CN103950352B - 一种径向重复折展车轮机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向重复折展车轮机构。当前的复杂地形移动探测车辆对非结构化地形适应能力有待加强。本发明的曲柄轮毂与活动轮辐连接轴的一端固定，活动轮辐连接轴的另一端与轴向移动轮辐螺纹连接；曲柄轮毂设有曲柄推杆，曲柄推杆的顶端铰接有滚动套筒；轴向移动轮辐杆的顶端与轮圈的轴向滑槽滑动连接，中部与锁定块固定；锁定块开设有轮缘推杆滑槽，轮缘推杆滑槽的两端设置有两个凸起；轮圈的径向滑槽与轮缘推杆滑动连接；轮缘推杆的底部固定有套筒连接杆，顶部分别与轮缘斜块固定；轮缘推杆的一侧壁开设有收缩锁定槽，另一侧壁开设有展开锁定槽。本发明可改变车轮的直径和轮—地接触方式，增强复杂地形移动车辆对非结构化地形的适应能力。

Description

一种径向重复折展车轮机构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及折展车轮机构，具体涉及一种径向重复折展车轮机构。

背景技术

轮式复杂地形移动探测车辆在太空星球探索、军事行动、搜救活动等领域广泛应用。轮式复杂地形移动探测车辆的车轮作为其直接与地表接触的部件，不仅起到承载探测车整体重量，产生牵引力，反馈必要地形信息的作用，而且对探测车的运动能力、转向灵活性、适应地形等能力均具有重要影响。

当前的复杂地形移动探测车辆虽然已经具备较强的越障能力，但对特殊的非结构化地形适应能力仍有待加强。为加强复杂地形移动车辆对非结构化地形的适应能力，发明一种可以根据复杂地形条件来改变车轮径向尺寸的车轮机构是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种径向重复折展车轮机构，该车轮机构可根据实际地形条件改变车轮的直径和轮—地接触方式，从而增强复杂地形移动车辆对非结构化地形的适应能力。

本发明包括轮轴组件、轮毂组件、轮辐组件和轮缘组件。

所述的轮轴组件包括齿轮、电磁离合器、内传动轴和外传动轴；所述的外传动轴通过两个外轴轴承支承在两个轴承座上，一端与齿轮固定；所述外传动轴的内部中空，内传动轴通过两个内轴轴承支承在外传动轴内；所述内传动轴的一端与电磁离合器的一端通过平键连接，电磁离合器的另一端与车体固定。

所述的轮毂组件包括曲柄轮毂、活动轮辐连接轴和滚动套筒；所述曲柄轮毂的一侧与内传动轴的另一端固定，另一侧与活动轮辐连接轴的一端固定；所述的曲柄轮毂、活动轮辐连接轴和内传动轴同轴设置。所述的曲柄轮毂沿圆周均布设有多根曲柄推杆，每根曲柄推杆的顶端铰接有一个滚动套筒。

所述的轮辐组件包括轴向固定轮辐、轮缘推杆、轴向移动轮辐和锁定块；所述轴向固定轮辐的外端固定有轮圈，轮圈沿圆周开设有多个径向滑槽，且轮圈的内圆周面沿圆周均布开设有多个轴向滑槽，径向滑槽的数量与曲柄推杆的数量相等；曲柄轮毂、活动轮辐连接轴及轴向移动轮辐均设置在轮圈内，且固定轮辐和轴向移动轮辐分别设置在曲柄轮毂两侧；所述的轴向固定轮辐与外传动轴的另一端固定，轴向移动轮辐与活动轮辐连接轴的另一端通过螺纹连接；所述的轴向移动轮辐沿圆周均布固定有多根轴向移动轮辐杆，轴向移动轮辐杆的数量与轴向滑槽的数量相等；每根轴向移动轮辐杆的顶端与轮圈对应的轴向滑槽通过滑动副连接，中部与一个锁定块的一端固定。所述锁定块的另一端开设有轮缘推杆滑槽；所述轮缘推杆滑槽的两侧分别开口于锁定块的两侧面，且轮缘推杆滑槽的两端对称设置有两个凸起。所述轮圈的每个径向滑槽分别与一根轮缘推杆通过滑动副连接；每根轮缘推杆的底部固定有一根套筒连接杆，顶部分别与一个轮缘组件连接；每根套筒连接杆侧壁开设的套筒滑槽分别与一个滚动套筒通过滚动副连接；所述轮缘推杆的一侧壁开设有收缩锁定槽，另一侧壁开设有展开锁定槽，所述的收缩锁定槽设置在展开锁定槽顶部，且收缩锁定槽和展开锁定槽均与锁定块的凸起匹配设置。

