CN107344474B - 伸缩式变形轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伸缩式变形轮装置，该变形轮包括轮毂(1)、与轮毂(1)分别连接的若干轮辐(2)和与轮辐(2)分别连接的若干轮圈(3)。所述轮毂(1)外表面均等环绕着六组结构相同的剪叉轮辐(2)，每组剪叉轮辐(2)与一个轮圈(3)相连，相邻的剪叉轮辐(2)与轮圈(3)平行错位布置，防止在变形过程中产生干涉。每组剪叉轮辐和轮圈的变形程度可通过与之相连的液压缸单独控制，不同变形程度的剪叉轮辐和轮圈的相互组合，可以使变形轮处于不同的状态，如六组剪叉轮辐充分伸长时的完全展开状态，六组剪叉轮辐充分收缩状态时的收缩状态和剪叉轮辐部分展开、部分收缩时的越障状态。

Description

伸缩式变形轮装置

技术领域

本发明涉及一种伸缩式变形轮装置，属于机器人应用领域。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人越来越广泛地应用于日常生产生活中，其中轮式移动机器人是一类应用较广泛的机器人，该类机器人具有运动稳定、承载能力大、前行速度快、工作效率高等优点。

目前，多数轮式移动机器人采用传统的结构固定式车轮，使得该类机器人的使用受到一定的限制。例如，残疾人士所使用的轮椅采用体积较大的结构固定式车轮，使得轮椅折叠后仍需占据较大的空间；一些轮式救援机器人受救援空间的限制，不得不使用直径较小的车轮，但这限制了其移动速度，浪费了宝贵的救援时间。因此，对伸缩式变形轮的设计可扩展移动机器人的应用范围。

发明内容

技术问题：本发明公开了一种伸缩式变形轮装置，以解决现有轮式装置结构复杂、环境适应性差、可折叠能力不足的问题。本发明对环境适应性强，可扩展移动机器人的应用范围。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种伸缩式变形轮装置，通过可伸缩的剪叉轮辐和轮圈实现变形轮结构的改变，不同变形程度的剪叉轮辐和轮圈的相互组合，可以使变形轮处于不同的工作状态。该变形轮包括轮毂、与轮毂分别连接的若干轮辐和与轮辐分别连接的若干轮圈。

优选的，所述轮毂外表面均等环绕着六组结构相同的剪叉轮辐，每组剪叉轮辐与一个轮圈相连，相邻的剪叉轮辐与轮圈平行错位布置，防止在变形过程中产生干涉。

优选的，每一组剪叉轮辐由三组X形结构依次连接而成；剪叉轮辐的一端通过轮辐滑动轴与轮毂上的滑动槽连接，另一端通过轮圈滑动轴与轮圈上的滑动槽连接；每一组剪叉轮辐通过液压缸连接杆与液压缸活塞杆连接，在液压缸的驱动下，所述剪叉轮辐用于实现伸缩变形功能。

优选的，每组轮圈采用分段式结构，轮圈侧翼左和轮圈侧翼右位于轮圈主体的两侧并采用铰接方式连接，在剪叉轮辐变形过程中，轮圈侧翼也相对运动，从而根据需要调整轮圈的形状。

优选的，每一组轮圈中的轮圈主体、轮圈侧翼左和轮圈侧翼右外侧表面均附有实心橡胶块，起到减震缓冲的作用。

优选的，轮毂支架的周向均布六组液压缸，每一组的液压缸主体通过螺纹与轮毂支架侧面上的螺纹孔相连，液压缸活塞杆穿过轮毂外框的光孔与每一组剪叉轮辐上的液压缸连杆通过螺纹连接；轮毂支架通过螺钉分别与轮毂侧板一和轮毂侧板二连接，轮毂侧板一和轮毂侧板二又分别通过螺钉与轮毂外框相连；轮毂外框的每个外侧面上通过螺栓固定着轮辐滑动槽一和轮辐滑动槽二，相邻两侧面上的轮辐滑动槽交错分布，防止相邻的剪叉轮辐在运动过程中产生干涉。

