CN103121375A - 电磁离合式重复折展锁解车轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁离合式重复折展锁解车轮机构，通过电磁离合器吸合与分离实现车轮的折展运动，即离合器吸合时，内传动轴与外螺纹轴同步转动，铰接在滑动螺母上的复合运动式推座沿轴向和周向做复合运动，与其铰接的轮辐推杆在转动平面内做平面复合运动，进而带动固接在轮缘斜块上的滑动轮辐沿径向移动，以实现车轮径向尺寸的调节；当离合器分离时，电磁离合式重复折展锁解车轮机构的轮毂、轮轴、轮辐、轮缘构成一体化的车轮，车轮处于锁定状态，可驱动车轮转动以实现其行驶功能。本发明能够根据不同地形状况实现车轮径向尺寸大小的有效调节，克服现有移动越障机器人车辆对非结构化复杂地形适应能力较差的缺陷，有效提高车轮的地形适应性。

Description

电磁离合式重复折展锁解车轮机构

技术领域

本发明涉及一种重复折展锁解车轮机构，具体地涉及一种通过调节车轮径向尺寸大小来提高轮式车辆越障性能的电磁离合式重复折展锁解车轮机构。

背景技术

复杂地形轮式移动机器人车辆可应用于星球探测、军事侦察和灾险搜救等领域，运行环境大多为复杂的、非结构化地形。为满足移动探测车高机动性、强环境感知和快速反应的性能要求，车轮作为机器人车辆移动系统的执行部件，其构型和尺寸对轮式移动机器人的驱动、转向、非结构化地形适应性具有较大影响。目前轮式移动机器人车辆所采用车轮虽已具备较强的驱动性能和一定越障能力，但对于多变的复杂地形适应能力均较差。为改善复杂地形移动机器人车辆对非结构化环境的适应性，提高车轮的行驶效率，需要设计能够根据不同地形状况来实现车轮径向尺寸可调节的车轮机构。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种电磁离合式重复折展锁解车轮机构，可根据实际地形状况改变车轮的径向尺寸和轮缘的接触方式，使车轮具有良好的轮-地接触特性，进而提高复杂地形轮式移动机器人车辆对非结构化地形的适应能力。

本发明采用的具体技术方案如下：

一种电磁离合式重复折展锁解车轮机构，由轮轴部件、轮毂部件、轮辐部件、轮缘部件组成，其中轮轴部件包括轴承座、外轴支撑轴承、轴套、电磁离合器吸附端，电磁离合器被吸附端、外螺纹轴、内轴支撑轴承、内传动轴；轮毂部件包括驱动螺母、推座轴承、复合运动式推座；轮辐部件包括固定轮辐、滑动轮辐、铜套、轮辐推杆；所述外螺纹轴通过外轴支承轴承安装在轴承座上，外螺纹轴的轴端与电磁离合器被吸附端固接，所述内传动轴通过内轴支撑轴承安装于外螺纹轴内部，内传动轴的一端与电磁离合器吸附端固接，另一端与固定轮辐固接，驱动螺母与外螺纹轴通过传动螺纹连接，导向杆固接在所述驱动螺母下端，并安装于螺母滑动导轨中，复合运动式推座通过推座轴承与驱动螺母连接，六根沿径向均匀分布的所述轮辐推杆一端与复合运动式推座铰接，另一端与滑动轮辐铰接。

