CN100343081C - 智能可变直径半步行轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能可变直径半步行轮，由驱动电机、张开电机、双向谐波减速器、连接机构、脚板、左轮毂、内轮毂和右轮毂组成，连接机构、脚板、左轮毂、内轮毂和右轮毂分别为一体成型结构，连接机构分别与脚板、左轮毂、内轮毂和右轮毂连接，双向谐波减速器的右输入端与张开电机的输出轴连接，双向谐波减速器的左输入端与驱动电机的输出轴连接，双向谐波减速器的外壳固定在内轮毂的安装台上，张开电机输出轴与内轮毂的运动一致，内轮毂由驱动电机驱动，由于张开电机的输出轴与内轮毂运动一致，张开电机驱动时，张开电机机壳相对于内轮毂旋转，实现内轮毂、右轮毂和左轮毂的相对旋转。本发明智能可变直径半步行轮通过连接机构与轮毂间的相对运动，实现了轮子直径可变和结构的伸缩。

Description

智能可变直径半步行轮

技术领域

本发明涉及一种步行机构，具体地说，是指一种机械型车辆用智能可变直径半步行轮。

背景技术

步行轮的运动相当于一个多边形轮子的滚动。它滚过地面时留下的不是沟辙，而是一个齿孔(齿孔的形状根据脚板的形状而定)。

步行轮的试验研究证明，步行轮具有跨步方案，明显地减小滚动阻力，改进牵引效率。步行轮的设计技术及理论研究，许多方面需要进一步研究。但首先要研究的仍是轮脚和土壤相互作用的问题。

而这种多边形的滚动不可避免地造成轮心的上下波动。当采用多个半步行轮时，由于很难保证轮心的同步波动，又使车辆本身产生扭动，车辆一旦从软地面转移到硬路面，这种扭动将使人和车辆难以承受，从而使轮子的应用受到一定的限制。

开发一种半步行轮，使其可以根据不同土壤条件，采用不同工作方式：在松软土壤上采用步行轮方式，以获得较小的滚动阻力和较大的驱动力；在硬路面上采用圆形轮子方式以获得良好的平顺性。不同土壤条件下的转换是采用自动控制的方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能可变直径半步行轮，所述智能可变直径半步行轮通过连接机构与轮毂间的相对运动，实现了轮子直径可变和结构的伸缩。本发明半步行轮的结构，可以很好的适应月球表面松软的月壤环境，是一种适用于深空探测车辆用的新型轮系结构。

本发明的一种智能可变直径半步行轮，由驱动电机、张开电机、双向谐波减速器、连接机构、脚板、左轮毂、内轮毂和右轮毂组成，连接机构、脚板、左轮毂、内轮毂和右轮毂分别为一体成型结构，连接机构分别与脚板、左轮毂、内轮毂和右轮毂连接，双向谐波减速器的右输入端与张开电机的输出轴连接，双向谐波减速器的左输入端与驱动电机的输出轴连接，双向谐波减速器的外壳固定在内轮毂的安装台上，张开电机输出轴与内轮毂的运动一致，内轮毂由驱动电机驱动，由于张开电机的输出轴与内轮毂运动一致，张开电机驱动时，张开电机机壳相对于内轮毂旋转，实现内轮毂、右轮毂和左轮毂的相对旋转。

本发明智能可变直径半步行轮的优点：(1)松软地面条件下滚动阻力小，牵引力大，附着性能好；(2)结构紧凑，便于运输；(3)较高的越障能力和通过性；(4)重心低，改善了行驶稳定性；(5)通过姿态调整，提高月球车的越障能力和抗侧倾能力，并且能为科学仪器提供稳定的工作平台；(6)较大的负载能力

附图说明

图1是本发明智能可变直径半步行轮的整体结构图。

图2A是左轮毂结构图。

图2B是右轮毂结构图。

图2C是内轮毂结构图。

图3是连接机构结构图。

图3A是连接机构的另一种结构示意图。

图4是电机与内轮毂、左轮壳和右轮毂的装配图。

图中：  1.左轮毂        11.左轮毂外轮   12.连接孔  13.左轮毂内轮2.内轮毂    21.内轮毂外轮   22.安装台       23.连接孔3.右轮毂    31.内轮毂外轮   32.连接孔       33.凸台体  34.键槽4.连接机构  41.脚板连接板   42.内轮毂连接板            43.左轮毂连接板44.右轮毂连接板             45.水平位连杆              46.第一连杠47.第二连杠 48.第三连杠     49.第一运动点   40.第二运动点5.脚板      6.驱动电机      61.驱动电机机壳             7.张开电机71.键       8.双向谐波减速器                            81.左输入端82.右输入端                 83.外壳

