CN101954836A - 一种自动适应路面的变径车轮 - Google Patents

Abstract

一种自动适应路面的变径车轮，包括构成车轮的多个外轮片、多个内轮片，多个连杆轮片，多个内轮片的中部均设有一个固定于中心轮毂圆周上的伸缩支撑杆，中心轮毂两侧端面上设有与每个内轮片相连的多个曲柄滑块机构，并设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置，曲柄滑块机构的连杆一端与内轮片以转动副连接，另一端与曲柄以转动副连接。解决了车轮越障性能与体积结构约束之间的矛盾，有效提高了车轮的适应性能，解决了现有车轮在井下、行星表面或其他复杂路面环境中存在的问题。该车轮通过控制伺服电机驱动曲柄转动一定角度，由曲柄滑块机构并联带动片内轮片沿径向扩张或收缩，从而实现轮径连续可变。可实现扩径越障、步履越障、包容越障等，增强了车轮对不同路面的适应性和灵活性。

Description

一种自动适应路面的变径车轮

技术领域

本发明涉及一种变直径车轮，尤其是一种适用于凹凸不平复杂路面环境中自动适应的变径车轮。

背景技术

在井下、行星表面或其他复杂路面环境中，对车体的适应性和灵活性提出了更高的要求。目前国内普遍采用的刚性定半径车轮，在平整的硬质路面可以运行自如，但在凹凸不平的复杂路面，车轮则会受到冲击且平稳性差，尤其在沼泽、沙地等松软地面，又容易产生不同程度的打滑或沉陷，影响车体的运行。为解决这一难题，近几年出现大量充气轮胎和腿式，履带式车轮，但这类新型车轮多数只能在特定的地形条件下运行，应用范围小，仍然不能满足人们的需要。

邓宗全、高海波等研究的探测车弹性可自动伸缩变直径车轮，以及高峰、崔莹等研究的可变直径轮，通过控制轮径的变化，可变直径轮在有轮缘和无轮缘之间变换，有效适应多种特殊地面环境。但是这种变径方法驱动复杂，实现的变径范围小，大径状态下轮缘不平整。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服已有技术中的不足，提供一种结构紧凑、适应性强、灵活性高的自动适应路面的变径车轮。

技术方案：本发明的变直径车轮，包括构成车轮的多个外轮片，多个外轮片之间设有与其个数相同的多个内轮片，多个外轮片与多个内轮片之间铰接有使车轮变径的连杆轮片，多个内轮片的中部均设有一个固定于中心轮毂圆周上的伸缩支撑杆，中心轮毂端面上设有与每个内轮片相连的多个曲柄滑块机构，并设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置，曲柄滑块机构的连杆一端与内轮片以转动副连接，另一端与曲柄以转动副连接。

所述的多个外轮片和多个内轮片的个数相同，均为3～8个；所述的伸缩支撑杆由I连杆、II连杆、III连杆套合组成。

有益效果：本发明提高了车轮的适应性能，有效解决了现有车轮在井下、行星表面或其他复杂路面环境中存在的问题。该车轮通过控制电机驱动曲柄转动的角度，由曲柄滑块机构并联带动片内轮片沿径向扩张或收缩，从而实现轮径连续可变。在变径过程中体现了普通车轮所不具备的多种优越性能，可实现扩径越障、步履越障、包容越障等，增强了车轮对不同路面的适应性和灵活性。多个曲柄合并为一个构件，结构对称，位于机架中心，多个独立的曲柄滑块单元运动过程中互不干扰，有效节省了空间。具体优点如下：

(1)在机架与内轮片之间安装与内轮片数量相同的曲柄滑块机构，充分利用了车轮内部空间，由滑块带动内轮片径向运动，最终实现变直径车轮的轮径连续可变。

(2)仅由一个电机驱动，驱动与控制简单可靠，且车轮具有1～2.1倍的轮径连续变化。

(3)小径工作状态下成普通的刚性车轮，适用于平稳路面、运输空间小的情况；大径状态下轮缘仍连续且具有较高的轮缘平整度，可抵抗下沉，越过较高的障碍，用于路面复杂场合，有效增强了越障能力。

(4)变径过程中外轮片具有多自由度，使刚性车轮轮缘赋予自由度柔性化，从而使刚性车轮具有一定的自适应地面的特性，采用包容越障、步履越障及扩径越障等方法在路面上行驶，可起到缓冲吸振的作用，多自由度的复杂性给车轮的性能与应用留下广阔的空间。

(5)可应用于滩涂、沼泽、沙地等特殊路面的车辆，以及救灾机器人、行星探测车等。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的径向结构剖视示意图。

