DESCRIPCIÓN

Campo de la técnica La presente invención concierne a una rueda omnidireccional, la cual es útil como rueda motriz para un móvil omnidireccional, entendiéndose como móvil omnidireccional un cuerpo capaz de moverse en cualquier dirección en relación con una superficie de soporte, ya sea plana o tridimensional. La presente invención también concierne a un móvil omnidireccional que hace uso de tal rueda omnidireccional. Antecedentes de la invención

El documento JP 2007210576 A, de Tadakuma, da a conocer una rueda omnidireccional que comprende un cuerpo de soporte fijado a un árbol motor que puede ser accionado para girar junto con dicho cuerpo de soporte alrededor de un eje de giro de rueda, y dos cuerpos de rodadura conectados al cuerpo de soporte de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de un eje de giro libre común, perpendicular a dicho eje de giro de rueda. Los mencionados dos cuerpos de rodadura tienen unas respectivas superficies de rodadura semiesféricas que rodean parcialmente el cuerpo de soporte y que tienen un radio de curvatura constante común y un centro geométrico común situado en una intersección de dicho eje de giro libre con el eje de giro de rueda. Los dos cuerpos de rodadura tienen además unos respectivos bordes circunferenciales opuestos separados por un espacio circunferencial a través del cual está instalado dicho árbol motor.

Pare evitar la imposibilidad de girar que tendría cualquiera de dichos dos cuerpos de rodadura cuando su superficie de rodadura semiesférica estuviera en contacto con una superficie de soporte en un punto correspondiente a su polo, es decir, con el mencionado eje de giro libre dispuesto en una posición perpendicular a un plano tangente a dicha superficie de soporte en el punto de contacto, y la rueda fuera empujada en cualquier dirección paralela a dicho plano tangente, el citado documento JP 2007210576 A propone una realización en la que los dos cuerpos de rodadura tienen unas respectivas regiones polares truncadas en las que están instalados dos respectivos rodillos polares conectados al cuerpo de soporte de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de respectivos ejes de giro polares perpendiculares al eje de giro libre y comprendidos en un plano medio perpendicular al eje de giro de rueda y que también comprende dicho centro geométrico. Los mencionados dos rodillos polares tienen unas respectivas superficies en forma de tonel, cada una de las cuales tiene una generatriz en forma de arco que tiene el radio de curvatura común y el mismo centro geométrico que las superficies de rodadura semiesféricas. No obstante, en esta realización del citado documento JP 2007210576 A aún persiste un inconveniente relacionado con una falta de continuidad en las superficies de rodadura semiesféricas en el mencionado espacio circunferencial entre los bordes circunferenciales opuestos de los respectivos cuerpos de rodadura, el cual es necesario para permitir el paso del árbol motor, puesto que esta falta de continuidad produce irregularidades indeseadas en la rodadura cuando la rueda gira alrededor del eje de giro de rueda.

Este mismo documento JP 2007210576 A propone una solución al mencionado inconveniente de falta de continuidad en las superficies de rodadura semiesféricas aportando otra realización en la que el árbol motor se conecta al cuerpo de soporte mediante una horquilla provista de dos brazos planos y delgados instalados a través del espacio circunferencial en posiciones adyacentes a los bordes circunferenciales opuestos de los respectivos cuerpos de rodadura, y en la que un tercer cuerpo de rodadura está instalado entre los dos brazos de la horquilla y conectado al cuerpo de soporte de manera que pueden girar alrededor del eje de giro libre, teniendo dicho tercer cuerpo de rodadura una superficie de rodadura esférica que tiene el mismo radio de curvatura y el mismo centro geométrico que las superficies de rodadura semiesféricas.

Sin embargo, en esta otra realización del citado documento JP 2007210576 A los brazos de la horquilla, aunque sean delgados, tendrán un grosor que hará necesaria la provisión de espacios circunferenciales entre los bordes circunferenciales opuestos de los tres respectivos cuerpos de rodadura y esto seguirá ocasionando una discontinuidad en las superficies de rodadura esféricas. Además, los mencionados espacios circunferenciales no permiten la instalación de un brazo de soporte independiente del árbol motor para soportar giratoriamente el cuerpo de soporte a una estructura de un móvil omnidireccional o a una estructura que soporta a un móvil omnidireccional.

