CN102350917A - 可折展组合式越障车轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可折展组合式越障车轮，该车轮包括正常车轮、三个可展轮缘、三个二叉杆及驱动件，正常车轮为圆柱形，每个可展轮缘为弓形，且具有两个轴承孔。三个二叉杆围绕正常车轮的轴心布置，每个二叉杆具有两个自由端及一个弯折部，弯折部可转动地连接于正常车轮的外侧，每个二叉杆的两个自由端分别与其中一个可展轮缘的中心轴承孔及相邻可展轮缘的边缘轴承孔可转动地连接，使三个二叉杆与三个可展轮缘实现联动。驱动件驱动三个二叉杆绕各自的弯折部中心转动，从而带动连接在二叉杆上的可展轮缘的展开和折叠。

Description

可折展组合式越障车轮

【技术领域】

本发明涉及一种车轮，更确切的说，是一种可折展组合式越障车轮。

【背景技术】

各种地面移动机构(轮式、腿式、履带式)在快速性、平稳性、越障性等方面各有长短。虽然轮式移动机构移动快速、平稳，但其越障性能较差。如果能设计出越障性能好的轮式移动机构，那么轮式移动机器人的应用范围将在更大程度上得以提高。

国内外对于移动机器人的移动系统研究比较多，但对于移动机构本身尤其是轮式移动机构的改进方面研究尚处于起步阶段。其中，北京航空航天大学提出了一种适用于可变直径轮的摆动变直径轮架。该轮架由轮辐、弹性变形件和轮脚板组成。弹性变形件安装在轮辐和轮脚板之间，该变直径机构通过两侧的轮辐与中间的轮辐产生相对转动，带动弹性变形件在圆周方向上产生螺旋扭转，使轮脚张开或合拢，从而实现车轮的轮径可变，在中国专利第200910078938.4号中有所述及。中国专利号为200620028478.6阐述了吉林大学研制的复式步行轮机构，该机构适应了沙地等松软的地面，但是由于机构的伸缩比有限，该机构的越障性能不能达到较满意的效果。

另外，北京航空航天大学提出的一种适用于可变直径轮的摆动变径轮架，中国专利第200910078938.4号，结构轻巧，但是由于需要弹性变形件来承受车载因而在地面移动机器人应用中存在着车轮承载能力有限的问题。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种承载能力及伸缩比较高的可折叠组合式越障车轮。

一种可折展组合式越障车轮，包括：

正常车轮，为圆柱形；

三个可展轮缘，每个可展轮缘为弓形，且具有一个轮心及两个轮缘端；

三个二叉杆，围绕所述正常车轮的轴心设置，每个二叉杆具有两个自由端及一个弯折部，所述弯折部可转动地连接于所述正常车轮的外侧，所述每个二叉杆的两个自由端分别与其中一个可展轮缘的轮心及相邻可展轮缘靠近所述二叉杆的轮缘端可转动地连接，使所述三个二叉杆与所述三个可展轮缘实现联动；

驱动件，驱动所述三个二叉杆绕各自的弯折部中心转动。

上述折叠组合式越障车轮的可展轮缘可伸出正常车轮的轮缘外，使得折叠组合式越障车轮的伸缩比较高，车轮直径增大；并且，可展轮缘的刚性好，且采用设于正常车轮上的二叉杆驱动，成封闭联动四边形，其支撑强度高，可大大提高折叠组合式越障车轮的承载能力。因此，上述折叠组合式越障车轮的承载能力及伸缩比较高。

