CN102795253B - 二自由度越障爬楼梯行星轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二自由度越障爬楼梯行星轮，所属技术领域是涉及一种电机驱动轮装置，可以适应多种障碍路面和爬楼梯台阶的轮系，主要解决现有三星轮不能用电动机很好的驱动的现状。该轮系由六个轮子(1)均布在两块平行的正六边形板(3)的六个角处，两块正六边形板(3)中间穿有一轴，为Ⅰ轴(4)，可相对两板转动，通过齿轮将正六边形板(3)和轮子(1)联系在一起使其有两个自由度，即有两种运动方式，它能根据不同地形情况自动选择其运动方式。平地行走时，有两个轮子(1)与地面接触，正六边形板(3)相对地面不转动，轮子(1)相对地面转动而使车体运动；越障或翻越楼梯台阶时，与地面接触的轮子(1)相对地面不转动，而正六边形板相对地面转动，实现翻越动作。其主要用于多路障路面及爬楼梯时的负重装置轮系的选择。

Description

二自由度越障爬楼梯行星轮

技术领域

本发明具有两个自由度并通过合理设计将两个自由度转换成两个运动方式，它是一种能遇到障碍或楼梯自动转换运动方式的行星轮。

背景技术

目前，有一种用于拖运行李物品的楼梯车，其由两个三星轮和支架组成。三星轮是有三个轮子分别固定在Y型支架末端，轮子可以在星型支架上转动，星型支架可在车体上转动。由于对轮子本身输入动力不便，故这种楼梯车只能靠人力拖动。即使用电动机驱动Y型支架，在平地运行时也不平稳，产生很大振动，而且上楼梯所需力矩很大，对电机要求较高。若对Y型末端轮子单独安装电机，不仅需要电机数量较多，安装困难，而且只能在平地运行有作用，上楼梯需要其他动力。总之，该星型轮不能很好地用电机驱动使得在平地和上楼梯协调动作，只能靠人力拖拽，费时费力。

发明内容

为了克服现有三星轮不能用电动机很好的驱动，本发明提供一种轮子，它用电机驱动，既能在平地运行，而且在遇到障碍或楼梯台阶时，能很好的做出翻越动作。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在两块形状大小相同的正六边形板中心处分别打孔、安装轴承，并将两块正六边形板平行的安装在一根轴上，此处轴成为I轴，两块正六边形板可以在I轴上转动。在两块正六边形板的六个角处打孔、装轴承，并把六根小轴安装在两板之间，小轴可以相对正六边形板转动，此处小轴称为III轴，所有III轴上用键固定一个轮子，两块正六边形板用螺栓固定使其间距稍大于轮子厚度。在一块正六边形板的外边安装齿轮，所有III轴分别用键固定一齿轮，此处齿轮称为齿轮c，再把三个齿轮用轴承安装在固定在六边形板的三根轴上，此处轴称为II轴，齿轮称为齿轮b，三根II轴互成120度并在每两根III轴的连线的垂直平分线上使每一个齿轮b与两个齿轮c相啮合。再把一齿轮用轴承安装在I轴上，此处齿轮称为齿轮a。如果有动力输入到齿轮a，它既可以将动力传递到轮子上，又可以将动力传到正六边形板上。若固定正六边形板，则动力传到轮子上；若固定轮子，则动力传到正六边形板上。在平地上时，有两个轮子与地面接触，即有两个力作用在正六边形板上使六边形的一边始终与地面平行，所以正六边形板相当于固定在I轴上，此时，动力传到轮子上，轮子转动使车体运动。当遇到障碍或楼梯台阶时，小轮子受很大阻力而不能相对地面转动，从而迫使正六边形板转动，从而达到翻越障碍或上台阶的目的。

本发明有益效果是：将动力输入整个轮系统时，它可以根据受阻力情况即地形情况自动选择运动方式，协调分配动力。载体板设计为正六边形可适应高度不同的台阶。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的原理简图。

