ES2619646T3 - Rueda omnidireccional accionable por un motor y vehículo equipado con la misma - Google Patents

Abstract

Rueda esférica comprendiendo un primer cuerpo (1.1) y un segundo cuerpo (1.2) que son esencialmente hemisféricos y están montados coaxialmente el uno al otro, para girar alrededor de un eje de soporte (2), estando los cuerpos separados por un espacio intermedio (3) en el cual se extiende un árbol (6) que tiene un extremo conectado fijamente con el eje de soporte y un extremo que sobresale de los cuerpos, caracterizada por el hecho de que se extiende en el espacio intermedio al menos un elemento (7, 17) que continua al menos una porción de la superficie exterior de los cuerpos.

Description

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DESCRIPCION

Rueda omnidireccional accionable por un motor y vehuculo equipado con la misma

La presente invencion hace referencia a una rueda omnidireccional accionable por un motor. Las ruedas omnidireccionales se utilizan para realizar unos vehuculos capaces de desplazarse sin maniobra previa en cualquier direccion arbitraria con cualquier orientacion. Se refiere en este caso a ellos como vehuculo « holonomo ». La invencion se refiere igualmente a un vehuculo equipado de dichas ruedas.

Los vehuculos clasicos con ruedas siguen una trayectoria tangente a la orientacion de sus ruedas motrices, orientacion que se modifica para cambiar de direccion.

La presencia de ruedas no motrices y la baja amplitud de la orientacion de las ruedas motrices hacen imposible un cambio de direccion con independencia de la orientacion previa del vehuculo.

Un vehuculo con ruedas, todas las ruedas del cual son motrices, puede cambiar arbitrariamente de direccion siempre y cuando sus ruedas hayan sido previamente reorientadas en la nueva direccion. A un vehuculo de este tipo se refiere como « omnidireccional ».

Un vehuculo holonomo debe, para poder seguir cualquier trayectoria arbitraria sin maniobra previa, tener tres grados de movilidad independientes con respecto al plano sobre el cual descansa: dos translaciones segun unas direcciones paralelas al plano y una rotacion alrededor de un eje normal al plano.

Existen numerosas soluciones de ruedas que permiten realizar un vehuculo holonomo. Estas ruedas difieren por la regularidad de su banda de rodadura, su capacidad de carga, su capacidad de superar los obstaculos y la constancia del polfgono de sustentacion del vehuculo que las utiliza.

De esta manera, se conoce a partir del documento US-A-3789947 una rueda de este tipo que comprende una llanta presentando un contorno poligonal en cada lado del cual estan montados unos rodillos en tambor que giran alrededor de un eje ortogonal al eje de la llanta. Entre dos rodillos adyacentes existe un espacio intermedio necesario para la union de los rodillos con la llanta. Dichos espacios intermedios entre los rodillos crean una discontinuidad de la superficie de rodadura que causa, durante el uso, unas vibraciones y una falta de precision de la posicion. El documento DE 78 488 C divulga una rueda esferica segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Con el mismo principio existen tambien unas ruedas del tipo precedente que comprenden una llanta en el penmetro de la cual estan montados dos juegos de rodillos montados para girar alrededor de ejes que se extienden en dos planos perpendiculares con respecto al eje de rotacion de la llanta. Los rodillos de cada juego se extienden frente al espacio intermedio que existe entre dos rodillos del otro juego para asegurar una continuidad de la superficie de rodadura. Sin embargo, pasando de un rodillo al otro, la posicion del punto de contacto vana a lo largo del eje de rotacion de la llanta. Dicha variacion provoca por un lado unas variaciones del radio de curvatura que impiden realizar una odometna precisa, y por otro lado una gran sensibilidad con respecto a las irregularidades del suelo que presenta el riesgo de hacer perder el contacto de una hilera de rodillos.

Los documentos US-A-3876255 y FR-A-2206195 describen una rueda comprendiendo una llanta en el penmetro de la cual estan montados unos rodillos que giran alrededor de un eje inclinado con respecto al eje de rotacion de la llanta. Ello permite asegurar una relativa continuidad de la superficie de rodadura pero provoca, como en el caso precedente pero de manera menos importante, una variacion de la posicion del punto de contacto de la rueda sobre el suelo.