进一步地，所述三个二叉杆围绕所述正常车轮的轴心等间距分布，所述三个可展轮缘可围成与所述正常车轮的轮缘相等的圆。

进一步地，所述三个二叉杆的自由端均通过一个轴承与所述可展轮缘的中心轴承孔及相邻可展轮缘的边缘轴承孔可转动地连接。

进一步地，所述三个可展轮缘均开设有减重孔。

进一步地，所述可折展组合式越障车轮还包括传动机构，所述传动机构包括：

从动齿轮，可转动地连接于所述正常车轮的轴心处；

三叉杆，其中部与所述从动齿轮固定连接，所述三叉杆具有三个自由端；

三个连杆，每个连杆的一个自由端与一个所述可展轮缘的轮心固定连接，另一个自由端与所述三个叉杆的一个自由端可转动地连接；

主动齿轮，可转动地连接于所述正常车轮的一侧，且与所述从动齿轮相啮合，所述驱动件固定在正常车轮上，且其驱动轴与所述主动齿轮固定连接，从而带动所述从动齿轮旋转。

进一步地，所述三叉杆的三个自由端分别与所述连杆的自由端连接。

进一步地，所述三个可展轮缘均开设有减重孔。

进一步地，所述折叠组合式越障车轮还包括传动机构，所述传动机构包括：

三个传动齿轮组，每一个传动齿轮组包括末端齿轮及与所述末端齿轮相啮合的过渡齿轮，所述末端齿轮固定于所述弯折部上，所述过渡齿轮可转动地设于所述正常车轮的一侧；

主动齿轮，可转动地设于所述正常车轮的轴心处，且同时与三个过渡齿轮相啮合，所述驱动件的驱动轴穿设所述正常车轮且与所述主动齿轮固定连接，从而驱动所述主动齿轮旋转。

进一步地，所述折叠组合式越障车轮还包括传动机构，所述传动机构包括：

三个同步带轮，每个同步带轮固定于一个所述二叉杆的弯折部，且可转动地设于所述正常车轮的一侧；

同步带，套设于所述三个同步带轮上，且带动所述三个同步带轮同步转动；

传动齿轮组，其中一个传动齿轮与所述三个同步带轮中的一个相啮合，所述驱动件驱动另外一个传动齿轮转动。

本发明的优点在于：

(1)该车轮实际上是由两部分组成，一部分是可折展车轮一部分是正常车轮，故车轮可在常规路面上稳定快速行走，并且在遇到正常车轮无法跨越的障碍时，可折展车轮展开来帮助辅助跨越障碍。

(2)本发明的折展车轮展开状态改变了常规轮子为圆型的结构，在爬越楼梯等垂直障碍上更能体现出爪型车轮的优越性。

(3)本发明通过抓形和正常车轮的配合有利于提高车轮在草地或沙地等复杂地形下的通过能力。

【附图说明】

图1为本发明实施例一的可折展组合式越障车轮展开状态图；

图2为本发明实施例一的可折展组合式越障车轮折叠状态图；

图3为实施例二的可折展组合式越障车轮的结构示意图；

图4为实施例三的可折展组合式越障车轮的结构示意图。

【具体实施方式】

下面主要结合附图说明本发明的具体实施方式。

参见图1及图2，本实施例的可折展组合式越障车轮100的包括正常车轮110、可展轮缘120、二叉杆130、驱动件140及传动机构150(含主动齿轮157、被动齿轮151、二叉杆155、三叉杆153)；由于该机构呈中心对称布置，可分为三个支链，每个支链由可展轮缘120及与可展轮缘120相连的两个二叉杆130构成；旋转的三叉杆153带动每个连杆155转动，实现可展轮缘120的伸出和折叠。该可折展组合式越障车轮100的运动机构为单自由度，动力由中心的旋转三叉杆提供。

正常车轮110为圆柱形，其一侧的中部设有一个圆形的轮毂111。正常车轮110上开始有多个减重孔113。多个减重孔113围绕轮毂111等间距分布。

在本实施例中，可展轮缘120为三个。每个可展轮缘120为弓形，且具有一个轮心121及两个轮缘端123。轮心121位于可展轮缘120的圆心内侧。两个轮缘端123分别位于可展轮缘120的圆弧的端部。每个可展轮缘120还开设有减重孔125。减重孔125大致为三角形。

在本实施例中，二叉杆130为三个，围绕正常车轮110的轴心设置。每个二叉杆130大致为V形，其具有两个自由端(图未标)及一个弯折部(图未标)。弯折部可转动地连接于正常车轮110的轮毂111的边缘。每个二叉杆130的两个自由端分别与其中一个可展轮缘120的轮心121及相邻可展轮缘120靠近该二叉杆130的轮缘端123可转动地连接，使三个二叉杆130与三个可展轮缘120联动起来。