 具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1所示，本发明是一种智能可变直径半步行轮，由驱动电机6、张开电机7、双向谐波减速器8、连接机构4、脚板5、左轮毂1、内轮毂2和右轮毂3组成，连接机构4、脚板5、左轮毂1、内轮毂2和右轮毂3分别为一体成型结构。在本发明中，连接机构4、脚板5、左轮毂1、内轮毂2和右轮毂3采用钛合金进行加工得到各自的形状。驱动电机6和张开电机7为永磁直流力矩电机。

脚板5的两侧边为弧线结构，脚板5连接在连接机构4的脚板连接板41上，连接在连接机构4上的多个脚板5组成一个同圆心圆，收缩时多个脚板5构成一个完整的圆，满足轮式车辆的性能要求；张开时多个脚板5与地面接触形成不连续的车辙，提高了智能可变直径半步行轮在松轮地面条件下的通过性能，同时通过调整各外轮子的直径对智能可变直径半步行轮的姿态进行调整，提高了车辆的稳定性。

请参见图3所示，连接机构4由脚板连接板41、内轮毂连接板42、左轮毂连接板43和右轮毂连接板44构成，脚板连接板41的右边为内轮毂连接板42，脚板连接板41的左边为左轮毂连接板43和右轮毂连接板44，内轮毂连接板42、左轮毂连接板43和右轮毂连接板44的连接端上设有铆接孔，脚板连接板41上设有铆接孔。

请参见图2A所示，左轮毂1上设有左轮毂外轮11和左轮毂内轮13，左轮毂外轮11与左轮毂内轮13之间设有连接孔12，该连接孔12内放置连接柱，通过连接柱使左轮毂1和右轮毂3运动一致；左轮毂外轮11通过铆钉与左轮毂连接板43连接。

请参见图2B所示，右轮毂3上设有石轮毂外轮31和凸台体33，凸台体33上设有三个键槽34，张开电机7的机壳通过键71与凸台体33上的三个所述键槽34实现与右轮毂3的连接，右轮毂外轮31与凸台体33之间设有连接孔32，该连接孔32内放置连接柱，通过连接柱使左轮毂1和右轮毂3运动一致；右轮毂外轮31通过铆钉与右轮毂连接板44连接。

请参见图2C所示，内轮毂2上设有内轮毂外轮21和用于安装双向谐波减速器8的安装台22，双向谐波减速器8的机壳83连接在安装台22的连接孔23上，内轮毂外轮21通过铆钉与内轮毂连接板42连接。

请参见图4所示，双向谐波减速器8的右输入端82与张开电机7的输出轴连接，双向谐波减速器8的左输入端81与驱动电机6的输出轴连接，张开电机7的电机壳通过键71安装在右轮毂3的三个所述键槽34内。双向谐波减速器8的外壳83固定在内轮毂2的安装台22上，张开电机7输出轴与内轮毂2的运动一致，内轮毂2由驱动电机6驱动，由于张开电机7的输出轴与内轮毂2运动一致，张开电机7驱动时，张开电机7机壳相对于内轮毂2旋转，实现内轮毂2、右轮毂3和左轮毂1的相对旋转。

在本发明中，连接机构4也可以采用连杆方式进行组合得到。请参见图3A所示，图中，水平位连杆45的右端连接点与第一连杆46连接，水平位连杆45的两个左端连接点分别与第二连杆47和第三连杆48连接，且第二连杆47和第三连杆48平行，第一连杆46的运动相对于第一运动点49进行，第二连杆47和第三连杆48的运动相对于第二运动点40进行。

本发明智能可变直径半步行轮具有多种用途，特别是星际开发、海底探测、矿井开采以及交战与营救的机器人等。本发明智能可变直径半步行轮应用于月球车轮系与一般应用于月球车轮的优点：

(1)松软地面条件下滚动阻力小，牵引力大，附着性能好

智能可变直径半步行轮滚过松软地面时留下的是不连续的车辙，所以滚动阻力及压实土壤阻力大大减少，不存在推土或拥土阻力；另外，由于步行轮是掘土而不是滚动前进，所以它的附着性能良好，能产生较大的牵引力。而且可以防止轮胎陷入松软土壤里打滑。

(2)结构紧凑，便于运输

本发明的智能可变直径半步行轮可以作为月球车上的轮系结构，月球车在发射状态时，半步行轮子处于最小状态，大大节省了空间。收缩伸展装置，可实现四轮的伸展，发射时，收缩状态节省空间。