Exposición de la invención A lo largo de esta descripción, los términos "esférico" y "semiesférico" se usan para designar superficies que tienen todos sus puntos equidistantes de un centro aunque no conformen una esfera o una sem ¡esfera completa. De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención contribuye a solventar los anteriores y otros inconvenientes aportando una rueda omnidireccional que comprende en esencia un cuerpo de soporte, dos cuerpos de rodadura, dos rodillos polares y dos rodillos intermedios. El mencionado cuerpo de soporte está configurado en relación con un eje de giro de rueda, y está provisto de unos medios de fijación para fijar el cuerpo de rueda a un árbol motor coaxial con dicho eje de giro de rueda. El árbol motor puede ser accionado giratoriamente por un motor para hacer girar el cuerpo de soporte alrededor del eje de giro de rueda.

Los mencionados dos cuerpos de rodadura están conectados al cuerpo de soporte de manera que pueden girar libre e independientemente respecto al cuerpo de soporte alrededor de un eje de giro libre común perpendicular a dicho eje de giro de rueda que tiene una intersección con el eje de giro de rueda. Dichos dos cuerpos de rodadura tienen unas respectivas superficies de rodadura semiesféricas que rodean parcialmente el cuerpo de soporte. Estas superficies semiesféricas tienen un radio de curvatura común constante y un centro geométrico común situado en dicha intersección entre el eje de giro libre y el eje de giro de rueda. Los dos cuerpos de rodadura tienen además unas respectivas regiones polares truncadas y unos respectivos bordes circunferenciales separados por un espacio circunferencial intermedio a través del cual está instalado dicho árbol motor.

Los dos mencionados rodillos polares están instalados en dichas regiones polares truncadas de los respectivos cuerpos de rodadura y están conectados al cuerpo de soporte de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de respectivos ejes de giro polares perpendiculares al eje de giro libre y situados en un plano medio perpendicular al eje de giro de rueda que también comprende el centro geométrico común. Cada uno de dichos rodillos polares tiene una superficie en forma de tonel que en su intersección con dicho plano medio define una generatriz en forma de arco que tiene dicho radio de curvatura común y dicho centro geométrico común.

Los dos mencionados rodillos intermedios están instalados en dicho espacio circunferencial intermedio en posiciones opuestas respecto al centro geométrico común y conectados al cuerpo de soporte de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de respectivos ejes de giro intermedios perpendiculares a los ejes de giro polares y comprendidos en dicho plano medio perpendicular al eje de giro de rueda. Cada uno de dichos rodillos intermedios tiene una superficie en forma de tonel que en su intersección con dicho plano medio define una generatriz en forma de arco que tiene dicho radio de curvatura común y dicho centro geométrico común. Con esta disposición, la rueda presenta una virtual continuidad en las superficies de rodadura cuando gira sobre una superficie de soporte alrededor del eje de giro de rueda y cuando es empujada en cualquier dirección sobre dicha superficie de soporte.

Además, la disposición de los rodillos intermedios permite proveer un espacio circunferencial intermedio suficientemente ancho para instalar a través del mismo un elemento estructural de conexión conectado al cuerpo de soporte de manera que puede girar libremente respecto al cuerpo de soporte alrededor del eje de giro de rueda, estando dicho elemento estructural de conexión fijado a una estructura de un móvil omnidireccional o a una estructura que soporta a dicho móvil omnidireccional. Así, las cargas soportadas sobre el móvil omnidireccional son transmitidas desde la estructura al cuerpo de soporte de la rueda o desde el cuerpo de soporte de la rueda a la estructura por el mencionado elemento estructural de conexión, y el árbol motriz queda liberado de la transmisión de cargas.