Existen tambien otras soluciones, con el principio del documento US-A-3789947, en las cuales los rodillos, de perfiles diferentes o en forma de manguito, estan parcialmente engastados los unos en los otros para asegurar, de la mejor manera posible, una relativa continuidad de la superficie de rodadura. Sin embargo, estas soluciones no son perfectas y, segun el caso, no estan adaptadas para realizarse sobre un suelo inclinado, son complejas a ser puestas en practica y/o dejan subsistirse unas discontinuidades de la superficie de rodadura.

Se conocen tambien unas ruedas con rodillos perifericos flexibles teniendo una superficie de rodadura continua pero que es muy compleja a poner en practica, ofreciendo al mismo tiempo solamente una baja capacidad de carga.

El mayor inconveniente de estas soluciones permanece el hecho de que solamente disponen de una baja capacidad de superacion de obstaculo en la direccion del eje de rotacion de la llanta, por el motivo del radio reducido de los rodillos.

Para poner remedio a este inconveniente, se ha imaginado recurrir a una rueda esferica accionable mediante un motor, comprendiendo un primer cuerpo y un segundo cuerpo que son sustancialmente hemisfericos y que estan montados coaxialmente el uno en el otro para girar alrededor de un eje de soporte. Los cuerpos estan separados por un espacio intermedio en el cual se extiende un arbol que tiene un extremo conectado fijamente con el eje de

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soporte y un extremo opuesto conectado con un motor de accionamiento. Dicha rueda presenta una capacidad de desplazamiento libre de modo paralelo al arbol de accionamiento y una capacidad de desplazamiento motorizado de modo perpendicular al arbol de accionamiento. Dicha rueda presenta de modo adicional unas capacidades de superacion interesantes en todas las direcciones ya que su radio de curvatura es identico en todas las direcciones. En cambio, dicha rueda tiene una superficie de rodadura cuya discontinuidad disminuye con la anchura del espacio intermedio mientras que su capacidad de carga aumenta con el diametro del arbol y, por lo tanto, tambien con la anchura del espacio intermedio. Por este motivo resulta imposible tener una rueda de este tipo que presente una superficie de rodadura sustancialmente continua y una gran capacidad de carga.

El objeto de la invencion, por lo tanto, es proporcionar una rueda que permita particularmente la realizacion de un vehnculo holonomo capaz de superar unos obstaculos en todas las direcciones sin reduccion de su capacidad de carga.

A este efecto, de acuerdo con la invencion, se preve una rueda esferica accionable por motor, comprendiendo un primer cuerpo y un segundo cuerpo que son sustancialmente hemisfericos y estan montados coaxialmente el uno en el otro para girar alrededor de un eje de soporte, estando los cuerpos separados por un espacio intermedio en el cual se extiende un arbol que tiene un extremo conectado fijamente con el eje de soporte y un extremo opuesto que sobresale de los cuerpos. Se extiende en el espacio intermedio al menos un elemento de continuidad de al menos una porcion de superficie exterior de los cuerpos.

De esta manera, la rueda de la invencion es una rueda omnidireccional esferica cuyo espacio intermedio puede ser relativamente grande en la proximidad del arbol motriz, para permitir una gran capacidad de carga, y reducido, o incluso nulo, en el nivel del contacto con el suelo, para asegurar una buena continuidad de movimiento.

De acuerdo con un primer modo de realizacion de la invencion, el elemento de continuidad es un petalo articulado en un borde circular del primer cuerpo para ser movil entre una posicion nivelada en la cual se extiende hacia el segundo cuerpo en el espacio intermedio y una posicion replegada en la cual se aleja del espacio intermedio.

En una primera version, la rueda comprende unos elementos de continuidad en forma de petalo que se extienden a partir de cada uno de los cuerpos.

En una segunda version, el petalo en posicion nivelada se apoya sobre el borde circular del segundo cuerpo.

De manera preferente, en este modo de realizacion, el arbol tiene su porcion de extremo conectada con el arbol de soporte configurada para arrastrar el elemento de continuidad desde su posicion nivelada hacia su posicion replegada y el elemento de continuidad esta conectado con el cuerpo en el cual esta articulado, a traves de un elemento de reajuste elastico en posicion nivelada.