具体在本实施例中，三个二叉杆130围绕正常车轮110的轴心等间距分布；三个可展轮缘120收缩后可围成与正常车轮110的轮缘相等的圆。

驱动件140驱动三个二叉杆130绕各自的弯折部转动。驱动件140可为伺服电机、步进电机、旋转气缸等。具体在本实施例中，驱动件140为伺服电机。

传动机构150包括从动齿轮151、三叉杆153、三个连杆155及主动齿轮157。从动齿轮151可转动地连接于正常车轮110的轮毂111上，且位于正常车轮110的轴心处。三叉杆153的中部与从动齿轮151的转轴固定连接。三个叉杆153大致为三叉星状，其具有三个自由端(图未标)。每个连杆155的一个自由端与一个可展轮缘120的轮心121固定连接，另一个自由端与三个叉杆153的一个自由端可转动地连接。具体在本实施例中，三叉杆153的三个自由端分别与连杆155的自由端连接。主动齿轮157可转动地连接于正常车轮110的轮毂111上，且与从动齿轮151相啮合。驱动件140的驱动轴穿设正常车轮110，且与所主动齿轮157固定连接，从而驱动从动齿轮151旋转。

当折叠组合式越障车轮100在平坦的路上行驶时，三个可展轮缘120收缩于正常车轮110的一侧，此时，正常车轮110的轮缘与路面接触，从而可在平地上稳定快速行驶。当折叠组合式越障车轮100在诸如乱石堆、沙砾、台阶等特殊地形时，驱动件140驱动主动齿轮157旋转，主动齿轮157与从动齿轮151相啮合从而带动从动齿轮151旋转，从动齿轮151与三叉杆153固定连接而使三叉杆153转动，三叉杆153通过连杆155带动可展轮缘120的轮心121转动，并使二叉杆130联动，二叉杆130与可展轮缘120的一个轮缘端123可转动地连接，从而使可展轮缘120伸出正常车轮110轮缘外，使可展轮缘120与地面接触，正常车轮110悬空。此时，可展轮缘120可轻易越过乱石堆、沙砾、台阶等特殊地形，从而快速地在崎岖的路面行驶。如果将可展轮缘120收缩于正常车轮110的轮缘内，则驱动件140驱动主动齿轮157反向旋转即可。

上述折叠组合式越障车轮100的可展轮缘120可伸出正常车轮110的轮缘外，使得折叠组合式越障车轮100的伸缩比较高；并且，可展轮缘120的刚性好，且采用设于正常车轮110上的二叉杆130驱动，其支撑强度高，可大大提高折叠组合式越障车轮100的承载能力。因此，上述折叠组合式越障车轮100的承载能力及伸缩比较高。

可以理解，二叉杆130不限于三个，也可为三个以上，同时，可设置同样数目的可展轮缘120，并且，三叉杆153可采用四叉杆、五叉杆、六叉杆等替代。三个可展轮缘120收缩时，不限于围成一个与正常车轮110的轮缘相等的圆，只需该可展轮缘120收缩于正常车轮110的轮缘内即可。

可以理解，驱动件140也可为三个，此时，每个驱动件140驱动一个所述二叉杆的弯折部转动。

参见图3，实施例二的折叠组合式越障车轮200与实施例一的折叠组合式越障车轮100基本相似，其不同之处在于：折叠组合式越障车轮200的传动机构250与折叠组合式越障车轮100的传动机构150不相同。传动机构250包括三个传动齿轮组(图未标)及一个主动齿轮257。每一个传动齿轮组包括末端齿轮251及与末端齿轮相啮合的过渡齿轮252。末端齿轮251固定于一个二叉杆230的弯折部上。过渡齿轮252可转动地连接于正常车轮210的一侧。主动齿轮257可转动地连接于正常车轮210的轴心处，且同时与三个过渡齿轮252相啮合。驱动件(图未示)的驱动轴穿设正常车轮210且与主动齿轮257固定连接，从而驱动主动齿轮257旋转。