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención aporta un móvil omnidireccional que comprende una plataforma móvil provista de una superficie inferior, una pluralidad de ruedas omnidireccionales de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención instaladas en una estructura estacionaria sobre las cuales está apoyada por gravedad dicha superficie inferior de la plataforma móvil, y una pluralidad de motores eléctricos controlables electrónicamente conectados operativamente para accionar en giro el árbol motor de cada una de dichas ruedas omnidireccionales.

No obstante, la rueda omnidireccional del primer aspecto de la presente invención también es útil en otros tipos de móviles omnidireccionales, como los que tienen una estructura de vehículo en la que están instaladas una pluralidad de ruedas omnidireccionales dispuestas para rodar sobre una superficie de soporte, y una pluralidad de motores eléctricos controlables electrónicamente conectados operativamente para accionar en giro el árbol motor de cada una de dichas ruedas omnidireccionales.

Breve descripción de los dibujos

Las anteriores y otras características y ventajas se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos que la acompañan, en los que: la Fig. 1 es una vista en perspectiva de una rueda omnidireccional de acuerdo realización del primer aspecto de la presente invención; la Fig. 2 es una vista en sección transversal de la rueda omnidireccional de la Fig. 1 tomada por un plano medio perpendicular al eje de giro de rueda y que contiene el eje de giro libre; la Fig. 3 es una vista en sección transversal de la rueda omnidireccional de la Fig. 1 tomada por el mismo plano medio perpendicular al eje de giro de rueda y que contiene el eje de giro libre, mostrando sus componentes en explosión; la Fig. 4 es una vista en perspectiva de un móvil omnidireccional de acuerdo con una realización del segundo aspecto de la presente invención incluyendo la rueda omnidireccional de la Fig. 1 ; la Fig. 5 es una vista en perspectiva de otro móvil omnidireccional que incluye la rueda omnidireccional de la Fig. 1 ; y la Fig. 6 es una vista en sección transversal de una rueda omnidireccional de acuerdo con otra realización del primer aspecto de la presente invención con un elemento estructural de conexión adicional, tomada por un plano que contiene al eje de giro de rueda y el eje de giro libre. Descripción detallada de unos ejemplos de realización

Las Figs. 1 , 2 y 3 muestran una rueda omnidireccional 20 de acuerdo con una realización de un primer aspecto de la presente invención, la cual comprende un cuerpo de soporte 1 , dos cuerpos de rodadura 3a, 3b, dos rodillos polares 6a, 6b, dos rodillos intermedios 8a, 8b, y otros elementos auxiliares necesarios para su montaje. El mencionado cuerpo de soporte 1 está configurado en relación con un eje de giro de rueda E1 y tiene unos medios de fijación que permiten fijar al cuerpo de soporte 1 un árbol motor 2 en una posición coaxial con dicho eje de giro de rueda E1 . En la realización mostrada, dichos medios de fijación comprenden un agujero 21 coaxial con el eje de giro de rueda E1 y una chavetera 22 en dicho agujero 21 para alojar una chaveta 23, aunque alternativamente los medios de fijación podrían incluir un agujero estriado u otro elemento destinado al mismo fin.

Los dos mencionados cuerpos de rodadura 3a, 3b están conectados al cuerpo de soporte 1 de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de un eje de giro libre E2 común, perpendicular a dicho eje de giro de rueda E1. Para ello, el cuerpo de soporte 1 tiene dos nervios circunferenciales 31 a, 31 b concéntricos con dicho eje de giro libre E2 y formados en lados opuestos del eje de giro de rueda E1 , y cada uno de dichos dos cuerpos de rodadura 3a, 3b tiene una pluralidad de brazos elásticos 32a, 32b, dispuestos mutuamente separados a lo largo de una formación circunferencial, y terminados en unos respectivos elementos de acoplamiento 33a, 33b configurados para acoplarse a presión, por deformación y recuperación elástica de dichos brazos elásticos 32a, 32b, en uno dichos nervios circunferenciales 31 a, 31 b del cuerpo de soporte 1. Cuando los elementos de acoplamiento 33a, 33b de los cuerpos de rodadura 3a, 3b están acoplados a sus respectivos nervios circunferenciales 31 a, 31 b del cuerpo de soporte 1 (Fig. 2), los cuerpos de rodadura 3a, 3b están retenidos respecto al cuerpo base 1 frente a movimientos axiales en la dirección del eje de giro libre E2 pero pueden girar libre e independientemente respecto al cuerpo base 1 alrededor del eje de giro libre E2.