De esta manera, el desplazamiento del elemento de continuidad en su posicion replegada es provocado por su contacto con la carcasa del arbol motriz que cumple con la funcion de leva. Por lo tanto, no es necesario prever un mando dedicado al elemento de continuidad.

De manera ventajosa, el petalo tiene una forma sustancialmente trapezoidal, presentando una gran base, y el petalo esta articulado por su gran base en el cuerpo.

Ello permite aumentar la altura libre sobre el suelo del elemento de continuidad en posicion replegada y por lo tanto la capacidad de superacion.

De acuerdo con un segundo modo de realizacion, el elemento de continuidad es un rodillo montado en el espacio intermedio para girar alrededor de un eje paralelo al eje de soporte, teniendo una superficie exterior alineada con la superficie exterior de los cuerpos.

De acuerdo con una caractenstica particular, la rueda comprende unos rodillos montados en un alojamiento aplicado en cada cuerpo en cada extremo del eje de soporte de tal manera que cada uno de estos rodillos tenga una porcion de superficie exterior alineada con la superficie exterior del cuerpo por una abertura del alojamiento, estando los rodillos montados para girar alrededor de un eje de rotacion ortogonal con respecto al eje de soporte y al arbol. De manera preferente, la superficie exterior de estos rodillos tiene sustancialmente una forma de revolucion alrededor del eje de rotacion de los rodillos y comprende una porcion central anular de rodadura alineada con la superficie exterior del cuerpo a traves de la abertura del alojamiento y dos porciones laterales anulares que se extienden al menos en parte por debajo de un labio delimitando la abertura del alojamiento.

De manera ventajosa, el labio es capaz de deformarse elasticamente y las porciones laterales anulares forman una superficie de apoyo para el labio en su estado deformado y, de manera preferible, las porciones laterales anulares comprenden un revestimiento de bajo coeficiente de friccion.

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La invencion tiene como objeto tambien un vehnculo que comprende un chasis soportado por unas ruedas del tipo de la rueda de la invencion.

Otras caractensticas y ventajas de la invencion se desprenderan de la lectura de la descripcion siguiente de unos modos de realizacion particulares no limitativos de la invencion.

Se hace referencia a los dibujos anexos, entre los cuales:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de una rueda de acuerdo con una primera version de un primer modo de realizacion;

- la figura 2 es una vista superior de dicha rueda;

- la figura 3 es una vista parcial en corte de dicha rueda de acuerdo con el plano III de la figura 2;

- la figura 4 es una vista en perspectiva de dicha rueda en corte de acuerdo con el plano III;

- la figura 5 es una vista en perspectiva de una rueda de acuerdo con una segunda version del primer modo de realizacion;

- la figura 6 es una vista lateral de dicha rueda;

- la figura 7 es una vista en perspectiva y en transparencia de una rueda de acuerdo con un segundo modo de realizacion;

- la figura 8 es una vista en perspectiva de un vehnculo equipado de ruedas de acuerdo con el segundo modo de realizacion;

- La figura 9 es una vista analoga a la figura 8 de una variante de este vehnculo;

- La figura 10 es una vista esquematica en corte transversal de una rueda conforme a una variante del segundo modo de realizacion.

Con referencia a las figuras, la rueda esferica accionable por motor de acuerdo con la invencion comprende un primer cuerpo 1.1 y un segundo cuerpo 1.2 identicos que son sustancialmente hemisfericos. Los cuerpos 1.1, 1.2 estan montados coaxialmente el uno en el otro para girar libremente alrededor de un eje de soporte 2 a traves de al menos un cojinete tal como un rodamiento de agujas u otros. Los cuerpos 1.1, 1.2 estan separados el uno del otro por un espacio intermedio 3 delimitado lateralmente por unas paredes 4.1, 4.2 paralelas la una a la otra, cada una de las cuales pertenece a uno de los cuerpos 1.1, 1.2. Las paredes 4.1, 4.2 estan delimitadas por un borde circular 5.1, 5.2. En el espacio intermedio 3 se extiende un arbol 6 que tiene un extremo conectado fijamente con el eje de soporte 2 y un extremo opuesto que se extiende sobresaliendo de los cuerpos 1.1 y 1.2 y que esta conectado con un motor de accionamiento 30 (visible en las figuras 8 y 9).

