CN109195809B - 全向旋转驱动机构及移动体 - Google Patents

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Abstract

技术问题：提供一种全向旋转驱动机构及移动体，能够使部件数量减少，容易制造、维护，并且能够实现小型化。解决方案：旋转体(12)能够以将机轮部件(11)的旋转轴作为中心的环状的轴为中心进行旋转地设置于机轮部件(11)。另外，旋转体(12)构成为，以机轮部件(11)的旋转轴为中心与机轮部件(11)一起一体性地旋转。一对蜗杆(13)设置成分别能够与机轮部件(11)的旋转轴同轴地旋转。一对蜗轮(14)分别能够与不同的蜗杆(13)啮合并进行旋转，且能够将各自的旋转向旋转体(12)传递地设置于机轮部件(11)。根据各蜗杆(13)的旋转方向及旋转速度，使旋转体(12)相对于机轮部件(11)旋转或者停止。

Description

全向旋转驱动机构及移动体
技术领域
本发明涉及一种全向旋转驱动机构及移动体。
背景技术
以往，作为使用了全向旋转驱动机构的产品，开发出一种全向移动车辆，其在主车轮的外周排列多个副车轮，所述副车轮设置成能够以环状的轴为中心进行旋转，该环状的轴以主车轮的旋转轴为中心，通过在主车轮的外部设置的一对电动机，可旋转驱动主车轮及各副车轮。作为这样的全向移动车辆，例如，在每个各副车轮上，具有为使各副车轮分别从左侧及右侧进行旋转而设置的左侧驱动辊及右侧驱动辊，并分别经由无端带，利用一方的电动机使所有的左侧驱动辊旋转，并利用另一方的电动机使所有的右侧驱动辊旋转，从而根据各电动机的旋转方向及旋转速度来控制主车轮及各副车轮的旋转方向及旋转速度(例如，参照专利文献1)。
另外，还有如下所述的技术方案，即构成为，使各电动机以与主车轮的旋转轴同轴地旋转的方式设置，具有差速机构和旋转传递部件，其中，所述差速机构分别安装于各电动机的旋转轴；所述旋转传递部件将各差速机构的旋转向一部分副车轮传递，以使得各副车轮旋转，并能够从该一部分的副车轮向其他副车轮传递旋转，且根据各电动机的旋转方向及旋转速度来控制主车轮及各副车轮的旋转方向及旋转速度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2010/064408号
专利文献2：日本专利公开2009-179110号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是，在专利文献1所记载的全向移动车辆中，由于利用各无端带将各电动机的旋转向各左侧驱动辊及各右侧驱动辊传递，因此需要在比主车轮的外周更靠外侧配置各电动机，存在沿着主车轮的旋转面而大型化的问题。另外，左侧驱动辊及右侧驱动辊各需要与副车轮为相同的数量，因此也存在部件数量多而制造、维护繁琐的问题。另外，由于是摩擦传动方式，因此也存在当灰尘、尘土附着在各辊的表面时无法确保驱动力的问题。
另外，在专利文献2所记载的全向移动车辆中，作为差速机构、旋转传递部件而使用锥齿轮、行星齿轮、无端带等，且为了将旋转从差速机构传递到副车轮，需要由两个以上部件构成的旋转传递部件。作为用于容纳该旋转传递部件的空间，需要使从主车轮的旋转轴到各副车轮的距离变长，或者使各电动机间的间隔变宽，存在车轮整体大型化的问题。
