CN102275457A - 一种切换式多叶片越障轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切换式多叶片越障轮，它包括主动轮和随动轮，所述主动轮固定在动力轴上使之与动力轴一起转动，所述随动轮通过轴承套在动力轴上，主动轮和随动轮通过自动回弹装置连接在一起，所述主动轮和随动轮为形状相似的多叶片叶轮，主动轮和随动轮叶片交叉安装，当随动轮受到外力作用时，主动轮和随动轮的叶片重叠，当随动轮不受外力作用时，随动轮在自动回弹装置的作用下自动回到安装初始位置拼接成圆形状，主动轮/随动轮上设有凹槽，相对应在随动轮/主动轮上设有挡杆，凹槽一端打开，另一端封闭，随动轮相对主动轮转动时挡杆在凹槽内滑动。本发明结构简洁可靠、效率高、地表适应性好、越障能力强的切换式多叶片越障轮，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面行走的移动设备使用。

Description

一种切换式多叶片越障轮

技术领域

本发明属于移动机器人和越障车领域，具体涉及一种切换式多叶片越障轮。

背景技术

随着我国航空航天、探险救援、消防排爆、核能工业、军事侦察等众多领域的快速发展，迫切需要一种能在野外环境和复杂地形(如矿难现场、地震废墟)中自由行走和越障的移动机器人。现有移动机器人的行走机构大致可分为：轮式、履带式、多足式、混合式(如轮履混合式、轮腿混合式)和特殊形式(如蛇形滑动式、多边形翻滚式)。其中多足式和特殊形式大多属于仿生类行走机构，具有很强的越障能力与地形适应性，但这两类行走机构的机械结构复杂、控制难度极大、机动性相对较差，目前正处于研究与开发应用的初级阶段。履带经过一百多年的发展已经被证明是一种能适应复杂地形与恶劣环境的行走机构，不过它的缺点也很明显：笨重、需要大功率驱动器，因此，对于便携式或对功率有严格限制的移动机器人来说履带并不合适。轮子早在三千多年前就已经出现，被认为是能量轮换效率最高的行走机构，轮子具有轻便简洁、高速度、高效率和控制简单等优势使得它经久不衰，近年来出现的万用拖轮(三角轮)、各种越障轮以及轮子与其它形式混合的行走机构使得轮子开始脱离硬质平坦地面而走进复杂地形。

发明内容

    本发明为了克服现有技术的不足，而提供一种结构简洁可靠、效率高、地表适应性好、越障能力强的切换式多叶片越障轮，可供移动机器人、越障车等需要在非平整地面行走的移动设备使用。

本发明采用的技术方案：

一种切换式多叶片越障轮，它包括主动轮和随动轮，所述主动轮固定在动力轴上使之与动力轴一起转动，所述随动轮通过轴承套在动力轴上，主动轮和随动轮通过自动回弹装置连接在一起，所述主动轮和随动轮为形状相似的多叶片叶轮，主动轮和随动轮叶片交叉安装，当随动轮受到外力作用时，主动轮和随动轮的叶片重叠，当随动轮不受外力作用时，随动轮在自动回弹装置的作用下自动回到安装初始位置拼接成圆形状，主动轮/随动轮上设有凹槽，相对应在随动轮/主动轮上设有挡杆，凹槽一端打开，另一端封闭，随动轮相对主动轮转动时挡杆在凹槽内滑动。

上述的主动轮的叶片边缘和随动轮的叶片边缘均设有防滑齿。

上述随动轮相对于主动轮转动的自由度为-π/n－π/n，其中n为主动轮/从动轮叶片数，其大于等于2。

上述n为2或3或4。

上述的自动回弹装置为弹簧、气压缸或记忆合金。

本发明取得的技术效果：

1、本发明结构简单，其由主动轮与随动轮组成，它们外观相似，交叉叠放可形成一个完整圆；每只轮都由多片“叶片”组成，叶片个数越小越障能力越强，叶片个数越大负重能力越强；轮子在行走时可以有叶轮与圆轮两种轮形，并可在两种轮形之间自动切换；在平坦硬质地表上行走时效率接近于普通车轮；遇到障碍物后轮形自动切换，无需控制系统的检测与控制，提高了可靠性与稳定性；越过障碍物后轮形自动切换，无需控制系统的检测与控制，提高了可靠性与稳定性；使机器人或越障车的驱动控制系统简洁高效，越障能力强，地面适应性好；

2、防滑齿的设置能进一步增强其运动性能。

附图说明

图1是本发明主动轮的结构示意图；

图2是本发明随动轮的结构示意图；

图3是本发明叶轮轮形结构示意图；

图4是本发明圆轮轮形结构示意图；

图5是本发明装配后的结构示意图；

图6为本发明装配后的剖视图。

其中，1-主动轮、2-随动轮、3-叶片、4-防滑齿、5-凹槽、6-挡杆、7-自动回弹装置、8-动力轴、9-轴承。

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

参见图1-6，一种切换式多叶片越障轮，它包括主动轮1和随动轮2，主动轮的叶片边缘和随动轮的叶片边缘均设有防滑齿4，所述主动轮固定在动力轴8上使之与动力轴一起转动，所述随动轮通过轴承9套在动力轴上，主动轮和随动轮通过自动回弹装置7连接在一起，所述主动轮和随动轮为形状相似的多叶片叶轮，主动轮和随动轮叶片3交叉安装，当随动轮受到外力作用时，主动轮和随动轮的叶片重叠，当随动轮不受外力作用时，随动轮在自动回弹装置的作用下自动回到安装初始位置拼接成圆形状，所述随动轮相对于主动轮转动的自由度为-π/n－π/n，其中n为主动轮/从动轮叶片数，其大于等于2，优选为2或3或4。主动轮/随动轮上设有凹槽5，相对应在随动轮/主动轮上设有挡杆6，凹槽一端打开，另一端封闭，随动轮相对主动轮转动时挡杆在凹槽内滑动。

