CN103407327A - 一种单自由度变形车轮 - Google Patents

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Abstract

一种单自由度变形车轮，包括轮板（A）、轮辋（B）、轮毂（C）、曲柄（1）、曲柄连杆（2）、辐条（3）。其中，轮毂（C）包括：轮毂套管（C-1）、轮毂插杆（C-2）。该单自由度变形车轮轮辋（B）通过辐条（3）与轮毂套管（C-1）配合，轮毂插杆（C-2）插入轮辋（B）、轮毂套管（C-1）中，轮板（A）布置于轮辋（B）上，通过曲柄（1）、曲柄连杆（2）连接，组成该单自由度变形车轮的机构部分。在电机驱动下，曲柄（1）带动机构转动变形，实现该单自由度变形车轮有效轮径变化，提高该单自由度变形车轮的行走能力和越障能力，适用于不同路况车辆的越障。该单自由度变形车轮可用于玩具、教具、救援机器人和军用探测机器人等领域。

Description

一种单自由度变形车轮
技术领域
本发明涉及一种越野车轮，特别涉及单自由度越障机构，实现车轮轮径的变化，适用于不同路况车辆的越障。
背景技术
变形车轮通过改变车轮的有效半径，提高轮式行走机构的行走机动能力和越障性能。已公开的专利201020268767.X提出一种多路况行走变形轮，通过内轮盘的转动带动辐条扭转使轮缘发生变形，变形后机构形状呈叶轮形。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种变形前后外形保持轮形，可实现有效半径增大的单自由度结构。
本发明的技术方案：
一种单自由度变形车轮，它包括：轮板、轮辋、轮毂、曲柄、曲柄连杆、辐条。其中，轮毂包括：轮毂套管、轮毂插杆。
构成该单自由度变形车轮各部分之间连接关系为：轮辋包括：第一至第六轮辋。将六个轮辋的插杆与第一插槽相互配合，构成单自由度变形车轮的轮辋结构。其中，插杆与第一插槽的配合使第一至第六轮辋扇形板螺纹孔侧共面。六根辐条端部分别插入第一至第六轮辋第三插槽中，辐条另一端插入轮毂套管圆盘径向方槽中，将辐条与轮毂套管固定。轮毂插杆六边形轴插入轮毂套管六边形凸槽中，轮毂插杆上六个四边形插杆分别与第一至第六轮辋第二插槽配合。将第一至第六螺纹轴端部布置螺纹与第一至第六轮辋螺纹孔配合固定，连接轴端部布置圆孔与电机输出轴配合固定。曲柄中部布置圆孔与连接轴配合，配合端布置卡簧槽，通过安装卡簧对曲柄进行轴向固定。两个曲柄连杆一侧分别通过转轴与曲柄端部圆孔配合，另一侧布置圆孔分别与第三螺纹轴、第六螺纹轴配合。将第一至第十二轮板分层布置，第一轮板位于底部，轮板的大孔通过转轴与其上侧轮板大孔配合，轮板的小孔与其上侧轮板小孔通过螺纹轴配合，第十二轮板小孔与其下侧第一轮板小孔通过第六螺纹轴配合，套筒配合第六螺纹轴对第一轮板与第十二轮板进行轴向固定。第一至第六螺纹轴端部布置卡簧槽，通过布置卡簧对第一至第十二轮板进行轴向固定。通过上述连接，构成所述的一种单自由度变形车轮。
第一至第六轮辋外形特征尺寸相同，第一轮辋包括：第一轮辋螺纹孔，第一轮辋第一插槽，第一轮辋第二插槽，第一轮辋第三插槽，第一轮辋插杆。第一轮辋第一插槽与第一轮辋插杆导路方向共面，第一轮辋第二插槽与第一轮辋第三插槽导路方向共面，第一轮辋第一插槽与第一轮辋插杆导路所交平面与第一轮辋第二插槽与第一轮辋第三插槽导路所交平面正交。第一轮辋插杆布置凹槽，通过配合卡具固定车轮形状。
本发明和已有技术相比具有的有益效果：
该单自由度变形车轮在正常情况下为普通轮式机构，安装与车体具有较好的机动能力，当遇到尺寸较高的垂直墙面或连续台阶等不利于普通车轮通过的障碍时，通过单电机驱动机构变形，获得更大的车轮有效半径，并且保持外形为轮式结构，保证车体运行机动性。
附图说明
图1单自由度变形车轮整体三维图；
图2单自由度变形车轮轮辋与轮毂套管安装示意图；
图3单自由度变形车轮轮毂插杆安装示意图；