本发明是着眼于上述那样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种全向旋转驱动机构及移动体，能够使部件数量减少，容易制造、维护，并且能够实现小型化，即使附着灰尘、尘土也能够确保驱动力。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明的全向旋转驱动机构的特征在于，具有：机轮部件，其设置成能够以旋转轴为中心进行旋转；旋转体，其构成为，能够以将所述机轮部件的旋转轴作为中心的环状的轴为中心进行旋转地设置于所述机轮部件，并以所述机轮部件的旋转轴为中心与所述机轮部件一起一体性地旋转；一对第一齿轮，其设置成分别能够与所述机轮部件的旋转轴同轴地旋转；以及一对第二齿轮，其分别能够利用不同的第一齿轮的旋转，以相对于所述机轮部件的旋转轴大致垂直的轴为中心进行旋转，且能够将各自的旋转向所述旋转体传递地设置于所述机轮部件，对应的第一齿轮及第二齿轮分别由设置成能够相互传递力的蜗杆及蜗轮、或者非接触型的齿轮构成，根据各第一齿轮的旋转方向及旋转速度，使所述旋转体相对于所述机轮部件旋转或者停止。
本发明的全向旋转驱动机构能够将各第一齿轮的旋转经由各自对应的第二齿轮向旋转体传递。此时，例如构成为，当使各第一齿轮向相同的方向旋转时，各第二齿轮要使所述旋转体向相互相反方向旋转而旋转或者停止，当使各第一齿轮向相反方向旋转时，各第二齿轮要使所述旋转体向相同的方向旋转而旋转，从而能够根据各第一齿轮的旋转方向及旋转速度来使旋转体相对于机轮部件旋转或者停止。
在这种情况下，当将各第二齿轮的旋转相互没有浪费地向旋转体传递时，能够仅使旋转体旋转，而使机轮部件停止。另外，当各第二齿轮的旋转相互全部抵消时，也能够使旋转体与各第二齿轮一起停止。此时，由于各第一齿轮的旋转力直接向机轮部件传递，因此能够使机轮部件向与各第一齿轮相同的方向旋转。当各第二齿轮的旋转处于它们之间的状态时，根据各第二齿轮的旋转力的差来确定旋转体和机轮部件的旋转方向及旋转速度。这样，本发明的全向旋转驱动机构通过控制各第一齿轮的旋转，从而能够使旋转体及机轮部件以任意速度向任意方向旋转。由此，本发明的全向旋转驱动机构可作为能够以任意速度向任意方向移动的全向移动车轮来使用。
本发明的全向旋转驱动机构在最少的情况下能够仅利用各第二齿轮将各第一齿轮的旋转向旋转体传递。因此，能够减少用于传递旋转的部件的数量，能够实现机构整体的小型化。另外，通过减少部件数量，从而能够使制造、维护变得容易。另外，由于不是摩擦传动方式，而是使用第一齿轮、第二齿轮来传递驱动力，因此即使当附着灰尘、尘土时也能够确保驱动力。
本发明的全向旋转驱动机构在对应的第一齿轮及第二齿轮分别由蜗杆及蜗轮构成的情况下，通过减小各蜗杆(第一齿轮)的导程角，从而能够使得难以从对应的蜗轮(第二齿轮)向各蜗杆(第一齿轮)传递旋转力。由此，当停止各蜗杆(第一齿轮)的旋转时，能够防止机轮部件、旋转体旋转，能够成为施加了制动的状态。另外，在由非接触型的齿轮构成的情况下，各第一齿轮及各第二齿轮例如由设置成能够以磁力来传递力的磁力齿轮、设置成能够以静电力来传递力的静电齿轮等构成。此外，本发明的全向旋转驱动机构优选为，旋转体的位于与机轮部件的旋转轴为相反侧的外表面配置于比机轮部件的外周更靠外侧，以使得能够利用旋转体更加切实地进行移动。
在本发明的全向旋转驱动机构中，优选地，所述旋转体由多个构成，以分别沿着所述机轮部件的外周排列的方式设置。在这种情况下，能够沿着机轮部件的外周使相邻的旋转体之间的间隙更小或者消除，当作为全向移动车轮使用时，能够顺畅地以任意速度向任意方向移动。另外，通过增加旋转体的数量，从而能够减小各旋转体的宽度，能够使各旋转体更顺畅地旋转。
