CN106347048B - 一种水陆两栖车轮可变直径移动平台 - Google Patents

一种水陆两栖车轮可变直径移动平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水陆两栖车轮可变直径移动平台。设计一种车轮可变直径又可在水面行驶的移动平台具有较大意义。本发明的每个可变直径车轮机构由车体组件的一个电机驱动；可变直径车轮机构的车轮包括双联凸轮、带桨轮缘推杆组件、轮毂和弹簧；双联凸轮包括两个凸轮；凸轮的相邻凸形接触面间通过凹形过渡弧面连接；凸形接触面的顶部和凹形过渡弧面的底部均开设锁定孔；带桨轮缘推杆组件包括弧形轮缘板、桨板和推杆；每个带桨轮缘推杆组件的推杆套入轮毂的一个限位孔内；推杆内端端面与双联凸轮构成凸轮副；弹簧两端分别与推杆的凸缘和轮毂内侧面接触。本发明可水陆两栖作业，能够改变车轮直径，增加移动平台的越障能力。

Description

一种水陆两栖车轮可变直径移动平台
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及移动机器人，具体涉及一种水陆两栖车轮可变直径移动平台。
背景技术
轮式移动平台，由于其控制简单、稳定性好、能耗低，而在人们的日常生活中和其他领域广泛应用。然而,轮式移动机构一般更适用于相对平坦的地面，当遇到松软地形时或者沟壑较大的地形时，受到车轮直径的限制，其越障行驶能力一般。同时，在移动平台运送过程中，由于空间限制不能将轮式移动平台的车轮直径设计的很大，故设计一种车轮可变直径的移动平台具有较大的现实意义。传统的轮式移动平台只能在陆地上行驶，但遇到湖泊、河流时，只能绕道而行，降低了移动平台工作效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种水陆两栖车轮可变直径移动平台，可水陆两栖作业，增加了移动平台移动范围，后期可根据执行任务的不同搭载不同的功能模块；采用可变直径车轮机构驱动，能够灵活改变车轮直径，增加移动平台的越障能力。可变直径车轮机构采用单电机实现变直径和自身驱动，增加了移动平台的越障能力，降低了移动平台的质量，提高了移动平台的经济性；内部密封设计，外部全部采用纯机械实现运动功能，增加了移动平台的可靠性和适应性。
本发明采用的技术方案如下：
本发明由车体组件和可变直径车轮机构组成；所述的车体组件两侧各设置两个可变直径车轮机构，前、后位置处的可变直径车轮机构关于车体组件对中设置，两侧的可变直径车轮机构关于车体组件对中设置。所述的车体组件包括车体箱、电机座、电机、齿轮一、电磁离合器座和车体箱上端盖；车体箱内固接四个机电座，电机座内安装电机，电机的伸出轴上固接齿轮一；两个电磁离合器座一前一后固接在车体箱上；车体箱顶部可拆卸连接车体箱上端盖。
所述的可变直径车轮机构包括车轮、轴承座、轴承一、外轴、内轴、轴承二、齿轮二和电磁离合器。