La rueda, por lo tanto, esta capacitada para realizar un desplazamiento motorizado (rotacion del arbol 6 simbolizado por la flecha M) y un desplazamiento libre (rotacion de los cuerpos 1.1, 1.2 alrededor del eje de soporte 2 simbolizado por la flecha F).

Un rodillo 10 (representado unicamente en la figura 7 pero presente en todos los modos de realizacion) esta montado en cada extremo del eje de soporte 2 para estar alineado con la superficie exterior de los cuerpos 1.1, 1.2. Los rodillos 10 presentan una forma de tambor y estan montados para girar alrededor de un eje ortogonal con respecto al eje de soporte 2 y al arbol 6. Cada rodillo 10 autoriza de este modo, cuando esta en contacto con el suelo, un desplazamiento libre de la rueda en una direccion paralela con respecto al arbol 6.

En el espacio intermedio 3 se extiende al menos un elemento de continuidad de por lo menos una porcion de superficie exterior de los cuerpos 1.1, 1.2.

Con referencia a las figuras 1 a 6, la rueda de acuerdo con el primer modo de realizacion comprende una pluralidad de elementos de continuidad, cada uno de los cuales esta formado por un petalo articulado en el borde circular 5.1, 5.2 de uno de los cuerpos 1.1, 1.2 entre una posicion nivelada en la cual se extiende en el espacio intermedio 3 en direccion del segundo cuerpo 1.2, 1.1 y una posicion replegada en la cual se aleja del espacio intermedio 3 adoptando una posicion en la que sobresale de la superficie exterior de los cuerpos 1.1, 1.2. Cada petalo 7 tiene una forma sustancialmente trapezoidal presentando una gran base y el petalo 7 esta articulado en el cuerpo a traves de su gran base. Dicha forma trapezoidal permite una altura libre sobre el suelo relativamente importante del petalo en posicion replegada (vease la figura 6).

En la primera version del primer modo de realizacion (figuras 1 a 4), unos petalos 7.1, 7.2 se extienden a partir de cada uno de los cuerpos 1.1, 1.2. Los petalos 7.1, 7.2 estan previstos aqu sobre la totalidad de la circunferencia del borde circular 5.1, 5.2. Cada petalo 7.1, 7.2 esta conectado con el cuerpo 1.1, 1.2 en el cual esta articulado, por un elemento de reajuste elastico del petalo 7.1, 7.2 en posicion nivelada. Les elementos de reajuste, en este caso, son unos resortes helicoidales 8 de traccion que son recibidos en unos alojamientos aplicados en las paredes 4.1, 4.2 de tal manera que se extienden radialmente con respecto al borde circular 5.1, 5.2.

El arbol 6 tiene su porcion de extremo conectada con el eje de soporte 2 que esta configurada para arrastrar los petalos 7 desde su posicion nivelada hacia su posicion replegada. El arbol 6 comprende de esta manera dos superficies laterales 9 que se extienden transversalmente con respecto al espacio intermedio 3 que estan

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configuradas para levantar los petalos 7 de la manera de una leva cuando entran en contacto con los mismos. Los petalos 7 retroceden hacia su posicion nivelada en la medida en que abandonan el contacto de las superficies laterales 9.

En la segunda version del primer modo de realizacion (figuras 5 y 6), los petalos 7.1, estan dislocados con respecto a los petalos 7.2 de tal manera que frente a cada petalo 7.1, 7.2 se extiende una porcion libre del borde circular 5.2, 5.1. Los petalos 7.1, 7.2 tienen una longitud tal que, en la posicion nivelada, los petalos 7.1, 7.2 se apoyan sobre la porcion libre del borde circular 5.2, 5.1.

En esta version, las dos semiesferas estan unidas juntas para sincronizar su rotacion de tal manera que los petalos se apoyan siempre sobre el alojamiento que se encuentra frente a ellos.

La segunda version, por lo demas, es identica a la primera version.