图2是本发明的构造图。

图3是本发明翻越小台阶的运动过程解析图。

图4是本发明翻越大台阶的运动过程解析图。

具体实施方式

在图1中，平地上运动时，正六边形板(3)固定不动，电动机(10)将动力传到动力输入齿轮(11)，再传到齿轮a(8)，再传到齿轮b(6)，再传到齿轮c(5)，再传到III轴(2)，最后传到轮子(1)上,即可实现轮子转动。在越障或攀爬楼梯台阶时，轮子(1)相对地面不转动，不影响运动分析，可视为轮子(1)相对正六边形板(3)不转动，故III轴(2)、齿轮c(5)、齿轮b(6)、齿轮a(8)也没有相对转动，即可它们当作一个整体，视为一个大六角轮。所以动力从电动机经动力齿轮(11)传到大六角轮，最终实现翻越障碍或台阶的动作。另外，齿轮b(6)安装在II轴(7)上，I轴(4)固定在车体(9)上。

在图2中，电动机和动力输入齿轮未画出。齿轮a(8)既与三个齿轮b(6)啮合，也与动力输入齿轮啮合，为了满足布局传动关系，齿轮b(6)是由两个大小不同的齿轮合在一起的连体齿轮，每个齿轮b(6)与两个齿轮c(5)啮合。平地运动时，有两个轮子(1)与地面接触，正六边形板(3)固定不动，轮子(1)转动即可实现车体运动。翻越障碍或台阶时，轮子、齿轮和轮子可视为一个整体，可绕I轴(4)转动即可实现翻越动作。将载体板做成正六边形主要是因为在越障或爬楼梯时相对于边数小于6的类似二自由度行星轮更省力和便于布局设计。若电机满足动力要求载体板做成其他正多边形亦可。

在图3中解析翻越小台阶运动过程。这里的小台阶是指两小轮着地时台阶高度小于地面到I轴的距离的台阶。运动状态4.1是本发明刚刚接触到台阶，在此之前的运动为平地运动，即正六边形板与地面不发生相对转动，小轮子与地面相对运动；运动状态4.1后，由于传到小轮子上的动力不足使小轮子与台阶面发生相对运动，故运动状态4.1到运动状态4.2之间的运动时,正六边形板等(以正六边形板为载体板的所有零部件)绕I轴纯转动；当正六边形板等转过一定角度后，传到小轮子上的动力可使小轮子与台阶面发生相对运动，此时只有一个小轮子与台阶面接触，故运动状态4.2到运动状态4.3是小轮子与台阶面相对运动；又由于在与台阶面接触的两个小轮子未达到水平之前，作用在台阶面上，作用在两个小轮子上的力使正六边形板绕I轴转动，故此过程即运动状态4.3到运动状态4.4的运动过程既有小轮子与台阶面的相对运动，又有正六边形板等绕I轴的转动；运动状态4.4之后，与台阶面接触的两个小轮子重新水平，即回到平地运动。上述即为翻越一个台阶的运动过程。

图4是翻越大台阶的运动过程图。类似地，大台阶是指两小轮着地时高度大于地面到I轴的距离而小于地面到上面两个小轮的距离的台阶。本发明刚刚与台阶接触的运动状态4.5到运动状态4.6之间的运动是轮子相对台阶垂直面向下运动，而正六边形板等绕I轴转动，直到上面的小轮接触到台阶的水平面。接下来的过程即从运动状态4.6到运动状态4.9与图3中的运动状态4.1到运动状态4.4运动过程相似。

Claims (3)

1.二自由度越障爬楼梯行星轮，是由六个轮子均布在两块正六边形板的六个角处，两块正六边形板平行安装在一根轴上，用齿轮、轴、轴承把轮子和正六边形板联系在一起，其特征是：它是一个具有两个自由度的行星轮，用一个动力驱动使其有两种运动状态，并且能根据不同地形情况自动选择其运动方式，正六边形的设计可以使本技术方案适应高度不同的台阶。

2.根据权利要求1的二自由度越障爬楼梯行星轮，其特征是：平地行走时，有两个轮子与地面接触，正六边形板相对地面不转动，轮子相对地面转动而使车体运动，越障或翻越楼梯台阶时，与地面接触的小轮子相对地面不转动，而正六边形板相对地面转动，实现翻越动作。

3.根据权利要求1的二自由度越障爬楼梯行星轮，其特征是：不仅限于正六边形板和六个轮子，由其它n边形板和n个轮子也能用同样的原理构成二自由度行星轮。