所述的轮缘组件包括轮缘斜块和轮缘齿片；每根轮缘推杆的顶部分别与一块轮缘斜块的内侧壁固定，所有轮缘斜块沿圆周均布；每块轮缘斜块的外侧壁固定有多片轮缘齿片。

所述的两个外轴轴承之间设有轴套。

所述的凸起为横置的三棱柱形。

所述套筒滑槽的两端均为弧形。

本发明的有益效果：

1、本发明可以实现轮缘组件沿径向方向的折展，具有较大的折展比；

2、本发明的折展、驱动行驶仅采用一个电机，结构紧凑，车体质量小，且减小轮体的空间；

3、本发明通过套筒滑槽的死点锁定，同时通过螺纹副实现自锁，确保车轮多次折展锁解的冗余锁定；

4、本发明通过轮缘斜块保证与地面的接触面积，可有效减少压应力，同时轮缘齿片可以增加轮地间的附着系数；

5、本发明的工程应用价值大，除可在太空星球探索、军事行动、搜救活动等领域使用外，还可作为其它非结构化地形的移动探测载体。

附图说明

图1为本发明的机构运动简图；

图2为本发明中各零件的立体图；

图3-1为本发明在完全展开状态下的一个侧面立体图；

图3-2为本发明在完全展开状态下的另一个侧面立体图；

图4为本发明中锁定块的立体图；

图5-1为本发明中轮缘推杆的一个侧面立体图；

图5-2为本发明中轮缘推杆的另一个侧面立体图；

图6-1为本发明的收缩状态示意图；

图6-2为本发明的完全展开状态示意图。

图中：1、齿轮，2、电磁离合器，3、内传动轴，4、外传动轴，5、轴向固定轮辐，6、曲柄轮毂，7、轮缘推杆，8、轴向移动轮辐，9、活动轮辐连接轴，10、锁定块，11、轮圈，12、轮缘斜块，13、轮缘齿片，14、滚动套筒，15、内轴轴承，16、外轴轴承，17、轴套，18、轴承座，19、平键。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种径向重复折展车轮机构包括轮轴组件、轮毂组件、轮辐组件和轮缘组件。

轮轴组件包括齿轮1、电磁离合器2、内传动轴3和外传动轴4；外传动轴4通过两个外轴轴承16支承在两个轴承座18上，一端与齿轮1固定；两个外轴轴承16之间设有轴套17，实现两个外轴轴承16的轴向定位。外传动轴4的内部中空，内传动轴3通过两个内轴轴承15支承在外传动轴4内；内传动轴3的一端与电磁离合器2的一端通过平键19连接，电磁离合器2的另一端与车体固定。

轮毂组件包括曲柄轮毂6、活动轮辐连接轴9和滚动套筒14；曲柄轮毂6的一侧与内传动轴3的另一端固定，另一侧与活动轮辐连接轴9的一端固定；曲柄轮毂6、活动轮辐连接轴9和内传动轴3同轴设置。曲柄轮毂6沿圆周均布设有六根曲柄推杆6-1，每根曲柄推杆6-1的顶端铰接有一个滚动套筒14。