另外，在该旋转体为多个的情况下，也可以为，第二齿轮构成为，与各旋转体对应地由多对构成，能够将各对第二齿轮的旋转向各自对应的各旋转体传递。由此，能够从各对第二齿轮向各旋转体传递旋转，能够使各旋转体切实地旋转。另外，也可以为，第二齿轮由比各旋转体少的一对至多对构成，从各对第二齿轮分别向不同的旋转体传递旋转力，可利用各对第二齿轮使未被传递旋转的旋转体旋转，这些旋转体与利用各对第二齿轮而传递旋转的旋转体连结。由此，能够减少将各第一齿轮的旋转向各旋转体传递的部件的数量，能够使制造、维护变得容易。
也可以为，本发明的全向旋转驱动机构具有一对电动机，所述一对电动机设置成分别能够旋转驱动不同的第一齿轮，且能够控制其旋转方向及旋转速度。在这种情况下，通过控制各电动机的旋转，能够对作为全向移动车轮使用时的移动方向及移动速度进行控制。另外，能够将各电动机沿着机轮部件的旋转轴配置于机轮部件的外侧。因此，与将各电动机设置于机轮部件内部的情况相比，能够使用驱动力较大的电动机，能够增大机轮部件及旋转体的驱动力。另外，能够容易地进行对各电动机的电力布线等。
本发明的移动体的特征在于，作为车轮，具有一个或者多个本发明的全向旋转驱动机构。
本发明的移动体能够利用本发明的全向旋转驱动机构以任意速度向任意方向移动。
(三)有益效果
根据本发明，能够提供一种全向旋转驱动机构及移动体，能够使部件数量减少，容易制造、维护，并且能够实现小型化，即使附着灰尘、尘土也能够确保驱动力。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的全向旋转驱动机构的立体图。
图2是表示图1所示的全向旋转驱动机构的夹着机轮部件的中心轴的两对辐条之间的结构的图，其中(a)为横剖视图，(b)为纵剖视图。
图3是表示本发明的第一实施方式的全向旋转驱动机构的变形例即夹着机轮部件的中心轴的两对辐条之间的结构的概要横剖视图。
图4是表示本发明的第二实施方式的全向旋转驱动机构的立体图。
具体实施方式
下面基于附图对本发明的实施方式进行说明。
图1至图3表示本发明的第一实施方式的全向旋转驱动机构及移动体。
如图1及图2所示，全向旋转驱动机构10具有机轮部件11、多个旋转体12、一对蜗杆13、多对蜗轮14、多个传递齿轮15以及一对电动机16。此外，蜗杆13及蜗轮14分别对应于第一齿轮及第二齿轮。
如图1所示，机轮部件11外形呈圆盘状，且具有设置于其中心的中心部11a、和从中心部11a呈放射状延伸的多个辐条11b。机轮部件11能够以穿过中心部11a的中心轴为中心进行旋转。中心部11a在中央具有贯穿孔11c。各辐条11b呈在中心轴方向上具有宽度的板状，且末端部大致呈圆弧状。各辐条11b以两个为一组，各组的两个辐条11b空开规定的间隔大致平行地设置。各辐条11b在各组中相对于中心轴以规定的角度间隔设置。各辐条11b与相邻的组的辐条11b交叉，且末端部沿着机轮部件11的周围以各组排列的方式设置。
如图1及图2所示，各旋转体12具有小径车轮21和车轮用齿轮22。小径车轮21呈小厚度的圆柱状，在中央具有***孔21a。车轮用齿轮22由直齿轮构成，在中央具有向一方的表面侧突出的突出部22a。通过将车轮用齿轮22的突出部22a***小径车轮21的***孔21a，从而将车轮用齿轮22固定于小径车轮21。由此，使得各旋转体12的小径车轮21和车轮用齿轮22一体性地旋转。
各旋转体12分别以沿着机轮部件11的外周排列的方式在各组的辐条11b的末端部之间各配置一个。各旋转体12以中心轴相对于机轮部件11的中心轴垂直的方式配置。各旋转体12能够以其中心轴为中心进行旋转地安装于夹持其的辐条11b。由此，使得各旋转体12分别能够以将机轮部件11的旋转轴作为中心的环状的轴，即以相对于机轮部件11的中心轴垂直的轴为中心进行旋转。
各旋转体12的位于与机轮部件11的旋转轴为相反侧的外表面配置于比机轮部件11的外周更靠外侧。另外，当机轮部件11以其旋转轴为中心进行旋转时，会使得各旋转体12以机轮部件11的旋转轴为中心与机轮部件11一起一体性地旋转。