图4单自由度变形车轮螺纹轴、曲柄与曲柄插杆安装示意图；
图5单自由度变形车轮轮板安装示意图；
图6单自由度变形车轮第一轮辋外形图；
图7单自由度变形车轮电机与轮毂套管连接图；
图8单自由度变形车轮最大张开状态、变形状态与最小收缩状态外形图；
图9单自由度变形车轮安装效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
一种单自由度变形车轮，如图1所示，它包括：轮板A、轮辋B、轮毂C、曲柄1、曲柄连杆2、辐条3。其中，轮毂C包括：轮毂套管C-1、轮毂插杆C-2。
构成该单自由度变形车轮各部分之间连接关系为：轮辋B包括：第一至第六轮辋B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6。轮辋之间、轮辋与轮毂套管连接关系如图2所示：第一轮辋B-1的第一轮辋插杆B-1-1与第二轮辋B-2的第二轮辋第一插槽B-2-2配合，第二轮辋B-2的第二轮辋插杆B-2-1与第三轮辋B-3的第三轮辋第一插槽B-3-2配合，第三轮辋B-3的第三轮辋插杆B-3-1与第四轮辋B-4的第四轮辋第一插槽B-4-2配合，第四轮辋B-4的第四轮辋插杆B-4-1与第五轮辋B-5的第五轮辋第一插槽B-5-2配合，第五轮辋B-5的第五轮辋插杆B-5-1与第六轮辋B-6的第六轮辋第一插槽B-6-2配合，第六轮辋B-6的第六轮辋插杆B-6-1与第一轮辋B-1的第一轮辋第一插槽B-1-1配合。通过上述连接构成单自由度变形车轮的轮辋B结构。其中，插杆与第一插槽配合使第一至第六轮辋B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6扇形板螺纹孔侧共面。
单自由度变形车轮轮毂插杆C-2安装方式如图3所示。六根辐条3端部分别插入第一至第六轮辋第三插槽B-1-4、B-2-4、B-3-4、B-4-4、B-5-4、B-6-4中，辐条3另一端插入轮毂套管C-1圆盘径向方槽中，辐条3与轮毂套管C-1固定，六根辐条3外形尺寸相同。将电机安装于轮毂套管中，轮毂插杆C-2六边形轴插入轮毂套管C-1六边形凸槽中，轮毂插杆C-2上六个四边形插杆外形尺寸相同，分别与第一至第六轮辋第二插槽B-1-3、B-2-3、B-3-3、B-4-3、B-5-3、B-6-3配合。
单自由度变形车轮螺纹轴、曲柄与曲柄插杆安装方式如图4所示。第一至第六螺纹轴4、5、6、7、8、9端部布置螺纹与第一至第六轮辋螺纹孔B-1-1、B-2-1、B-3-1、B-4-1、B-5-1、B-6-1配合固定，连接轴10端部布置圆孔与电机输出轴配合固定。曲柄1中部布置圆孔与连接轴10配合，配合端布置卡簧槽，通过安装卡簧对曲柄进行轴向固定。两个曲柄连杆2一侧分别通过转轴与曲柄1端部圆孔配合，另一侧布置圆孔分别与第三螺纹轴6、第六螺纹轴9配合。
单自由度变形车轮轮板安装方式如图5所示。第一至第十二轮板A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-12分层布置，第一轮板A-1位于底部，第一轮板A-1大孔通过转轴与其上侧第二轮板A-2上大孔配合，第二轮板A-2小孔与其上侧第三轮板A-3小孔通过第一螺纹轴4配合，第三轮板A-3大孔通过转轴与其上侧第四轮板A-4大孔配合，第四轮板A-4小孔与其上侧第五轮板A-5小孔通过第二螺纹轴5配合，第五轮板A-5大孔通过转轴与其上侧第六轮板A-6大孔配合，第六轮板A-6小孔与其上侧第七轮板A-7小孔通过第三螺纹轴6配合，第七轮板A-7大孔通过转轴与其上侧第八轮板A-8大孔配合，第八轮板A-8小孔与其上侧第九轮板A-9小孔通过第四螺纹轴7配合，第九轮板A-9大孔通过转轴与其上侧第十轮板A-10大孔配合，第十轮板A-10小孔与其上侧第十一轮板A-11小孔通过第五螺纹轴8配合，第十一轮板A-11大孔通过转轴与其上侧第十二轮板A-12大孔配合，第十二轮板A-12小孔与其下侧第一轮板A-1小孔通过第六螺纹轴9配合。第一至第六螺纹轴4、5、6、7、8、9端部布置卡簧槽，通过布置卡簧对第一至第十二轮板A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-12进行轴向固定，套筒11配合第六螺纹轴9对第一轮板A-1与第十二轮板A-12进行轴向固定。通过上述连接，构成所述的一种单自由度变形车轮。