如图2、3-1和3-2所示，轮辐组件包括轴向固定轮辐5、轮缘推杆7、轴向移动轮辐8和锁定块10；轴向固定轮辐5的外端固定有轮圈11，轮圈11沿圆周开设有六个径向滑槽11-1，且轮圈11的内圆周面沿圆周均布开设有六个轴向滑槽11-2；曲柄轮毂6、活动轮辐连接轴9及轴向移动轮辐8均设置在轮圈11内，且固定轮辐5和轴向移动轮辐8分别设置在曲柄轮毂6两侧；轴向固定轮辐5与外传动轴4的另一端固定，轴向移动轮辐8与活动轮辐连接轴9的另一端通过螺纹连接；轴向移动轮辐8沿圆周均布固定有六根轴向移动轮辐杆，每根轴向移动轮辐杆的顶端与轮圈对应的轴向滑槽11-2通过滑动副连接，中部与一个锁定块10的一端固定。

如图4所示，锁定块10的另一端开设有轮缘推杆滑槽10-1；轮缘推杆滑槽10-1的两侧分别开口于锁定块10的两侧面，且轮缘推杆滑槽10-1的两端对称设置有两个凸起10-2；凸起10-2为横置的三棱柱形。

如图3-2、5-1和5-2所示，轮圈的每个径向滑槽11-1分别与一根轮缘推杆7通过滑动副连接；每根轮缘推杆7的底部固定有一根套筒连接杆7-1，顶部分别与一个轮缘组件连接；每根套筒连接杆7-1侧壁开设的套筒滑槽7-2分别与一个滚动套筒14通过滚动副连接；套筒滑槽7-2的两端均为弧形，收缩状态时，滚动套筒14滚入套筒滑槽7-2顶端的弧形段，完全展开状态时，滚动套筒14滚入套筒滑槽7-2底端的弧形段，实现完全收缩状态或完全展开状态的自锁；轮缘推杆7的一侧壁开设有收缩锁定槽7-3，另一侧壁开设有展开锁定槽7-4，收缩锁定槽7-3设置在展开锁定槽7-4顶部，且收缩锁定槽7-3和展开锁定槽7-4均与锁定块的凸起10-2匹配设置。

如图3-1和3-2所示，轮缘组件包括轮缘斜块12和轮缘齿片13；每根轮缘推杆7的顶部分别与一块轮缘斜块12的内侧壁固定，所有轮缘斜块12沿圆周均布；每块轮缘斜块12的外侧壁固定有十三片轮缘齿片13。

该径向重复折展车轮机构的工作原理是：

如图1所示，电机通过齿轮副将动力传给齿轮1，齿轮1驱动外传动轴4转动。

如图6-1所示，当该径向重复折展车轮机构处于收缩状态时，电磁离合器2分离，每个锁定块一端的凸起10-2嵌入对应轮缘推杆7的收缩锁定槽7-3内，此时，轮轴组件、轮毂组件、轮辐组件与轮缘组件整体处于锁定状态，所有轮缘斜块12合围成完整的轮缘；外传动轴4的转动带动整个车轮机构的转动以实现整车的行驶功能。在平整的路面，车轮保持收缩状态，降低车体质心，满足高度受限的隧道或管道等的通过性。

当该径向重复折展车轮机构需要展开时，电磁离合器2吸合，此时外传动轴4与轴向固定轮辐5同步转动，内传动轴3通过电磁离合器2与车体固定连接，使得曲柄轮毂6和活动轮辐连接轴9也相对车体静止；轴向固定轮辐5的转动带动轴向移动轮辐8转动，且轴向移动轮辐8与活动轮辐连接轴9螺纹连接，实现轴向移动，使得每个锁定块一端的凸起10-2与对应轮缘推杆7的收缩锁定槽7-3分离，此时，滚动套筒14与轮缘推杆的套筒滑槽7-2作用，使轮缘推杆7沿轮圈的径向滑槽11-1移动，以实现车轮机构径向尺寸的调节；当该径向重复折展车轮机构完全展开时，每个锁定块另一端的凸起10-2嵌入对应轮缘推杆7的展开锁定槽7-4内，此时，电磁离合器重新分离，轮轴组件、轮毂组件、轮辐组件与轮缘组件整体重新处于锁定状态，如图6-2所示。该径向重复折展车轮机构的收缩过程与展开过程同理，但电机的转向相反。车轮机构处于完全展开状态下，轮缘组件与地面的接触面积变大，可以减小整车对地面的压应力，增加驱动力矩及整车的牵引力，轮缘齿片13可增大轮地附着系数，确保其能够越过高障碍、沟壑或松软路面。