如图2中的(a)所示，各蜗杆13在机轮部件11的中心部11a的内侧沿着机轮部件11的旋转轴，前后排列地配置。各蜗杆13分别与机轮部件11的旋转轴同轴，且设置成可独立于机轮部件11进行旋转。各蜗杆13的大小相同，导程角相同，槽的朝向相互为相反方向。
如图2所示，各对蜗轮14与各旋转体12对应地在各辐条11b之间各设置一对。各蜗轮14全部是相同的大小，且设置成分别能够以相对于机轮部件11的中心轴垂直的轴为中心进行旋转。各对蜗轮14以其中一方的蜗轮14可旋转地啮合于一方的蜗杆13且另一方的蜗轮14可旋转地啮合于另一方的蜗杆13的方式安装于各自对应的组的辐条11b。另外，各蜗轮14具有固定于相同侧的侧面且以同轴进行旋转的小齿轮14a。小齿轮14a是直齿轮。
各传递齿轮15与各旋转体12对应地在各辐条11b之间各设置一个。各传递齿轮15由直齿轮构成，在中央具有向一方的表面侧突出的突出部15a。各传递齿轮15以能够以相对于机轮部件11的中心轴垂直的轴为中心进行旋转的方式设置于各自对应的组的辐条11b。各传递齿轮15配置于各自对应的旋转体12与对应的一对的蜗轮14之间，并以与该旋转体12及该一对蜗轮14的小齿轮14a啮合的方式安装。
在全向旋转驱动机构10中，对应的旋转体12及传递齿轮15的旋转轴配置在相对于机轮部件11的旋转轴垂直且穿过机轮部件11的中心的平面内。并且配置为，相对于对应的传递齿轮15，一方的蜗轮14从该传递齿轮15的中心轴的右侧与该传递齿轮15啮合，而另一方的蜗轮14从左侧与该传递齿轮15啮合。由此，各对蜗轮14双方将各自的旋转向对应的相同的传递齿轮15传递，进而，该传递齿轮15将该旋转向对应的旋转体12传递。
各电动机16沿着机轮部件11的旋转轴彼此配置于机轮部件11的相反侧。各电动机16设置于机轮部件11的外侧。各电动机16构成为能够通过机轮部件11的中心部11a的贯穿孔对配置于各自侧的蜗杆13进行旋转驱动。另外，各电动机16构成为能够控制对应的蜗杆13的旋转方向及旋转速度。
接着对作用进行说明。
全向旋转驱动机构10通过利用各电动机16使各蜗杆13旋转，从而能够使机轮部件11及各旋转体12进行旋转。即，当使各蜗杆13以相同的速度向相反方向旋转时，则经由各对蜗轮14向各传递齿轮15传递以相同的速度向相同的方向进行旋转的力，因此能够使各传递齿轮15以该速度向该方向旋转。由此，能够经由各传递齿轮15使各旋转体12向与各传递齿轮15相反的方向旋转。此时，由于将各对蜗轮14的旋转相互没有浪费地向旋转体12传递，因此能够使机轮部件11停止。
另外，当使各蜗杆13以相同的速度向相同的方向旋转时，则经由各对蜗轮14向各传递齿轮15传递以相同的速度向相反方向进行旋转的力，因此各对蜗轮14的旋转相互全部抵消，能够使各对蜗轮14及各传递齿轮15停止。由此，也能够使各旋转体12停止。此时，由于各蜗杆13的旋转力直接向机轮部件11传递，因此能够使机轮部件11以相同的速度向与各蜗杆13相同的方向旋转。
另外，当使各蜗杆13以不同的速度旋转时，则能够经由各对蜗轮14向各传递齿轮15传递以不同的速度进行旋转的力。此时，根据该力的差，不仅能够经由各传递齿轮15使各旋转体12旋转，而且也能够使机轮部件11旋转。另外，根据向各传递齿轮15传递的力的差，来确定各旋转体12及机轮部件11的旋转方向及旋转速度。这样，全向旋转驱动机构10通过利用各电动机16来控制各蜗杆13的旋转，从而能够使各旋转体12及机轮部件11以任意速度向任意方向旋转。由此，全向旋转驱动机构10可作为能够以任意速度向任意方向移动的全向移动车轮来使用。