进一步的，所述轮缘部件为轮缘斜块，所述轮缘斜块与滑动轮辐固接。

进一步的，所述滑动轮辐通过铜套与固定轮辐构成滑动副。

进一步的，车轮直径尺寸值可以在最小值和最大值之间任意变化，并通过螺纹副的自锁实现车轮径向尺寸的实时锁定。

本发明的有益效果是：1、电磁离合式重复折展锁解车轮机构可以实现车轮径向尺寸的连续调节，且具有较大的折展比；2、车轮的折叠展开、驱动行驶仅采用一个动力源（电机），结构紧凑，驱动效率高，且充分利用了轮体的空间； 3、车轮锁定机构可靠，能确保车轮多次折展锁解的冗余可靠度；4、车轮轮缘斜块保证了车轮与地面的连续接触，可有效减少移动机器人的车体振动，同时轮缘缝隙可以增加轮地的附着系数，增强其越障性能。5、应用广泛，除可在星球探测车、军事侦察和灾场搜救等领域使用外，还可作为其它复杂地形状况用移动探测载体。

附图说明

图1为本发明的电磁离合式重复折展锁解车轮机构简图；

图2为该电磁离合式重复折展锁解车轮机构组装结构示意图；

图3为该电磁离合式重复折展锁解车轮机构分解结构示意图；

图4为该电磁离合式重复折展锁解车轮机构展开状态示意图；

图5为该电磁离合式重复折展锁解车轮机构折叠状态示意图。

图1-5中各附图标记的含义：1、齿轮；2、内传动轴；3、电磁离合器被吸附端；4、电磁离合器吸附端；5、外螺纹轴；6、导轨；7、导向杆；8、驱动螺母；9、滑动轮辐；10、固定轮辐；11、轮辐推杆；12、轮缘斜块；13、外轴支撑轴承；14、轴承座；15、轴套；16、复合运动式推座；17、铜套；18、推座轴承；19、内轴支撑轴承。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明。

如图1-5所示，本发明的电磁离合式重复折展锁解车轮机构由轮轴、轮毂、轮辐、轮缘四部分组成，其中轮轴部件包括轴承座14、外轴支撑轴承13、轴套15、电磁离合器吸附端4，电磁离合器被吸附端3、外螺纹轴5、内轴支撑轴承19、内传动轴2；轮毂部件包括驱动螺母8、推座轴承18、复合运动式推座16；轮辐部件包括固定轮辐10、滑动轮辐9、铜套17、轮辐推杆11；轮缘部件即为轮缘斜块12。其中，所述的外螺纹轴5通过外轴支承轴承13安装在轴承座14上，外螺纹轴5的轴端与电磁离合器被吸附端3固接，内传动轴2通过内轴支撑轴承19安装于外螺纹轴5内部，内传动轴2的一端与电磁离合器吸附端3固接，另一端与固定轮辐10固接，驱动螺母8与外螺纹轴5通过传动螺纹连接，导向杆7固接在驱动螺母8下端，并安装于螺母滑动导轨6中，复合运动式推座16通过推座轴承18与驱动螺母8连接，沿径向均匀分布的轮辐推杆11一端与复合运动式推座16铰接，另一端与滑动轮辐9铰接，滑动轮辐9通过铜套17与固定轮辐10构成滑动副，轮缘斜块12与滑动轮辐9固接。

具体实现过程如下：电机通过齿轮1驱动内传动轴2转动，电磁离合器吸附端4与内传动轴2通过键连接实现径向定位，电磁离合器被吸附端3和外螺纹轴5通过间隔120^。的三个螺钉连接。

电磁离合器分离时，与内传动轴2铰接外螺纹轴5静止，驱动螺母8静止不动。与内传动轴2固接的固定轮辐10、与固定轮辐10构成滑动副的滑动轮辐9、与滑动轮辐9铰接的轮辐推杆11、与轮辐推杆11铰接的复合运动式推座16以及固接在滑动轮辐上的轮缘斜块12在内传动轴2的驱动下与其同步转动。

当离合器分离时，外螺纹轴5停止转动，车轮处于整体锁定状态，即车轮的轮毂、轮轴、轮辐、轮缘构成一体化车轮。然后，通过其内传动轴2的转动带动轮辐及轮缘转动以实现车轮的行驶功能。