En el segundo modo de realizacion representado en la figura 7, existen dos elementos de continuidad cada uno de los cuales esta formado por un rodillo 17 montado en el espacio intermedio 3 para girar alrededor de un eje paralelo al eje de soporte 2. Cada rodillo 17 tiene una superficie exterior en tambor que esta alineada con la superficie exterior de los cuerpos 1.1, 1.2.

De manera mas exacta, los rodillos 17 estan montados en una articulacion ahorquillada que se extiende en el espacio intermedio y que esta conectado en rotacion con el eje de soporte 2 y por lo tanto tambien con el arbol 6.

En una variante, tal como se representa en la figura 10, la rueda comprende dos rodillos 10 cada uno de los cuales esta montado en un alojamiento 11 aplicado en cada cuerpo 1.1, 1.2 en cada extremo del eje de soporte 2 de tal manera que cada uno de estos rodillos 10 presente una porcion de superficie exterior alineada con la superficie exterior del cuerpo a traves de una abertura 12 del alojamiento 11. Les rodillos 10 estan montados para girar alrededor de un eje de rotacion ortogonal con respecto al eje de soporte 2 y al arbol 6.

La superficie exterior de cada rodillo 10 tiene sustancialmente una forma de revolucion alrededor del eje de rotacion de dicho rodillo 10 y comprende una porcion central anular de rodadura 10.1 alineada con la superficie exterior del cuerpo 1.1, 1.2 a traves de la abertura 12 del alojamiento 11 y dos porciones laterales anulares 10.2 que se extienden por lo menos parcialmente por debajo de un labio 13 delimitando la abertura 12 del alojamiento 11.

La porcion central anular de rodadura 10.1 tiene aqrn una forma de tambor y las porciones laterales anulares 10.2 presentan aqrn una forma de caperuza esferica.

Bajo una carga muy elevada soportada por la rueda, el labio 13 puede deformarse elasticamente: las porciones laterales anulares 10.2 estan dispuestas para formar una superficie de apoyo para el labio 13 en su estado deformado. De modo ventajoso, las porciones laterales anulares 10.2 comprenden un revestimiento de un bajo coeficiente de friccion, facilitando el deslizamiento del labio 13 sobre las porciones laterales anulares 10.2.

El espacio entre el borde del labio 13 et la porcion central anular de rodadura 10.1 esta reducido, lo que permite limitar la resistencia a la rodadura y el ruido.

El apoyo proporcionado a los labios por las porciones laterales anulares permite tener unos labios relativamente delgados, sin perjudicar las capacidades de soporte de carga de la rueda.

La invencion tiene como objeto tambien un vehnculo que comprende un chasis soportado por unas ruedas de acuerdo con la invencion.

Con referencia a la figura 8, el chasis 100 del vefnculo tiene sustancialmente una forma de triangulo en cada punta del cual esta montada una rueda conforme al segundo modo de realizacion (las puntas del triangulo estan truncadas aqrn para aumentar la compacidad del vehnculo).

Se encuentra aqrn el estator de cada motor de accionamiento 30 que esta sujetado en el chasis 100 a traves de un dispositivo, no representado, de orientacion de las ruedas con respecto al chasis. De modo mas preciso, los estatores estan montados aqrn sobre unas pletinas que estan montadas de manera giratoria sobre el chasis alrededor de un eje perpendicular al plano del chasis y cada una de las cuales esta asociada a un motor permitiendo la orientacion de las ruedas con respecto al chasis.

La fijacion de las ruedas en el chasis esta conocida por si, asf como el mando de las mismas.

En una variante, tal como esta representada en la figura 9, el chasis 100 del vehnculo tiene sustancialmente una forma de cuadrado en cada punta del cual esta montada una rueda de acuerdo con el segundo modo de realizacion (las puntas del cuadrado estan truncadas aqrn para aumentar la compacidad del vehnculo).

Por supuesto, la invencion no esta limitada a los modos de realizacion descritos, sino abarca toda variante que entra en el campo de la invencion tal como se define por las reivindicaciones.