由于在全向旋转驱动机构10中是将各电动机16沿着机轮部件11的旋转轴配置于机轮部件11的外侧，因此与将各电动机16设置于机轮部件11内部的情况相比，能够使用驱动力较大的电动机，能够增大机轮部件11及各旋转体12的驱动力。另外，能够容易进行对各电动机16的电力布线等。
在全向旋转驱动机构10中通过减小各蜗杆13的导程角，从而能够使得难以从对应的蜗轮14向各蜗杆13传递旋转力。由此，当使各蜗杆13的旋转停止时，能够防止机轮部件11、旋转体12旋转，能够成为施加了制动的状态。因此，当作为全向移动车轮使用时，能够不消耗能量地在坡道等处持续停止。
此外，如图3所示，全向旋转驱动机构10也可以不具有各传递齿轮15，而是能够从各对蜗轮14直接向对应的旋转体12传递旋转。在这种情况下，能够减少用于传递旋转的部件的数量，能够实现机构整体的小型化。另外，通过减少部件数量，从而能够使制造、维护变得容易。另外，由于不是摩擦传动方式，而是使用蜗杆13、蜗轮14来传递驱动力，因此即使当附着灰尘、尘土时也能够确保驱动力。
另外，在全向旋转驱动机构10中，也可以为，蜗轮14由比各旋转体12的数量少的一对至多对构成，各对蜗轮14分别向不同的旋转体12传递旋转，可利用各对蜗轮14使未被传递旋转的旋转体12旋转，这些旋转体12与利用各对蜗轮14传递旋转的旋转体12连结。由此，能够减少将各蜗杆13的旋转向各旋转体12传递的部件的数量，能够使制造、维护变得容易。
另外，在全向旋转驱动机构10中，各蜗杆13的槽的朝向也可以是相同的朝向。在这种情况下，通过在各对蜗轮14中的一方的蜗轮14与对应的传递齿轮15之间***一个直齿轮，从而能够进行与图2相同的动作。另外，通过在各蜗轮14与各自对应的传递齿轮15之间、各传递齿轮15与对应的旋转体12之间***一个或者多个齿轮，从而能够相对于各蜗杆13的旋转方向，任意地变更各旋转体12的旋转方向。
图4表示本发明的第二实施方式的全向旋转驱动机构。
如图4所示，全向旋转驱动机构30具有机轮部件11(未图示)、多个旋转体12、一对第一静电齿轮31、多对第二静电齿轮32以及一对电动机16(未图示)。此外，第一静电齿轮31及第二静电齿轮32分别对应于第一齿轮及第二齿轮。另外，在以下的说明中，对与本发明的第一实施方式的全向旋转驱动机构10相同的结构标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
各第一静电齿轮31呈沿着各电动机16的旋转轴延伸的圆柱形状。各第一静电齿轮31在侧面以规定的宽度交替地设置有形成为螺旋状的+(正)的区域和－(负)的区域。各第二静电齿轮32呈薄的圆柱形状，且在侧面沿着圆周方向以规定宽度交替地设置有+的区域和－的区域。各旋转体12也由薄的圆柱形状的静电齿轮构成，且具有比各第二静电齿轮32大的外径。各旋转体12在侧面，沿着圆周方向以规定宽度交替地设置有+的区域和－的区域。
全向旋转驱动机构30不具有传递齿轮15，而能够从各对第二静电齿轮32直接向对应的旋转体12传递旋转。全向旋转驱动机构30设置成，对应的第一静电齿轮31与第二静电齿轮32以及对应的第二静电齿轮32与旋转体12能够相互以静电力来传递力。即，各第一静电齿轮31及各第二静电齿轮32构成为，各第一静电齿轮31的+的区域及－的区域与各自对应的第二静电齿轮32的－的区域及+的区域对置，并进行旋转。另外，各第二静电齿轮32及各旋转体12构成为，各第二静电齿轮32的+的区域及－的区域与各自对应的旋转体12的－的区域及+的区域对置，并进行旋转。