(3)较高的越障能力和通过性

半步行轮的轮子直径可变，通过增大轮子直径，提高了越障能力。可以轻松越过20cm～25cm的垂直障碍。

(4)重心低，改善了行驶稳定性。

独特的一体化轮系设计，把重量集中在轮子上，大大降低了月球车的重心，提高了行驶稳定性。

(5)通过姿态调整，提高月球车的越障能力和抗侧倾能力，并且能为科学仪器提供稳定的工作平台

通过对四个轮子直径的分别调整，可以对月球车姿态进行控制，在爬升陡坡时，防止月球车发生侧倾。并且可以为科学探测提供一个稳定的工作平台。

(6)较大的负载能力

装备有智能可变直径半步行轮的月球车相对于其他的月球车，重心较低，重量多集中在轮系中，车体比较稳定，可以搭载更多的有效载荷。

Claims (5)

1、一种智能可变直径半步行轮，其特征在于：由驱动电机(6)、张开电机(7)、双向谐波减速器(8)、连接机构(4)、脚板(5)、左轮毂(1)、内轮毂(2)和右轮毂(3)组成，连接机构(4)、脚板(5)、左轮毂(1)、内轮毂(2)和右轮毂(3)分别为一体成型结构，

所述连接机构(4)由脚板连接板(41)、内轮毂连接板(42)、左轮毂连接板(43)和右轮毂连接板(44)构成，脚板连接板(41)的右边为内轮毂连接板(42)，脚板连接板(41)的左边为左轮毂连接板(43)和右轮毂连接板(44)，内轮毂连接板(42)、左轮毂连接板(43)和右轮毂连接板(44)的连接端上设有铆接孔，脚板连接板(41)上设有铆接孔；

所述左轮毂(1)上设有左轮毂外轮(11)和左轮毂内轮(13)，左轮毂外轮(11)与左轮毂内轮(13)之间设有连接孔(12)，该连接孔(12)内放置连接柱，通过连接柱使左轮毂(1)和右轮毂(3)运动一致；左轮毂外轮(11)通过铆钉与左轮毂连接板(43)连接；

所述右轮毂(3)上设有右轮毂外轮(31)和凸台体(33)，凸台体(33)上设有三个键槽(34)，张开电机(7)的机壳通过键(71)与凸台体(33)上的三个所述键槽(34)实现与右轮毂(3)的连接，右轮毂处轮(31)与凸台体(33)之间设有连接孔(32)，该连接孔(32)内放置连接柱，通过连接柱使左轮毂(1)和右轮毂(3)运动一致；右轮毂外轮(31)通过铆钉与右轮毂连接板(44)连接；

所述内轮毂(2)上设有内轮毂外轮(21)和用于安装双向谐波减速器(8)的安装台(22)，双向谐波减速器(8)的机壳(83)连接在安装台(22)的连接孔(23)上，内轮毂外轮(21)通过铆钉与内轮毂连接板(42)连接；

所述脚板(5)的两侧边为弧线结构，脚板(5)连接在连接机构(4)的脚板连接板(41)上，连接在多个连接机构(4)上的多个脚板(5)组成一个同圆心圆；

所述双向谐波减速器(8)的右输入端与张开电机(7)的输出轴连接，双向谐波减速器(8)的左输入端与驱动电机(6)的输出轴连接，张开电机(7)的电机壳通过键(71)安装在右轮毂(3)的三个所述键槽(34)内；双向谐波减速器(8)的外壳(83)固定在内轮毂(2)的安装台(22)上，张开电机(7)输出轴与内轮毂(2)的运动一致。

2、根据权利要求1所述的智能可变直径半步行轮，其特征在于：连接机构(4)、脚板(5)、左轮毂(1)、内轮毂(2)和右轮毂(3)采用钛合金加工。

3、根据权利要求1所述的智能可变直径半步行轮，其特征在于：驱动电机(6)和张开电机(7)为永磁直流力矩电机。

4、根据权利要求1所述的智能可变直径半步行轮，其特征在于：连接机构(4)采用连杆机构组成，所述连杆机构的水平位连杆(45)的右端连接点与第一连杆(46)连接，水平位连杆(45)的两个左端连接点分别与第二连杆(47)和第三连杆(48)连接，且第二连杆(47)和第三连杆(48)平行，第一连杆(46)的运动相对于第一运动点(49)进行，第二连杆(47)和第三连杆(48)的运动相对于第二运动点(40)进行。

5、根据权利要求1所述的智能可变直径半步行轮，其特征在于：所述可变直径半步行轮适用于月球车的轮系结构。

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