当轮轴组件、轮毂组件、轮辐组件与轮缘组件整体处于锁定状态时，轴向移动轮辐8与活动轮辐连接轴9通过螺纹自锁，锁定块的凸起10-2嵌入轮缘推杆7的收缩锁定槽7-3或展开锁定槽7-4内，进一步锁定车轮机构；同时，滚动套筒14处于套筒滑槽7-2的死点位置，起到冗余锁定车轮机构的作用。由此可见，该径向重复折展车轮机构自锁性好。

Claims (4)

1.一种径向重复折展车轮机构，包括轮轴组件、轮毂组件、轮辐组件和轮缘组件，其特征在于：

所述的轮轴组件包括齿轮、电磁离合器、内传动轴和外传动轴；所述的外传动轴通过两个外轴轴承支承在两个轴承座上，一端与齿轮固定；所述外传动轴的内部中空，内传动轴通过两个内轴轴承支承在外传动轴内；所述内传动轴的一端与电磁离合器的一端通过平键连接，电磁离合器的另一端与车体固定；

所述的轮毂组件包括曲柄轮毂、活动轮辐连接轴和滚动套筒；所述曲柄轮毂的一侧与内传动轴的另一端固定，另一侧与活动轮辐连接轴的一端固定；所述的曲柄轮毂、活动轮辐连接轴和内传动轴同轴设置；所述的曲柄轮毂沿圆周均布设有多根曲柄推杆，每根曲柄推杆的顶端铰接有一个滚动套筒；

所述的轮辐组件包括轴向固定轮辐、轮缘推杆、轴向移动轮辐和锁定块；所述轴向固定轮辐的外端固定有轮圈，轮圈沿圆周开设有多个径向滑槽，且轮圈的内圆周面沿圆周均布开设有多个轴向滑槽，径向滑槽的数量与曲柄推杆的数量相等；曲柄轮毂、活动轮辐连接轴及轴向移动轮辐均设置在轮圈内，且固定轮辐和轴向移动轮辐分别设置在曲柄轮毂两侧；所述的轴向固定轮辐与外传动轴的另一端固定，轴向移动轮辐与活动轮辐连接轴的另一端通过螺纹连接；所述的轴向移动轮辐沿圆周均布固定有多根轴向移动轮辐杆，轴向移动轮辐杆的数量与轴向滑槽的数量相等；每根轴向移动轮辐杆的顶端与轮圈对应的轴向滑槽通过滑动副连接，中部与一个锁定块的一端固定；所述锁定块的另一端开设有轮缘推杆滑槽；所述轮缘推杆滑槽的两侧分别开口于锁定块的两侧面，且轮缘推杆滑槽的两端对称设置有两个凸起；所述轮圈的每个径向滑槽分别与一根轮缘推杆通过滑动副连接；每根轮缘推杆的底部固定有一根套筒连接杆，顶部分别与一个轮缘组件连接；每根套筒连接杆侧壁开设的套筒滑槽分别与一个滚动套筒通过滚动副连接；所述轮缘推杆的一侧壁开设有收缩锁定槽，另一侧壁开设有展开锁定槽，所述的收缩锁定槽设置在展开锁定槽顶部，且收缩锁定槽和展开锁定槽均与锁定块的凸起匹配设置；

所述的轮缘组件包括轮缘斜块和轮缘齿片；每根轮缘推杆的顶部分别与一块轮缘斜块的内侧壁固定，所有轮缘斜块沿圆周均布；每块轮缘斜块的外侧壁固定有多片轮缘齿片。

2.根据权利要求1所述的一种径向重复折展车轮机构，其特征在于：所述的两个外轴轴承之间设有轴套。

3.根据权利要求1所述的一种径向重复折展车轮机构，其特征在于：所述的凸起为横置的三棱柱形。

4.根据权利要求1所述的一种径向重复折展车轮机构，其特征在于：所述套筒滑槽的两端均为弧形。