En particular, en el primer modo de realizacion, es posible proveer un activador para desplazar los petalos entre su 5 posicion nivelada y su posicion replegada de tal manera que se provoca un alejamiento progresivo de los petalos frente al arbol de accionamiento a medida que avanza la rotacion de la rueda y un plegado hacia debajo de los petalos despues del paso del arbol de accionamiento.

El vetnculo puede tener una estructura diferente de la descrita y disponer por ejemplo de un chasis de forma circular.

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   REIVINDICACIONES

   1. Rueda esferica comprendiendo un primer cuerpo (1.1) y un segundo cuerpo (1.2) que son esencialmente hemisfericos y estan montados coaxialmente el uno al otro, para girar alrededor de un eje de soporte (2), estando los cuerpos separados por un espacio intermedio (3) en el cual se extiende un arbol (6) que tiene un extremo conectado fijamente con el eje de soporte y un extremo que sobresale de los cuerpos, caracterizada por el hecho de que se extiende en el espacio intermedio al menos un elemento (7, 17) que continua al menos una porcion de la superficie exterior de los cuerpos.
2. 2. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 1, en la cual el arbol (6) esta conectado con un medio de motorizacion.
3. 3. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 1, en la cual el elemento de continuidad es un petalo (7) articulado en un borde circular (5.1) del primer cuerpo (1.1) para ser movil entre una posicion nivelada en la cual se extiende hacia el segundo cuerpo (1.2) en el espacio intermedio (3) y una posicion replegada en la cual se aleja del espacio intermedio.
4. 4. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 3, comprendiendo unos elementos de continuidad en forma de petalo (7) que se extienden a partir de cada uno de los cuerpos (1.1, 1.2).
5. 5. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 3, en la cual el petalo (7) en posicion nivelada se apoya sobre el borde circular (5.2) del segundo cuerpo (1.2).
6. 6. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 3, en la cual el arbol (6) tiene su porcion de extremo conectada con el eje de soporte (2) conformada de tal manera que arrastra el elemento de continuidad (7) desde su posicion nivelada hasta su posicion replegada, y el elemento de continuidad (7) esta conectado con el cuerpo en el cual esta articulado, a traves de un elemento (8) de reajuste elastico para retroceder a la posicion nivelada.
7. 7. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 3, en la cual el petalo (7) tiene una forma sustancialmente trapezoidal que presenta una gran base y el petalo esta articulado en el cuerpo (1) a traves de su gran base.
8. 8. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 1, en la cual el elemento de continuidad es un rodillo (17) montado en el espacio intermedio (3) para girar alrededor de un eje paralelo al eje de soporte (2), presentando una superficie exterior que esta alineada con la superficie exterior de los cuerpos (1).
9. 9. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 8, en la cual el rodillo (17) esta montado en una articulacion ahorquillada que se extiende en el espacio intermedio (3) y que esta conectada en rotacion con el arbol (6).
10. 10. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 1, comprendiendo unos rodillos (10) montados en un alojamiento (11) realizado en cada cuerpo en cada extremo del eje de soporte (2) de tal manera que cada uno de estos rodillos tiene una porcion de superficie exterior alineada con la superficie exterior del cuerpo a traves de una abertura (12) del alojamiento, estando los rodillos montados para girar alrededor de un eje de rotacion ortogonal con respecto al eje de soporte (2) y al arbol (6).
11. 11. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 10, en la cual la superficie exterior de cada rodillo (10) tiene sustancialmente una forma de revolucion alrededor del eje de rotacion de dicho rodillo y comprende una porcion central anular de rodadura (10.1) alineada con la superficie exterior del cuerpo a traves de la abertura del alojamiento y dos porciones laterales anulares (10.2) que se extienden al menos parcialmente por debajo de un labio (13) delimitando la abertura (12) del alojamiento (11).
12. 12. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 11, en la cual el labio (13) es capacitado de deformarse elasticamente y las porciones laterales anulares (10.2) forman una superficie de apoyo para el labio en su estado deformado.
13. 13. Rueda de acuerdo con la reivindicacion 12, en la cual las porciones laterales anulares (10.2) comprenden un revestimiento con un bajo coeficiente de friccion.
14. 14. Vehnculo comprendiendo un chasis soportado por unas ruedas de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.