Los dos cuerpos de rodadura 3a, 3b tienen unas respectivas superficies de rodadura semiesféricas 4a, 4b que rodean parcialmente el cuerpo de soporte 1 , unas respectivas aberturas 34a, 34b coaxiales con el eje de giro libre E2 que proporcionan unas regiones polares truncadas 10a, 10b a dichas superficies de rodadura semiesféricas 4a, 4b, y unos respectivos bordes circunferenciales 5a, 5b opuestos coaxiales con el eje de giro libre E2, los cuales, en una situación operativa (Fig. 2) están separados por un espacio circunferencial intermedio G a través del cual está instalado dicho árbol motor 2. Las mencionadas superficies semiesféricas 4a, 4b de ambos cuerpos de rodadura 3a, 3b tienen un radio de curvatura común R constante y un centro geométrico común C situado en una intersección de dicho eje de giro libre E2 con el eje de giro de rueda E1.

Los dos mencionados rodillos polares 6a, 6b están instalados respectivamente en dichas regiones polares truncadas 10a, 10b de los cuerpos de rodadura 3a, 3b y conectados al cuerpo de soporte 1 de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de respectivos ejes de giro polares E3a, E3b perpendiculares al eje de giro libre E2 y comprendidos en un plano medio P (que es el plano del dibujo en las Figs. 2 y 3) perpendicular al eje de giro de rueda E1 y que comprende el centro geométrico común C. Para ello, el cuerpo de soporte 1 tiene un par de horquillas polares 24a, 24b que soportan unos respectivos pasadores 25a, 25b insertados en unos agujeros axiales formados en los rodillos polares 6a, 6b en cooperación con unos casquillos de fricción 26.

Los dos rodillos polares 6a, 6b tienen unas respectivas superficies de rodadura en forma de tonel 7a, 7b que en su intersección con dicho plano medio P definen unas respectivas generatrices en forma de arco que tienen el mismo radio de curvatura común R y el mismo centro geométrico común C que las superficies de rodadura 4a, 4b de los cuerpos de rodadura 3a, 3b. Los dos mencionados rodillos intermedios 8a, 8b están instalados en dicho espacio circunferencial intermedio G en lados opuestos del eje de giro de rueda E1 , y están conectados al cuerpo de soporte 1 de manera que pueden girar libre e independientemente alrededor de respectivos ejes de giro intermedios E4a, E4b perpendiculares a los ejes de giro polares E3a, E3b y comprendidos en dicho plano medio P. Para ello, el cuerpo de soporte 1 tiene un par de horquillas intermedias 27a, 27b que soportan unos respectivos pasadores 28a, 28b insertados en unos agujeros axiales formados en los rodillos intermedios 8a, 8b en cooperación con unos casquillos de fricción 29.

Los rodillos intermedios 8a, 8b también tienen unas respectivas superficies de rodadura en forma de tonel 9a, 9b que en su intersección con el plano medio P definen unas respectivas generatrices en forma de arco que tienen el mismo radio de curvatura común R y el mismo centro geométrico común C que las superficies de rodadura 4a, 4b de los cuerpos de rodadura 3a, 3b.