所述的车轮包括双联凸轮、带桨轮缘推杆组件、轮毂和弹簧；所述的外轴通过两个轴承一支承于轴承座上；轴承座固接于车体箱上；所述外轴的一端与轮毂固接，另一端与齿轮二固接；内轴通过轴承二支承于外轴内；内轴的一端与双联凸轮固接，另一端与电磁离合器的一端固接；双联凸轮设置在轮毂内；所述的双联凸轮包括内端面固定在一起的两个凸轮；凸轮设有n个呈半圆弧形的凸形接触面，n≥4，相邻凸形接触面间通过凹形过渡弧面连接；沿凸轮周向方向上，一个凸轮的凸形接触面顶部与另一个凸轮的凹形过渡弧面底部位置对应；凸形接触面的顶部和凹形过渡弧面的底部均开设锁定孔；同一凸轮的锁定孔中心轴位于同一平面，且相邻锁定孔中心轴轴交角均为180°/n；不同凸轮的锁定孔中心轴沿凸轮轴向间距为L，L≥30mm；所述的轮毂开设有两个限位孔组；限位孔组包括沿周向均布的n个限位孔；不同限位孔组的限位孔中心轴沿轮毂轴向间距L，不同限位孔组的相邻两个限位孔中心轴轴交角均为180°/n；所述的带桨轮缘推杆组件包括投影呈平行四边形的弧形轮缘板、桨板和推杆；所述的桨板固定在弧形轮缘板内弧面，推杆的外端固定在桨板上；2n个带桨轮缘推杆组件沿周向布置，每个带桨轮缘推杆组件的推杆套入轮毂的一个限位孔内；推杆内端端面为半球面，与双联凸轮构成凸轮副；所述的推杆上套有弹簧，弹簧的一端与推杆内端的凸缘接触，另一端与轮毂内侧面接触。车体组件的每个电磁离合器座两侧与对应两个可变直径车轮机构的电磁离合器另一端固接。四个可变直径车轮机构的齿轮二与车体组件的四个齿轮一分别构成齿轮副。
所述的两个轴承一通过轴套实现轴向定位。
所述的轴承二通过外轴轴肩轴向定位。
所述桨板的长度方向沿弧形轮缘板的周向布置。
本发明的有益效果：
1、本发明采用可变直径车轮机构，在越障中可灵活地改变车轮直径，增加越障能力，兼备车与船的特性，既能适非规则地形，又能适应复杂的水环境，具有广阔应用前景。
2、本发明的可变直径车轮机构，其行驶、车轮直径改变仅使用一个电机，结构紧凑，质量轻，经济性好；
3、本发明内部密封设计，外部全部采用纯机械实现运动功能，增加了移动平台的可靠性和适应性。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明的车体组件结构立体图；
图3为本发明中可变直径车轮机构的各个零件结构图；
图4为本发明的可变直径车轮机构展开状态示意图；
图5为本发明的可变直径车轮机构折展过程示意图；
图6为本发明的可变直径车轮机构折叠状态示意图；
图7为本发明的带桨轮缘推杆组件结构示意图；
图8为本发明的双联凸轮结构立体图；
图9为本发明在陆地行驶示意图；
图10为本发明在水面行驶示意图。
图中：1、车体组件，2、可变直径车轮机构；1-1、车体箱，1-2、电机座，1-3、电机，1-4、齿轮一，1-5、电磁离合器座，1-6、车体箱上端盖；2-1、轴承座，2-2、轴承一，2-3、轴套，2-4、外轴，2-5、内轴，2-6、轴承二，2-7、齿轮二，2-8、电磁离合器，2-9、双联凸轮,2-10、带桨轮缘推杆组件，2-11、轮毂，2-12、弹簧。
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所示，一种水陆两栖车轮可变直径移动平台，由车体组件1和可变直径车轮机构2组成；车体组件1两侧各设置两个可变直径车轮机构2，前、后位置处的可变直径车轮机构2关于车体组件1对中设置，两侧的可变直径车轮机构2关于车体组件1对中设置。如图2所示，车体组件1包括车体箱1-1、电机座1-2、电机1-3、齿轮一1-4、电磁离合器座1-5和车体箱上端盖1-6；车体箱1-1内固接四个机电座1-2，电机座1-2内安装电机1-3，电机的伸出轴上固接齿轮一1-4；两个电磁离合器座1-5一前一后固接在车体箱1-1上；车体箱1-1顶部可拆卸连接(螺栓连接)车体箱上端盖1-6。