本发明由两只外观相似的叶轮组成，分别称为主动轮1与随动轮2。每只叶轮由n片均匀分布的叶片3组成，其中n可取2、3、4等等。叶轮的边缘可以有防滑齿4。

本发明的越障轮有两种轮形：叶轮和圆轮。轮子可根据地面平坦与否在这两种轮形间自动切换，当在较平坦地面行走时为圆轮轮形，遇到障碍物时自动切换成叶轮轮形。

主动轮1与随动轮2同轴心，两只轮交叉安装，叠在一起可拼成一个完整的圆(圆轮轮形)。随动轮2在外力的作用下可绕轴心转动到与主动轮1完全重叠的位置(叶轮轮形)，即随动轮2的转动自由度为：-π/n－π/n。当外力消失后随动轮(2)能自动弹回到初始位置(即圆轮轮形)。

主动轮1与随动轮2通过一个自动回弹装置7连接在一起。该自动回弹装置7的功能是：                                                

当施加于随动轮2的外力较小(或为零)时带动随动轮2旋转，转速与主动轮相同；

当施加于随动轮2的外力变小(或消失)后将原来与主动轮重叠的随动轮(2)能弹回，使越障轮切换成圆轮轮形。该自动回弹装置7可以是弹簧、气压缸、记忆合金等任何能完成这一功能的机构。

参见图1-4，主动轮1上正对随动轮2的一面刻有弧形凹槽5，凹槽5的一端打开，另一端封闭；随动轮2上正对主动轮1的一面与凹槽5对应的地方置有凸起挡杆6。当随动轮2相对于主动轮转动时挡杆6落入凹槽5内滑动，凹槽5的封闭端可控制随动轮2不会转过其转动自由度。也可以将弧形凹槽5开在随动轮2上，将凸起挡杆6置在主动轮1上。

双三叶越障轮的行走原理为：

当装有该轮的移动设备行走在平坦硬质地表时主动轮1与随动轮2呈一个完整的圆轮(圆轮轮形)，行走效率接近于普通车轮。

若是主动轮1先碰到障碍物，首先轮子会在原地旋转直到随动轮2的下一叶卡到障碍物上；其次随动轮2受到障碍物作用力而停止直到主动轮1旋转到两轮完全重叠的位置(叶轮轮形)；最后主动轮1与随动轮2一起旋转越过障碍物。

若是随动轮2先碰到障碍物，首先随动轮2受到障碍物作用力而停止，主动轮在原地旋转；其次主动轮(1)旋转到两轮完全重叠的位置(叶轮轮形)；最后主动轮1与随动轮2一起旋转越过障碍物。

当障碍物已被越过后，随动轮2会在自动回弹装置7的作用下回到圆轮轮形。当行走在柔软地表(如沙滩、泥泞、雪地等)时随动轮2的每一叶总是等到下一个叶轮轮形后与主动轮1一起滚过地面，然后迅速弹回到圆轮轮形。

参见图5、6，安装本发明时，将主动轮1固定在动力轴8上使之与轴一起转动；将随动轮2通过轴承9套在动力轴8上，但不随动力轴8一起转动。主动轮(1)与随动轮(2)通过一个自动回弹装置7连接在一起。

在平坦硬质地表上行走时与普通车轮无异；越障时无需控制系统来检测和控制，该越障轮会根据是否有障碍物自动切换轮子轮形。对于直径相同的轮，当越障能力要求较高时选用叶片少的越障轮，当负载能力要求较高时选用叶片多的越障轮。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种切换式多叶片越障轮，其特征在于：它包括主动轮（1）和随动轮（2），所述主动轮固定在动力轴（8）上使之与动力轴一起转动，所述随动轮通过轴承（9）套在动力轴上，主动轮和随动轮通过自动回弹装置（7）连接在一起，所述主动轮和随动轮为形状相似的多叶片叶轮，主动轮和随动轮叶片（3）交叉安装，当随动轮受到外力作用时，主动轮和随动轮的叶片重叠，当随动轮不受外力作用时，随动轮在自动回弹装置的作用下自动回到安装初始位置拼接成圆形状，主动轮/随动轮上设有凹槽（5），相对应在随动轮/主动轮上设有挡杆（6），凹槽一端打开，另一端封闭，随动轮相对主动轮转动时挡杆在凹槽内滑动。

2.根据权利要求1所述的切换式多叶片越障轮，其特征在于：所述的主动轮的叶片边缘和随动轮的叶片边缘均设有防滑齿（4）。

3.根据权利要求1或2所述的切换式多叶片越障轮，其特征在于：所述随动轮相对于主动轮转动的自由度为-π/n－π/n，其中n为主动轮/从动轮叶片数，其大于等于2。

4.根据权利要求3所述的切换式多叶越障轮，其特征在于：所述n为2或3或4。

5.根据权利要求1或2所述的切换式多叶越障轮，其特征在于：所述的自动回弹装置为弹簧、气压缸或记忆合金。

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