离合器吸合时，外螺纹轴5与内传动轴2同步转动，由于导向杆7和导轨6限制了驱动螺母8的周向运动，驱动螺母8在外螺纹轴5转动时沿轴向移动，并推动与其铰接的复合运动式推座16沿轴向移动，同时，复合运动式推座16周向转动；轮辐推杆11绕内传动轴2旋转的同时，在旋转平面内做平面复合运动，铰接在轮辐推杆11一端的滑动轮辐9沿径向运动，进而带动固接在滑动轮辐9上的轮缘斜块12沿径向运动，使车轮的径向尺寸得到调节。

本发明的工作原理是：电机通过齿轮传动驱动内传动轴转动，当离合器吸合时，内传动轴带动外螺纹轴同步转动，由于导向杆和导轨限制了驱动螺母的轴向运动，驱动螺母在外螺纹轴转动时沿轴向运动，并推动与其铰接的复合运动式推座沿轴向运动，复合运动式推座带动轮辐推杆做平面运动，进而驱动与轮缘斜块固接的滑动轮辐沿径向运动，从而实现了车轮径向尺寸的调节；当离合器分离时，外螺纹轴停止转动，车轮处于整体锁定状态，即车轮的轮毂、轮轴、轮辐、轮缘构成一体化车轮，车轮的行驶功能便可通过内传动轴转动驱动轮辐及轮缘转动来实现。

本发明的电磁离合式重复折展锁解车轮机构具有较好的机动性，展开状态下能够越过较高障碍，遇到较松软路面时，轮缘斜块之间的缝隙和轮缘纹理可增大车轮的牵引力，提高车轮的整体越障性能和转向性能；在折叠状态下则可以降低车体质心高度，提高行驶速度和传动效率，获得更好的行驶平顺性和稳定性，还可满足高度受限制的管道和隧道中的通过性，进而增强了复杂地形轮式移动机器人车辆对非结构化地形的适应性。

Claims (4)

1.一种电磁离合式重复折展锁解车轮机构，由轮轴部件、轮毂部件、轮辐部件、轮缘部件组成，其中轮轴部件包括轴承座（14）、外轴支撑轴承（13）、轴套（15）、电磁离合器吸附端（4），电磁离合器被吸附端（3）、外螺纹轴（5）、内轴支撑轴承（19）、内传动轴（2）；轮毂部件包括驱动螺母（8）、推座轴承（18）、复合运动式推座（16）；轮辐部件包括固定轮辐（10）、滑动轮辐（9）、铜套（17）、轮辐推杆（11）；其特征在于：所述外螺纹轴（5）通过外轴支承轴承（13）安装在轴承座（14）上，外螺纹轴（5）的轴端与电磁离合器被吸附端（3）固接，所述内传动轴（2）通过内轴支撑轴承（19）安装于外螺纹轴（5）内部，内传动轴（2）的一端与电磁离合器吸附端（4）固接，另一端与固定轮辐（10）固接，驱动螺母（8）与外螺纹轴（5）通过传动螺纹连接，导向杆（7）固接在所述驱动螺母（8）下端，并安装于螺母滑动导轨（6）中，复合运动式推座（16）通过推座轴承（18）与驱动螺母（8）连接，六根沿径向均匀分布的所述轮辐推杆（11）一端与复合运动式推座（16）铰接，另一端与滑动轮辐（9）铰接。

2.根据权利要求1所述的电磁离合式重复折展锁解车轮机构，其特征在于：所述轮缘部件为轮缘斜块（12），所述轮缘斜块（12）与滑动轮辐（9）固接。

3.根据权利要求1所述的电磁离合式重复折展锁解车轮机构，其特征在于：所述滑动轮辐（9）通过铜套（17）与固定轮辐（10）构成滑动副。

4.根据权利要求1所述的电磁离合式重复折展锁解车轮机构，其特征在于：车轮直径尺寸值可以在最小值和最大值之间任意变化，并通过螺纹副的自锁实现车轮径向尺寸的实时锁定。

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