参见图4，实施例三的折叠组合式越障车轮300与实施例一的折叠组合式越障车轮100基本相似，其不同之处在于：折叠组合式越障车轮300的传动机构350与折叠组合式越障车轮100的传动机构150不相同。传动机构350包括三个同步带轮351、同步带353及传动齿轮组357。每个同步带轮351固定于一个二叉杆330的弯折部，且可转动地连接于正常车轮310的一侧。同步带353连接于三个同步带轮351上，且带动三个同步带轮351同步转动。传动齿轮组357的其中一个传动齿轮与三个同步带轮351中的一个相啮合，驱动件驱动另外一个齿轮357转动。

可以理解，实施例三的同步带轮可替代为链轮。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种可折展组合式越障车轮，其特征在于，包括：

正常车轮，为圆柱形；

三个可展轮缘，每个可展轮缘为弓形，且具有一个轮心及两个轮缘端；

三个二叉杆，围绕所述正常车轮的轴心设置，每个二叉杆具有两个自由端及一个弯折部，所述弯折部可转动地连接于所述正常车轮的外侧，所述每个二叉杆的两个自由端分别与其中一个可展轮缘的轮心及相邻可展轮缘靠近所述二叉杆的轮缘端可转动地连接，使所述三个二叉杆与所述三个可展轮缘实现联动；

驱动件，驱动所述三个二叉杆绕各自的弯折部中心转动。

2.如权利要求1所述的可折展组合式越障车轮，其特征在于，所述三个二叉杆围绕所述正常车轮的轴心等间距分布，所述三个可展轮缘可围成与所述正常车轮的轮缘相等的圆。

3.如权利要求1所述的可折展组合式越障车轮，其特征在于，所述三个二叉杆的自由端均通过一个轴承与所述可展轮缘的中心轴承孔及相邻可展轮缘的边缘轴承孔可转动地连接。

4.如权利要求1所述的可折展组合式越障车轮，其特征在于，所述可折展组合式越障车轮还包括传动机构，所述传动机构包括：

从动齿轮，可转动地连接于所述正常车轮的轴心处；

三叉杆，其中部与所述从动齿轮固定连接，所述三叉杆具有三个自由端；

三个连杆，每个连杆的一个自由端与一个所述可展轮缘的轮心固定连接，另一个自由端与所述三个叉杆的一个自由端可转动地连接；

主动齿轮，可转动地连接于所述正常车轮的一侧，且与所述从动齿轮相啮合，所述驱动件固定在正常车轮上，且其驱动轴与所述主动齿轮固定连接，从而带动所述从动齿轮旋转。

5.如权利要求4所述的可折展组合式越障车轮，其特征在于，所述三叉杆的三个自由端分别与所述连杆的自由端连接。

6.如权利要求1所述的可折展组合式越障车轮，其特征在于，所述三个可展轮缘均开设有减重孔。

7.如权利要求1所述的可折展组合式越障车轮，其特征在于，所述折叠组合式越障车轮还包括传动机构，所述传动机构包括：

三个传动齿轮组，每一个传动齿轮组包括末端齿轮及与所述末端齿轮相啮合的过渡齿轮，所述末端齿轮固定于所述弯折部上，所述过渡齿轮可转动地设于所述正常车轮的一侧；

主动齿轮，可转动地设于所述正常车轮的轴心处，且同时与三个过渡齿轮相啮合，所述驱动件的驱动轴穿设所述正常车轮且与所述主动齿轮固定连接，从而驱动所述主动齿轮旋转。

8.如权利要求1所述的折叠组合式越障车轮，其特征在于，所述折叠组合式越障车轮还包括传动机构，所述传动机构包括：

三个同步带轮，每个同步带轮固定于一个所述二叉杆的弯折部，且可转动地设于所述正常车轮的一侧；

同步带，套设于所述三个同步带轮上，且带动所述三个同步带轮同步转动；

传动齿轮组，其中一个传动齿轮与所述三个同步带轮中的一个相啮合，所述驱动件驱动所述另外一个传动齿轮转动。

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