优选的，轮辐连杆一的下端孔穿过轮辐滑动轴一并且用于绕该轴转动，轮辐滑动轴一的一端位于轮辐滑动槽一的槽口内，沿所述滑动槽的槽口滑动，轮辐连杆二的下端孔穿过轮辐滑动轴二并且用于绕该轴转动，轮辐滑动轴二的一端位于轮辐滑动槽二的槽口内，用于沿所述滑动槽的槽口滑动；轮辐连杆一和轮辐连杆二的中间孔分别穿过轮辐转轴一并且用于绕该轴转动，液压缸连杆一端的光孔也穿过轮辐转轴一并位于轮辐连杆一和轮辐连杆二之间；轮辐连杆二和轮辐连杆三通过轮辐转轴二铰接，圆环隔离套穿过轮辐转轴二并位于所述两连杆之间，防止两连杆沿轮辐转轴二轴向移动；轮辐连杆一与轮辐连杆四通过轮辐转轴铰接，轮辐连杆三与轮辐连杆四孔通过轮辐转轴四铰接，轮辐连杆四、轮辐连杆五与侧翼连杆二通过轮辐转轴五铰接，侧翼连杆二、轮辐连杆六与轮辐连杆三通过轮辐转轴六铰接，轮辐连杆五与轮辐连杆六通过轮辐转轴七铰接。

优选的，轮圈主体与轮圈侧翼一通过轮圈转轴一铰接，轮圈主体与轮圈侧翼二通过轮圈转轴二铰接，轮圈侧翼一与侧翼连杆一通过轮圈转轴三铰接，轮圈侧翼二与侧翼连杆二通过轮圈转轴四铰接；轮辐连杆五的上端孔穿过轮圈滑动轴二并且用于绕该轴转动，轮辐连杆六的上端孔穿过轮圈滑动轴一并且用于绕该轴转动，轮圈滑动轴一的一端和轮圈滑动轴二的一端分别位于轮圈主体上的槽口内，用于沿各自所在的槽口滑动。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）传统变形轮的轮辐结构固定，在变形过程中变形轮所占据的空间变化不明显。本发明中轮辐采用剪叉结构，可以根据使用环境动态地调整剪叉结构的长度，从而改变该变形轮所占据的空间。

（2）本发明中，每一组轮圈采用分段式结构，在剪叉轮辐变形过程中轮圈侧翼也能相对运动，从而根据需要调整轮圈的形状。

（3）本发明中，每一组剪叉轮辐和轮圈采用液压缸作为单一的驱动源，但可同时驱动剪叉轮辐的展开与收缩和分段式轮圈的展开与收缩。

（4）本发明中，六组剪叉轮辐和轮圈相互独立，因此每组剪叉轮辐和轮圈的变形程度可通过与之相连的液压缸单独控制。不同变形程度的剪叉轮辐和轮圈的相互组合，可以使变形轮实现不同的功能。

（5）本发明结构简单、质量轻，大量重复使用连杆、转轴、移动轴，降低了机构的成本。本发明对环境适应性强，可以适应多种复杂地形，使得本发明可以运用于军事、民用等各个领域及诸多场合。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的轮毂结构示意图；

图3为本发明的剪叉轮辐与轮圈结构示意图；

图4为本发明的完全展开状态下示意图；

图5为本发明的完全收缩状态下示意图；

图6为本发明的越障状态下示意图。

图中有：轮毂1、剪叉轮辐2、轮圈3、轮毂支架111、轮毂外框112、轮毂侧板一113、轮毂侧板二114、轮辐滑动槽一121、轮辐滑动槽二122、液压缸主体131、液压缸活塞杆132、轮辐连杆一211、轮辐连杆二212、轮辐连杆三213、轮辐连杆四214、轮辐连杆五215、轮辐连杆六216、轮辐转轴一221、轮辐转轴二222、轮辐转轴三223、轮辐转轴四224、轮辐转轴五225、轮辐转轴六226、轮辐转轴七227、轮辐滑动轴一231、轮辐滑动轴二232、圆环隔离套241、液压缸连杆251、轮圈主体311、轮圈侧翼一312、轮圈侧翼二313、侧翼连杆一321、侧翼连杆二322、轮圈转轴一331、轮圈转轴二332、轮圈转轴三333、轮圈转轴四334、轮圈滑动轴一341、轮圈滑动轴二342。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

本发明提供的伸缩式变形轮装置，包括轮毂、环绕于该轮毂表面均等分布的六组剪叉机构及轮圈。每一组剪叉轮辐由三组X形结构连接而成，可实现伸缩变形功能。每一组轮圈采用分段式结构，在剪叉轮辐变形过程中轮圈侧翼也能相对运动，从而根据需要调整轮圈的形状。每组剪叉轮辐和轮圈的变形程度可通过与之相连的液压缸单独控制，不同变形程度的剪叉轮辐和轮圈的相互组合，可以使变形轮处于不同的状态，如六组剪叉轮辐充分伸长时的完全展开状态，六组剪叉轮辐充分收缩状态时的收缩状态和剪叉轮辐部分展开、部分收缩时的越障状态。