La Fig. 4 muestra un móvil omnidireccional 50 que comprende una estructura estacionaria 17, una pluralidad de ruedas omnidireccionales 20 como la descrita más arriba en relación con las Figs. 1 , 2 y 3, preferiblemente en número de tres, instaladas en dicha estructura estacionaria 17, y una plataforma móvil 15 provista de una superficie inferior 16 apoyada por gravedad sobre dichas ruedas omnidireccionales 20. Los árboles motores 2 de las ruedas omnidireccionales 20 están orientados en tres direcciones oblicuas entre sí y preferiblemente paralelas a la superficie inferior 16 de la plataforma móvil 15. En la estructura estacionaria 17 están instalados asimismo tres motores eléctricos 18 conectados mecánicamente para accionar los árboles motores 2 de las tres ruedas omnidireccionales 20. Los tres motores eléctricos 18 están controlados independientemente por unos medios de control para hacer girar los respectivos árboles motores 2 en direcciones de giro seleccionadas y a velocidades seleccionadas para hacer avanzar y girar la plataforma móvil 15 que constituye el móvil omnidireccional 40 en cualquier dirección en relación con la estructura estacionaria 17.

La Fig. 5 muestra un móvil omnidireccional 40 constituido por un vehículo que comprende una estructura móvil 12 sobre la cual están instaladas tres ruedas omnidireccionales 20 como la descrita más arriba en relación con las Figs. 1 , 2 y 3. Las tres ruedas omnidireccionales 20 están dispuestas para rodar sobre una superficie de soporte (no mostrada). Los árboles motores 2 de las tres ruedas omnidireccionales 20 están orientados en tres direcciones oblicuas entre sí y preferiblemente paralelas a la superficie de soporte. En la estructura móvil 12 están instalados asimismo tres motores eléctricos 13 conectados mecánicamente para accionar los árboles motores 2 de las tres ruedas omnidireccionales 20. Los tres motores eléctricos 13 están controlados independientemente por unos medios de control para hacer girar los respectivos árboles motores 2 en direcciones de giro seleccionadas y a velocidades seleccionadas para hacer avanzar y girar el vehículo que constituye el móvil omnidireccional 40 en cualquier dirección sobre la superficie de soporte.

La Fig. 6 muestra una rueda omnidireccional 20 según otra realización del primer aspecto de la presente invención, la cual es en todo análoga a la descrita más arriba en relación con las Figs. 1 , 2 y 3 excepto en que el cuerpo de soporte 1 tiene un elemento de conexión para conectarse a un extremo distal de un elemento estructural de conexión 1 1 instalado a través del espacio circunferencial intermedio G, donde dicho elemento estructural de conexión 1 1 tiene un extremo proximal fijado a una estructura, tal como por ejemplo la estructura 17 que soporta la plataforma móvil 15 del móvil omnidireccional 50 de la Fig. 4, aunque alternativamente podría estar fijado a la estructura móvil 12 del vehículo que constituye el móvil omnidireccional 40 de la Fig. 5 o a cualquier otra estructura. El mencionado elemento de conexión entre el cuerpo de soporte 1 y dicho elemento estructural de conexión 1 1 permite un libre giro relativo alrededor del eje giro de rueda E1.

En la realización ilustrada, el elemento estructural de conexión 11 tiene una configuración tubular coaxial con el eje giro de rueda E1 , dentro de la cual se aloja el árbol motor 2. El cuerpo de soporte 1 tiene un manguito porta-cojinetes 35 formado alrededor del agujero 21 en el que se inserta el árbol motor 2. Sobre dicho manguito porta-cojinetes 35 están instalados unos rodamientos 36 acoplados a su vez a una superficie interior del elemento estructural de conexión 11. El árbol motor 2 tiene un resalte perimetral 37 que se apoya contra el manguito porta-cojinetes 35 para posicionar y retener el árbol motor 2 y los rodamientos 36 respecto al cuerpo de soporte 1 en cooperación con un tornillo de sujeción 38 acoplado a un agujero fileteado formado axialmente en el árbol motor 2 y pasado a través de una arandela 39 en contacto con el cuerpo de soporte 1 en un lado del cuerpo de soporte 1 opuesto al manguito porta-cojinetes 35. En el extremo proximal, el elemento estructural de conexión 11 tiene una brida 30 fijada a dicha estructura 17 mediante unos tornillos de fijación 41. El alcance de la presente invención está definido por las reivindicación adjuntas.