上平行于左齿轮和右齿轮的共同半径并且基本上垂直于所述第一轴线和所述第二轴线；以及 旋转装置，所述旋转装置用于使所述第一齿轮绕所述第一轴线以第一角速度旋转，并且用于使所述第二齿轮绕所述第一轴线以第二角速度旋转， 由此，每个周边车轮组件的所述连接齿轮被构造为当所述第一角速度与所述第二角速度不同时使该周边车轮组件的相应的车轮构件绕相应的第二轴线旋转。2.根据权利要求1所述的全方位车轮，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮之间限定了圆柱形空间，所述圆柱形空间具有周向区域，并且其中每个周边车轮组件的所述连接齿轮被构造为沿着所述周向区域以所述第一角速度和所述第二角速度的共同角速度旋转。3.根据权利要求1所述的全方位车轮，其中所述旋转装置包括第一马达和第二马达，所述第一马达联接到所述第一齿轮以用于使所述第一齿轮旋转，所述第二马达联接到所述第二齿轮以用于使所述第二齿轮旋转，从而所述左齿轮和所述右齿轮独立地旋转。4.根据权利要求1所述的全方位车轮，其中所述第一齿轮和所述第二齿轮与定位在所述第一齿轮和所述第二齿轮 中间的平面基本上平行，并且其中每个周边车轮组件的所述车轮构件沿着所述平面基本上对称。5.根据权利要求1所述的全方位车轮，其还包括间隔构件，所述间隔构件联接在所述第一齿轮和所述第二齿轮之间，所述间隔构件被构造为保持所述第一齿轮和所述第二齿轮之间的基本上恒定的距离。6.根据权利要求5所述的全方位车轮，其中所述间隔构件具有: 第一盘，所述第一盘操作地联接到所述第一齿轮， 第二盘，所述第二盘操作地联接到所述第二齿轮，以及 轴，所述轴联接在所述第一盘和所述第二盘之间，使得所述第一盘、所述第二盘和所述轴被构造为当所述第一齿轮和所述第二齿轮通过所述旋转装置进行旋转时保持角度静止。7.根据权利要求6所述的全方位车轮，其中每个周边组件具有支撑构件，所述支撑构件用于将相应的车轮构件操作地连接到所述间隔构件的所述第一盘或所述第二盘。8.根据权利要求6所述的全方位车轮，其中每个周边组件的所述连接齿轮具有径向轴，所述径向轴用于连接所述连接齿轮的所述近侧端部和所述远侧端部，使得所述径向轴基本上垂直于所述间隔构件的中心轴。9.根据权利要求1所述的全方位车轮，其中每个周边车轮组件的所述连接齿轮被构造为:当所述第一角速度显著大于所述第二角速度时绕所述连接齿轮的径向轴线顺时针旋转，并且当所述第一角速度显著小于所述第二角速度时绕所述连接齿轮的径向轴线逆时针旋转。10.根据权利要求1所述的全方位车轮，其中每个周边车轮组件的所述车轮构件具有第一车轮、第二车轮和车轮轴，所述车轮轴中心地联接在所述第一车轮和所述第二车轮之间，所述第一车轮具有接收齿轮，以用于接合该周边车轮组件的连接齿轮的近侧端部。11.一种采用全方位车轮的运输系统，其包括: 左齿轮和右齿轮，所述左齿轮和所述右齿轮沿着第一轴线中心地对准，所述左齿轮和所述右齿轮之间限定了圆柱形空间，所述圆柱形空间具有周向区域； 多个周边车轮组件，所述多个周边车轮组件沿着所述圆柱形空间的所述周向区域分布，每个周边车轮组件都具有: 一对车轮，所述一对车轮沿着第二轴线中心地对准，所述第二轴线基本上垂直于所述第一轴线，和 连接齿轮，所述连接齿轮具有远侧端部和近侧端部，所述远侧端部用于接合所述左齿轮和所述右齿轮，所述近侧端部用于接合所述一对车轮，所述远侧端部和所述近侧端部限定了径向轴线，所述径向轴线基本上平行于所述左齿轮和所述右齿轮的共同半径并且基本上垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：上原康生，
申请(专利权)人：丰田自动车工程及制造北美公司，
类型：
国别省市：