如图1至图6所示，本发明提供的一种伸缩式变形轮装置，该变形轮包括轮毂1、与轮毂1分别连接的若干轮辐2和与轮辐2分别连接的若干轮圈3。

所述轮毂1外表面均等环绕着六组结构相同的剪叉轮辐2，每组剪叉轮辐2与一个轮圈3相连，相邻的剪叉轮辐2与轮圈3平行错位布置，防止在变形过程中产生干涉。

每一组剪叉轮辐2由三组X形结构依次连接而成；剪叉轮辐2的一端通过轮辐滑动轴与轮毂1上的滑动槽连接，另一端通过轮圈滑动轴与轮圈3上的滑动槽连接；每一组剪叉轮辐2通过液压缸连接杆与液压缸活塞杆连接，在液压缸的驱动下，所述剪叉轮辐2用于实现伸缩变形功能。

每组轮圈3采用分段式结构，轮圈侧翼左和轮圈侧翼右位于轮圈3主体的两侧并采用铰接方式连接，在剪叉轮辐2变形过程中，轮圈侧翼也相对运动，从而根据需要调整轮圈的形状。

每一组轮圈3中的轮圈主体、轮圈侧翼左和轮圈侧翼右外侧表面均附有实心橡胶块，起到减震缓冲的作用。

轮毂支架111的周向均布六组液压缸，每一组的液压缸主体131通过螺纹与轮毂支架111侧面上的螺纹孔相连，液压缸活塞杆132穿过轮毂外框112的光孔与每一组剪叉轮辐2上的液压缸连杆251通过螺纹连接；轮毂支架111通过螺钉分别与轮毂侧板一113和轮毂侧板二114连接，轮毂侧板一113和轮毂侧板二114又分别通过螺钉与轮毂外框112相连；轮毂外框112的每个外侧面上通过螺栓固定着轮辐滑动槽一121和轮辐滑动槽二122，相邻两侧面上的轮辐滑动槽交错分布，防止相邻的剪叉轮辐在运动过程中产生干涉。

轮辐连杆一211的下端孔穿过轮辐滑动轴一231并且可绕该轴转动，轮辐滑动轴一231的一端位于轮辐滑动槽一121的槽口内，可沿所述滑动槽的槽口滑动，轮辐连杆二212的下端孔穿过轮辐滑动轴二232并且可绕该轴转动，轮辐滑动轴二232的一端位于轮辐滑动槽二122的槽口内，可沿所述滑动槽的槽口滑动。轮辐连杆一211和轮辐连杆二212的中间孔分别穿过轮辐转轴一221并且可绕该轴转动，液压缸连杆251一端的光孔也穿过轮辐转轴一221并位于轮辐连杆一211和轮辐连杆二212之间。轮辐连杆二212和轮辐连杆三213通过轮辐转轴二222铰接，圆环隔离套241穿过轮辐转轴二222并位于所述两连杆之间，防止两连杆沿轮辐转轴二222轴向移动。轮辐连杆一211与轮辐连杆四214通过轮辐转轴223铰接，轮辐连杆三213与轮辐连杆四214孔通过轮辐转轴四224铰接，轮辐连杆四214、轮辐连杆五215与侧翼连杆二322通过轮辐转轴五225铰接，侧翼连杆二321、轮辐连杆六216与轮辐连杆三213通过轮辐转轴六226铰接，轮辐连杆五215与轮辐连杆六216通过轮辐转轴七227铰接。

轮圈主体311与轮圈侧翼一312通过轮圈转轴一331铰接，轮圈主体331与轮圈侧翼二313通过轮圈转轴二332铰接，轮圈侧翼一312与侧翼连杆一321通过轮圈转轴三333铰接，轮圈侧翼二313与侧翼连杆二322通过轮圈转轴四334铰接。轮辐连杆五215的上端孔穿过轮圈滑动轴二342并且可绕该轴转动，轮辐连杆六216的上端孔穿过轮圈滑动轴一341并且可绕该轴转动，轮圈滑动轴一341的一端和轮圈滑动轴二342的一端分别位于轮圈主体331上的槽口内，可沿各自所在的槽口滑动。

当六组剪叉轮辐都处于充分伸长状态时，变形轮处于完全展开状态，六组轮圈的外侧表面组成一个完整的圆，变形轮直径达到最大；当六组剪叉轮辐都处于收缩状态时，变形轮处于收缩状态，变形轮所占据的空间达到最小；当三组相间的剪叉轮辐都处于展开状态，另外三组相间的剪叉轮辐都处于收缩状态时，变形轮处于越障状态，此时轮圈之间存在空隙，减少了在滚动过程中与障碍物接触的几率。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护。

Claims (1)