如图3所示，可变直径车轮机构2包括车轮、轴承座2-1、轴承一2-2、轴套2-3、外轴2-4、内轴2-5、轴承二2-6、齿轮二2-7和电磁离合器2-8。车轮包括双联凸轮2-9、带桨轮缘推杆组件2-10、轮毂2-11和弹簧2-12；外轴2-4通过两个轴承一2-2支承于轴承座2-1上；轴承座2-1固接于车体箱1-1上；两个轴承一2-2通过轴套2-3实现轴向定位；外轴2-4一端与轮毂2-11固接，另一端与齿轮二2-7固接；内轴2-5通过轴承二2-6支承于外轴2-4内，轴承二2-6通过外轴2-4轴肩轴向定位；内轴2-5的一端与双联凸轮2-9固接，另一端与电磁离合器2-8的一端固接；双联凸轮2-9设置在轮毂2-11内；如图8所示，双联凸轮2-9包括内端面固定在一起的两个凸轮；凸轮设有四个呈半圆弧形的凸形接触面，相邻凸形接触面间通过凹形过渡弧面连接；沿凸轮周向方向上，一个凸轮的凸形接触面顶部与另一个凸轮的凹形过渡弧面底部位置对应；凸形接触面的顶部和凹形过渡弧面的底部均开设锁定孔；同一凸轮的锁定孔中心轴位于同一平面，且相邻锁定孔中心轴轴交角均为45°；不同凸轮的锁定孔中心轴沿凸轮轴向间距为L，L≥30mm；轮毂2-11开设有两个限位孔组；限位孔组包括沿周向均布的四个限位孔；不同限位孔组的限位孔中心轴沿轮毂轴向间距L，不同限位孔组的相邻两个限位孔中心轴轴交角均为45°；如图7所示，带桨轮缘推杆组件2-10包括投影呈平行四边形的弧形轮缘板、桨板和推杆；桨板固定在弧形轮缘板内弧面，且桨板长度方向沿弧形轮缘板的周向布置；推杆的外端固定在桨板上；如图3、4、5、6和7所示，八个带桨轮缘推杆组件2-10沿周向布置，每个带桨轮缘推杆组件2-10的推杆套入轮毂2-11的一个限位孔内；推杆内端端面为半球面，与双联凸轮2-9构成凸轮副；推杆上套有弹簧2-12，弹簧2-12的一端与推杆内端的凸缘接触，另一端与轮毂2-11内侧面接触。
车体组件1的每个电磁离合器座1-5两侧与对应两个可变直径车轮机构2的电磁离合器2-8另一端固接。四个可变直径车轮机构2的齿轮二2-7与车体组件1的四个齿轮一1-4分别构成齿轮副。
该水陆两栖车轮可变直径移动平台的工作原理是：
如图3、图4和图5所示，当可变直径车轮机构2处于展开状态时，带桨轮缘推杆组件2-10的推杆内端嵌入双联凸轮2-9的凸形接触面顶部的锁定孔内，弹簧2-12压紧使可变直径车轮机构保持展开状态。电磁离合器2-8断电，电磁离合器两端分离，电机1-3的动力通过齿轮一、齿轮二和外轴，最终驱动轮毂2-11转动，进而驱动双联凸轮2-9、轮毂2-11和带桨轮缘推杆组件2-10一同转动，实现可变直径车轮机构2的整体转动。
如图4和图5所示，可变直径车轮机构2在折展过程中，电磁离合器2-8处于通电状态，电磁离合器两端闭合。此过程中，双联凸轮2-9相对车体箱1-1静止，轮毂2-11转动，进而使带桨轮缘推杆组件2-10实现复合运动，实现可变直径车轮机构2折展功能。带桨轮缘推杆组件2-10的复合运动为转动和凸轮副运动；凸轮副运动中，带桨轮缘推杆组件2-10的推杆内端在周向力作用下从锁定孔内滑出，实现解锁。
如图3和图6所示，当可变直径车轮机构2处于折叠状态时，带桨轮缘推杆组件2-10的推杆内端嵌入双联凸轮2-9的凹形过渡弧面底部的锁定孔内，弹簧2-12压紧使可变直径车轮机构保持折叠状态。电磁离合器2-8断电，离合器两端分离，电机1-3的动力通过齿轮一、齿轮二和外轴，最终驱动轮毂2-11转动，进而驱动双联凸轮2-9、轮毂2-11和带桨轮缘推杆组件2-10一同转动，实现可变直径车轮机构2的整体转动。