第一至第六轮辋B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6外形特征尺寸相同，第一轮辋B-1外形图如图6所示。第一轮辋包括：第一轮辋螺纹孔B-1-1，第一轮辋第一插槽B-1-2，第一轮辋第二插槽B-1-3，第一轮辋第三插槽B-1-4第一轮辋插杆B-1-5。其中，第一轮辋第一插槽B-1-2与第一轮辋插杆B-1-5导路方向共面，第一轮辋第二插槽B-1-3与第一轮辋第三插槽B-1-4导路方向共面，第一轮辋第一插槽B-1-2与第一轮辋插杆B-1-5导路所交平面与第一轮辋第二插槽B-1-3与第一轮辋第三插槽B-1-4导路所交平面正交。第一轮辋插杆B-1-5布置凹槽，通过配合卡具固定车轮形状。
配合机构的变形特点，第一至第六螺纹轴4、5、6、7、8、9的长度依次增大。轮板A包括第一至第十二轮板A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-12，其外形特征尺寸相同。
轮毂套管C-1与电机连接图如图7所示，将电机布置于轮毂套管C-1中，通过电机安装孔（图略）与轮毂套管C-1圆盘固定，电机输出轴从轮毂套管C-1的圆盘中伸出，与连接轴10的圆孔配合固定。轮毂套管C-1外壁布置圆孔通过驱动电机，带动连接轴10与曲柄1转动。曲柄1与曲柄连杆2以连接轴线为中心成180度时单自由度变形车轮处于最大张开状态，曲柄1与曲柄连杆2以连接轴线为中心成0度时单自由度变形车轮处于最小收缩状态，车轮变形图如图8所示，图8作图为该单自由度变形车轮最大张开状态，图8中图为单自由度变形车轮变形过度状态，图8右图为单自由度变形车轮最小收缩状态。车轮与车体安装效果图如图9所示。

Claims (3)

1.一种单自由度变形车轮，它包括：轮板（A）、轮辋（B）、轮毂（C）、曲柄（1）、曲柄连杆（2）、辐条（3）；其中，轮毂（C）包括：轮毂套管（C-1）、轮毂插杆（C-2）；其特征在于：构成该单自由度变形车轮各部分之间连接关系为：
轮辋（B）包括：第一至第六轮辋（B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6）；其中，第一轮辋（B-1）的第一轮辋插杆（B-1-1）与第二轮辋（B-2）的第二轮辋第一插槽（B-2-2）配合，第二轮辋（B-2）的第二轮辋插杆（B-2-1）与第三轮辋（B-3）的第三轮辋第一插槽（B-3-2）配合，第三轮辋（B-3）的第三轮辋插杆（B-3-1）与第四轮辋（B-4）的第四轮辋第一插槽（B-4-2）配合，第四轮辋（B-4）的第四轮辋插杆（B-4-1）与第五轮辋（B-5）的第五轮辋第一插槽（B-5-2）配合，第五轮辋（B-5）的第五轮辋插杆（B-5-1）与第六轮辋（B-6）的第六轮辋第一插槽（B-6-2）配合，第六轮辋（B-6）的第六轮辋插杆（B-6-1）与第一轮辋（B-1）的第一轮辋第一插槽（B-1-1）配合；插杆与第一插槽的配合使第一至第六轮辋（B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6）扇形板螺纹孔侧共面；