1.一种伸缩式变形轮装置，其特征在于，该变形轮包括轮毂（1）、与轮毂（1）分别连接的若干剪叉轮辐（2）和与剪叉轮辐（2）分别连接的若干轮圈（3）；

所述轮毂（1）外表面均等环绕着六组结构相同的剪叉轮辐（2），每组剪叉轮辐（2）与一个轮圈（3）相连，相邻的剪叉轮辐（2）与轮圈（3）平行错位布置，防止在变形过程中产生干涉；

每一组剪叉轮辐（2）由三组X形结构依次连接而成；剪叉轮辐（2）的一端通过轮辐滑动轴与轮毂（1）上的滑动槽连接，另一端通过轮圈滑动轴与轮圈（3）上的滑动槽连接；每一组剪叉轮辐（2）通过液压缸连杆与液压缸活塞杆连接，在液压缸的驱动下，所述剪叉轮辐（2）用于实现伸缩变形功能；

每组轮圈（3）采用分段式结构，轮圈侧翼一和轮圈侧翼二位于轮圈（3）主体的两侧并采用铰接方式连接，在剪叉轮辐（2）变形过程中，轮圈侧翼也相对运动，从而根据需要调整轮圈的形状；

每一组轮圈（3）中的轮圈主体、轮圈侧翼一和轮圈侧翼二外侧表面均附有实心橡胶块，起到减震缓冲的作用；

轮毂支架（111）的周向均布六组液压缸，每一组的液压缸主体（131）通过螺纹与轮毂支架（111）侧面上的螺纹孔相连，液压缸活塞杆（132）穿过轮毂外框（112）的光孔与每一组剪叉轮辐（2）上的液压缸连杆（251）通过螺纹连接；轮毂支架（111）通过螺钉分别与轮毂侧板一（113）和轮毂侧板二（114）连接，轮毂侧板一（113）和轮毂侧板二（114）又分别通过螺钉与轮毂外框（112）相连；轮毂外框（112）的每个外侧面上通过螺栓固定着轮辐滑动槽一（121）和轮辐滑动槽二（122），相邻两侧面上的轮辐滑动槽交错分布，防止相邻的剪叉轮辐在运动过程中产生干涉；

轮辐连杆一（211）的下端孔穿过轮辐滑动轴一（231）并且用于绕该轴转动，轮辐滑动轴一（231）的一端位于轮辐滑动槽一（121）的槽口内，沿所述轮辐滑动槽一（121）的槽口滑动，轮辐连杆二（212）的下端孔穿过轮辐滑动轴二（232）并且用于绕该轴转动，轮辐滑动轴二（232）的一端位于轮辐滑动槽二（122）的槽口内，用于沿所述轮辐滑动槽二（122）的槽口滑动；轮辐连杆一（211）和轮辐连杆二（212）的中间孔分别穿过轮辐转轴一（221）并且用于绕该轴转动，液压缸连杆（251）一端的光孔也穿过轮辐转轴一（221）并位于轮辐连杆一（211）和轮辐连杆二（212）之间；轮辐连杆二（212）和轮辐连杆三（213）通过轮辐转轴二（222）铰接，圆环隔离套（241）穿过轮辐转轴二（222）并位于轮辐连杆二（212）和轮辐连杆三（213）之间，防止轮辐连杆二（212）和轮辐连杆三（213）沿轮辐转轴二（222）轴向移动；轮辐连杆一（211）与轮辐连杆四（214）通过轮辐转轴三（223）铰接，轮辐连杆三（213）与轮辐连杆四（214）的中间孔通过轮辐转轴四（224）铰接，轮辐连杆四（214）、轮辐连杆五（215）与侧翼连杆二（322）通过轮辐转轴五（225）铰接，侧翼连杆一（321）、轮辐连杆六（216）与轮辐连杆三（213）通过轮辐转轴六（226）铰接，轮辐连杆五（215）与轮辐连杆六（216）通过轮辐转轴七（227）铰接；

轮圈主体（311）与轮圈侧翼一（312）通过轮圈转轴一（331）铰接，轮圈主体（311）与轮圈侧翼二（313）通过轮圈转轴二（332）铰接，轮圈侧翼一（312）与侧翼连杆一（321）通过轮圈转轴三（333）铰接，轮圈侧翼二（313）与侧翼连杆二（322）通过轮圈转轴四（334）铰接；轮辐连杆五（215）的上端孔穿过轮圈滑动轴二（342）并且用于绕该轴转动，轮辐连杆六（216）的上端孔穿过轮圈滑动轴一（341）并且用于绕该轴转动，轮圈滑动轴一（341）的一端和轮圈滑动轴二（342）的一端分别位于轮圈主体（311）上的槽口内，用于沿各自所在的槽口滑动。

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