如图9所示，在陆地时，移动平台沿V方向行驶，根据路况需要改变可变直径车轮机构直径，通过各个可变直径车轮机构间差速实现转向。桨板起到挡泥作用。
如图10所示，在水面时，移动平台沿V方向行驶，根据水面情况需要改变可变直径车轮机构直径，通过各个可变直径车轮机构间差速实现转向。桨板起到助力推进作用。

Claims (4)

1.一种水陆两栖车轮可变直径移动平台，由车体组件和可变直径车轮机构组成，其特征在于：所述的车体组件两侧各设置两个可变直径车轮机构，前、后位置处的可变直径车轮机构关于车体组件对中设置，两侧的可变直径车轮机构关于车体组件对中设置；所述的车体组件包括车体箱、电机座、电机、齿轮一、电磁离合器座和车体箱上端盖；车体箱内固接四个电机座，电机座内安装电机，电机的伸出轴上固接齿轮一；两个电磁离合器座一前一后固接在车体箱上；车体箱顶部可拆卸连接车体箱上端盖；
所述的可变直径车轮机构包括车轮、轴承座、轴承一、外轴、内轴、轴承二、齿轮二和电磁离合器；所述的车轮包括双联凸轮、带桨轮缘推杆组件、轮毂和弹簧；所述的外轴通过两个轴承一支承于轴承座上；轴承座固接于车体箱上；所述外轴的一端与轮毂固接，另一端与齿轮二固接；内轴通过轴承二支承于外轴内；内轴的一端与双联凸轮固接，另一端与电磁离合器的一端固接；双联凸轮设置在轮毂内；所述的双联凸轮包括内端面固定在一起的两个凸轮；凸轮设有n个呈半圆弧形的凸形接触面，n≥4，相邻凸形接触面间通过凹形过渡弧面连接；沿凸轮周向方向上，一个凸轮的凸形接触面顶部与另一个凸轮的凹形过渡弧面底部位置对应；凸形接触面的顶部和凹形过渡弧面的底部均开设锁定孔；同一凸轮的锁定孔中心轴位于同一平面，且相邻锁定孔中心轴轴交角均为180°/n；不同凸轮的锁定孔中心轴沿凸轮轴向间距为L，L≥30mm；所述的轮毂开设有两个限位孔组；限位孔组包括沿周向均布的n个限位孔；不同限位孔组的限位孔中心轴沿轮毂轴向间距L，不同限位孔组的相邻两个限位孔中心轴轴交角均为180°/n；所述的带桨轮缘推杆组件包括投影呈平行四边形的弧形轮缘板、桨板和推杆；所述的桨板固定在弧形轮缘板内弧面，推杆的外端固定在桨板上；2n个带桨轮缘推杆组件沿周向布置，每个带桨轮缘推杆组件的推杆套入轮毂的一个限位孔内；推杆内端端面为半球面，与双联凸轮构成凸轮副；所述的推杆上套有弹簧，弹簧的一端与推杆内端的凸缘接触，另一端与轮毂内侧面接触；车体组件的每个电磁离合器座两侧与对应两个可变直径车轮机构的电磁离合器另一端固接；四个可变直径车轮机构的齿轮二与车体组件的四个齿轮一分别构成齿轮副。
2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车轮可变直径移动平台，其特征在于：所述的两个轴承一通过轴套实现轴向定位。
3.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车轮可变直径移动平台，其特征在于：所述的轴承二通过外轴轴肩轴向定位。
4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车轮可变直径移动平台，其特征在于：所述桨板的长度方向沿弧形轮缘板的周向布置。
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