六根辐条（3）端部分别插入第一至第六轮辋第三插槽（B-1-4、B-2-4、B-3-4、B-4-4、B-5-4、B-6-4）中，辐条（3）另一端插入轮毂套管（C-1）圆盘径向方槽中，辐条（3）与轮毂套管（C-1）固定；其中，六根辐条（3）外形尺寸相同；轮毂插杆（C-2）六边形轴插入轮毂套管（C-1）六边形凸槽中，轮毂插杆（C-2）上六个四边形插杆外形尺寸相同，分别与第一至第六轮辋第二插槽（B-1-3、B-2-3、B-3-3、B-4-3、B-5-3、B-6-3）配合；
第一至第六螺纹轴（4、5、6、7、8、9）端部布置螺纹与第一至第六轮辋螺纹孔（B-1-1、B-2-1、B-3-1、B-4-1、B-5-1、B-6-1）配合固定，连接轴（10）端部布置圆孔与电机输出轴配合固定；曲柄（1）中部布置圆孔与连接轴（10）配合，配合端布置卡簧槽，通过安装卡簧对曲柄进行轴向固定；两个曲柄连杆（2）一侧分别通过转轴与曲柄（1）端部圆孔配合，另一侧布置圆孔分别与第三螺纹轴（6）、第六螺纹轴（9）配合；
第一至第十二轮板（A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-12）分层布置，第一轮板（A-1）位于底部，第一轮板（A-1）大孔通过转轴与其上侧第二轮板（A-2）上大孔配合，第二轮板(A-2)小孔与其上侧第三轮板（A-3）小孔通过第一螺纹轴（4）配合，第三轮板（A-3）大孔通过转轴与其上侧第四轮板（A-4）大孔配合，第四轮板（A-4）小孔与其上侧第五轮板（A-5）小孔通过第二螺纹轴（5）配合，第五轮板（A-5）大孔通过转轴与其上侧第六轮板（A-6）大孔配合，第六轮板（A-6）小孔与其上侧第七轮板（A-7）小孔通过第三螺纹轴（6）配合，第七轮板（A-7）大孔通过转轴与其上侧第八轮板（A-8）大孔配合，第八轮板（A-8）小孔与其上侧第九轮板（A-9）小孔通过第四螺纹轴（7）配合，第九轮板（A-9）大孔通过转轴与其上侧第十轮板（A-10）大孔配合，第十轮板（A-10）小孔与其上侧第十一轮板（A-11）小孔通过第五螺纹轴（8）配合，第十一轮板（A-11）大孔通过转轴与其上侧第十二轮板（A-12）大孔配合，第十二轮板（A-12）小孔与其下侧第一轮板（A-1）小孔通过第六螺纹轴（9）配合；第一至第六螺纹轴（4、5、6、7、8、9）端部布置卡簧槽，通过布置卡簧对第一至第十二轮板（A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-12）进行轴向固定，其中，套筒（11）配合第六螺纹轴（9）对第一轮板（A-1）与第十二轮板（A-12）进行轴向固定；通过上述连接，构成所述的一种单自由度变形车轮。
2.根据权利要求1所述的一种单自由度变形车轮，其特征在于：
第一至第六轮辋（B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6）外形特征尺寸相同，第一轮辋（B-1）包括：第一轮辋螺纹孔（B-1-1），第一轮辋第一插槽（B-1-2），第一轮辋第二插槽（B-1-3），第一轮辋第三插槽（B-1-4）第一轮辋插杆（B-1-5）；其中，第一轮辋第一插槽（B-1-2）与第一轮辋插杆（B-1-5）导路方向共面，第一轮辋第二插槽（B-1-3）与第一轮辋第三插槽（B-1-4）导路方向共面，第一轮辋第一插槽（B-1-2）与第一轮辋插杆（B-1-5）导路所交平面与第一轮辋第二插槽（B-1-3）与第一轮辋第三插槽（B-1-4）导路所交平面正交；第一轮辋插杆（B-1-5）布置凹槽，通过配合卡具固定车轮形状。
3.根据权利要求1所述的一种单自由度变形车轮，其特征在于：
配合机构的变形特点，第一至第六螺纹轴（4、5、6、7、8、9）的长度依次增大；轮板（A）包括第一至第十二轮板（A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、A-6、A-7、A-8、A-9、A-10、A-11、A-12），其外形特征尺寸相同。
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