这样一来，全向旋转驱动机构30与全向旋转驱动机构10同样地，通过利用各电动机16使各第一静电齿轮31旋转，从而能够使机轮部件11及各旋转体12进行旋转。由于在全向旋转驱动机构30中使用非接触型的齿轮，因此没有因摩擦造成的能量损失、齿轮磨损，静音性优异。
此外，在全向旋转驱动机构30中，各第一静电齿轮31、各第二静电齿轮32以及各旋转体12也可以不是静电齿轮，而是由设置成能够以磁力来传递力的磁力齿轮构成。在这种情况下，例如，只要使磁力为N极的区域及S极的区域形成为分别与图4所示的+的区域及－的区域对应即可。由此，能够与全向旋转驱动机构10同样地，通过利用各电动机16使各第一齿轮(与第一静电齿轮31对应的磁力齿轮)旋转，从而使机轮部件11及各旋转体12进行旋转。
全向旋转驱动机构10及全向旋转驱动机构30能够作为移动体的全向移动车轮使用。在这种情况下，能够以任意速度向任意方向移动该移动体。另外，在全向旋转驱动机构10及全向旋转驱动机构30作为履带(循环轨道)的车轮使用时，能够构成可向所有方向移动的履带。另外，全向旋转驱动机构10及全向旋转驱动机构30也能够用于机器人等的关节部。在这种情况下，能够将关节向任意方向弯曲。另外，也能够不消耗能量地将关节维持成任意的姿势。另外，通过设置有弹性体、减振器等，即使在作用来自外部的冲击时，也能够防止负载作用于关节的动力传递部。
附图标记说明
10、30-全向旋转驱动机构；
11-机轮部件；
11a-中心部；
11b-辐条；
11c-贯穿孔；
12-旋转体；
21-小径车轮；
21a-***孔；
22-车轮用齿轮；
22a-突出部；
13-蜗杆；
14-蜗轮；
14a-小齿轮；
15-传递齿轮；
15a-突出部；
16-电动机；
31-第一静电齿轮；
32-第二静电齿轮。

Claims (6)

1.一种全向旋转驱动机构，其特征在于，具有：
机轮部件，其设置成能够以旋转轴为中心进行旋转；
旋转体，其构成为，能够以将所述机轮部件的旋转轴作为中心的环状的轴为中心进行旋转地设置于所述机轮部件，并以所述机轮部件的旋转轴为中心与所述机轮部件一起一体性地旋转；
一对第一齿轮，其设置成分别能够与所述机轮部件的旋转轴同轴地旋转；以及
一对第二齿轮，其分别能够利用不同的第一齿轮的旋转，以相对于所述机轮部件的旋转轴大致垂直的轴为中心进行旋转，且能够将各自的旋转向所述旋转体传递地设置于所述机轮部件，
对应的第一齿轮及第二齿轮分别由设置成能够相互传递力的蜗杆及蜗轮、或者非接触型的齿轮构成，
根据各第一齿轮的旋转方向及旋转速度，使所述旋转体相对于所述机轮部件旋转或者停止。
2.根据权利要求1所述的全向旋转驱动机构，其特征在于，
构成为，当使各第一齿轮向相同的方向旋转时，各第二齿轮要使所述旋转体向相互相反方向旋转而旋转或者停止，当使各第一齿轮向相反方向旋转时，各第二齿轮要使所述旋转体向相同的方向旋转而旋转。
3.根据权利要求1或2所述的全向旋转驱动机构，其特征在于，
所述旋转体由多个构成，以分别沿着所述机轮部件的外周排列的方式设置，
所述第二齿轮构成为，与各旋转体对应地由多对构成，能够将各对第二齿轮的旋转向各自对应的各旋转体传递。
4.根据权利要求1或2所述的全向旋转驱动机构，其特征在于，
具有一对电动机，所述一对电动机设置成分别能够旋转驱动不同的第一齿轮，且能够控制其旋转方向及旋转速度。
5.根据权利要求1或2所述的全向旋转驱动机构，其特征在于，
所述旋转体的位于与所述机轮部件的旋转轴为相反侧的外表面配置于比所述机轮部件的外周更靠外侧。
6.一种移动体，其特征在于，
作为车轮，具有一个或者多个权利要求1至5中任一项所述的全向旋转驱动机构。
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