图3是本发明的小径状态下的结构示意图。

图4是本发明的大径状态下的结构示意图。

图中：1-外轮片，2-连杆轮片，3-内轮片，4-I连杆，5-II连杆，6-III连杆，7-伸缩支撑杆，8-连杆，9-曲柄，10-变径轮轴，11-中心轮骰，12-驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

图1图2所示，本发明的自动适应路面的变直径车轮，主要由构成车轮的多个外轮片1，多个外轮片1之间设有与其个数相同的多个内轮片3，多个外轮片1与多个内轮片3之间铰接有使车轮变径的连杆轮片2，多个内轮片3的中部均设有一个固定于中心轮毂11圆周上的伸缩支撑杆7，伸缩支撑杆7由三节连杆套合组成，分别为，所述的伸缩支撑杆7由I连杆4、II连杆5、III连杆6套合组成。多个外轮片1和多个内轮片3的个数相同，均为3～8个。中心轮毂11端面上设有与每个内轮片3相连的多个曲柄滑块机构，多个曲柄滑块机构的个数与内轮片3的个数相同，每个曲柄滑块机构的连杆8一端与内轮片3以转动副连接，另一端与曲柄10以转动副连接。中心轮毂11端面上设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置12，驱动装置12包括电动机、蜗轮蜗杆传动机构，蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆与电动机输出轴相连，蜗轮固定在变径轮轴10上。

附图中所示的变径轮由六个外轮片1、六对连杆轮片2、六个内轮片3、六曲柄滑块机构、中心轮骰11及驱动装置12组成，六个外轮片1和六个内轮片3均呈工字形，内外轮片工字形相对的凹槽中铰接有呈工字形的连杆轮片2，连杆轮片2两侧经销轴分别穿套在内外轮片上，六个外轮片以变径轮轴10的轴心为圆心，彼此成60°中心对称分布，构成小径状态下的轮缘，与伸缩支撑杆7相连接的六个内轮片彼此成60°中心对称，收缩于六个外轮片内侧。六对连杆轮片2分别以转动副连接六个内轮片3和六个外轮片1。

中心轮骰11为柱形，设在变径轮轴10上，中心轮骰11径向对称分布有六个设置伸缩支撑杆7的凹槽；六个曲柄滑块机构的连杆8连接在内轮片3上，与连杆8相连的曲柄连接在变径轮轴10上，小径状态下伸缩支撑杆7的I连杆4、II连杆5、III连杆6重叠，收缩于轮体内，变径过程中，I、II、III三个连杆随内轮片3的变化而伸长，曲柄滑块机构中的连杆8一端与内轮片3以转动副连接，另一端与曲柄9以转动副连接。六个曲柄9结构对称，位于中心轮骰11上。

六个曲柄滑块机构对称分布在中心轮毂的两侧，一边三个，分两层布置，第一个曲柄滑块机构的连杆处于第一层，第二、三个曲柄滑块机构连杆处于第二层，曲柄9通过内耳与传动轴10连接，由此实现曲柄滑块机构的并联。

工作原理：变直径车轮正常行驶时为小径状态(图3所示)，此时六对连杆轮片2及六个内轮片3收缩在外轮片1内，当遇到凹凸不平、松软的路面环境时，由电机控制六个曲柄滑块机构中的曲柄9转动适当的转角，六个曲柄9通过转动副带动内轮片3传递运动。当六个曲柄9带动六个结构相同的连杆8同时向六片结构相同的内轮片3传递运动时，六个内轮片3将沿轮径方向定向直线运动，六个内轮片3同时推动六对连杆轮片2和六个外轮片1扩展，实现车轮的直径逐渐变大，当六个曲柄9近似转过180°、车轮轮径扩展达到最大径状态的最大位置时(图4所示)，越过障碍后在平整的硬质路面行驶，同样通过电机控制六曲柄反方向转动使轮径变小，以减小空间、提高行驶速度。

Claims (3)

1.一种自动适应路面的变直径车轮，其特征在于：它包括构成车轮的多个外轮片(1)，多个外轮片(1)之间设有与其个数相同的多个内轮片(3)，多个外轮片(1)与多个内轮片(3)之间铰接有使车轮变径的连杆轮片(2)，多个内轮片(3)的中部均设有一个固定于中心轮毂(11)圆周上的伸缩支撑杆(7)，中心轮毂(11)端面上设有与每个内轮片(3)相连的多个曲柄滑块机构，并设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置(12)；曲柄滑块机构的连杆(8)一端与内轮片(3)以转动副连接，另一端与曲柄(10)以转动副连接。

2.根据权利要求1所述的自动适应路面的变直径车轮，其特征在于：所述的多个外轮片(1)和多个内轮片(3)的个数相同，为3～8个。

3.根据权利要求1所述的自动适应路面的变直径车轮，其特征在于：所述的伸缩支撑杆(7)由I连杆(4)、II连杆(5)、III连杆(6)套合组成。

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