CN108327459A - 一种可自锁的变形轮机构 - Google Patents

一种可自锁的变形轮机构 Download PDF

Info

Publication number
CN108327459A
CN108327459A CN201810261567.2A CN201810261567A CN108327459A CN 108327459 A CN108327459 A CN 108327459A CN 201810261567 A CN201810261567 A CN 201810261567A CN 108327459 A CN108327459 A CN 108327459A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wheel
deformation
outer rim
self
link block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810261567.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108327459B (zh
Inventor
陈扬枝
李政
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201810261567.2A priority Critical patent/CN108327459B/zh
Publication of CN108327459A publication Critical patent/CN108327459A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108327459B publication Critical patent/CN108327459B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
    • B60B19/02Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group convertible, e.g. from road wheel to rail wheel; Wheels specially designed for alternative use on road and rail
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60BVEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B2900/00Purpose of invention
    • B60B2900/50Improvement of
    • B60B2900/551Handling of obstacles or difficult terrains

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Handcart (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可自锁的变形轮机构,包括轮毂、三段外轮缘、驱动电机以及传动机构,所述传动机构包括丝杆螺母传动机构、第一连接块、三个连杆和三个第二连接块,所述丝杆螺母传动机构包括沿变形轮轴向设置的丝杆和螺母,三段外轮缘均为120°的劣弧,且周向等间距地与轮毂铰接,每段外轮缘均通过对应的第二连接块与对应的连杆的一端活动连接,三个所述连杆的另一端均与所述第一连接块铰链连接,所述第一连接块相对转动地设置在所述螺母上可绕轮毂轴向旋转,所述驱动电机固定在轮毂一侧且与所述丝杆驱动连接。本发明具有结构简单、越障能力强等特点,适应多种尺寸的楼梯爬行,特别适用于城市建筑中的移动机器人、轮椅和搬运装置等。

Description

一种可自锁的变形轮机构
技术领域
本发明属于越障移动平台应用领域,具体为一种可自锁的变形轮机构。
背景技术
变形轮机构具有圆轮和异形轮等多种模式,兼具行驶速度快、越障能力强的特点。已有的变形轮机构变形方式单一,如中国专利(专利申请号201410659775X)公开的“一种用于阶梯攀爬机器人的变形轮机构”,其变形过程由舵机驱动,具有圆轮和异形轮两种形态,在应对尺寸不同的楼梯时,不能适应性地改变变形轮机构的尺寸进而在楼梯上连续且平稳地运行,在实际应用中存在一定局限性。变形轮机构在异形轮模式下运动,需要承受复杂地形的冲击载荷,中国专利(专利申请号2015102716932)公开的“多模式变形轮”,其变形通过电机正反转实现,每一种模式的固定需要电机锁死,不具有自锁功能,使得这种变形轮在负载状态下很难保持姿态,在实际应用中存在稳定性差、能耗大的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种可自锁的变形轮机构,该机构具有结构简单、越障能力强等特点,通过设置异形轮模式变形角的具体数值,变形轮可以适应各种尺寸的楼梯,变形轮机构内部的传动机构具有自锁功能,实现变形轮机构的形状保持,具有较好的适应性和稳定性,特别适用于主要由平地、楼梯构成的运动场所,也适用于郊外环境中复杂多变地形。
要实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案:
一种可自锁的变形轮机构,包括轮毂、三段相同的外轮缘、驱动电机以及传动机构,所述传动机构包括丝杆螺母传动机构、第一连接块、三个连杆和三个第二连接块,所述丝杆螺母传动机构包括沿变形轮轴向设置的丝杆和螺母,三段所述的外轮缘均为120°的劣弧,且周向等间距地与轮毂铰链连接,每段外轮缘均通过对应的第二连接块与对应的所述连杆的一端活动连接,三个所述连杆的另一端均与所述第一连接块铰链连接,所述第一连接块相对转动地设置在所述螺母上可绕轮毂轴向旋转,所述驱动电机固定在轮毂一侧且与所述丝杆驱动连接。
进一步地,所述第二连接块采用两端相互垂直的虎克铰链。
进一步地,三段所述的外轮缘周向等间距地通过两个第一带座轴承和沿变形轮轴向设置的心轴与轮毂铰链连接,所述心轴与轮毂固定连接,所述第一带座轴承的底座固定在外轮缘上,轴承内圈与所述心轴相配合。
进一步地,每个所述的外轮缘上固定有两个第二带座轴承,所述连杆的一端通过所述的第二连接块与两个第二带座轴承活动连接,所述连杆通过带动两个第二带座轴承进而带动外轮缘绕铰链连接点转动。
进一步地,所述可自锁的变形轮机构包括圆轮模式和异形轮模式,其中在所述圆轮模式下,三段外轮缘围成圆形且共圆心;在所述异形轮模式下,所述三段外轮缘同步旋转一定变形角α后相互分离,实现越障功能,所述变形角α是指所述外轮缘从圆轮模式变换至当前位置所转过的角度。
进一步地,所述外轮缘两端设有斜面,在所述圆轮模式下,三段所述外轮缘的两端通过上述斜面两两搭接。实现相对定位并避免变形时发生干涉。
进一步地,在异形轮模式下,所述变形角的数值可视楼梯的踏步宽度和踏步高度的具体尺寸改变形状,实现平稳快速攀越楼梯,所述变形角的数值与楼梯的具体尺寸关系的数学表达式为:
其中,w为楼梯的踏步宽度,h为楼梯的踏步高度,R为所述外轮缘半径,r为三段外轮缘铰链连接位置至轮毂中心的距离,β为所述外轮缘最远端与外轮缘圆心连线、轮毂铰链连接位置与外轮缘圆心连线的夹角,α为变形角,θ为所述外轮缘与楼梯踏面的接触点在所述外轮缘滑过的角度,其值是0~π/3的任意值,L、γ为中间量。
进一步地,所述轮毂内沿轮毂的轴向方向设置有两根相互平行的导向杆,所述螺母通过导向孔与所述导向杆滑动配合,既可以提高稳定性,还能防止螺母产生不必要的自转。
本发明与现有技术相比具有如下的优点:
(1)本发明的变形轮机构的异形轮模式可视检测到的楼梯的踏步宽度和踏步高度的具体尺寸改变形状,对楼梯的适应性强,有效解决了车体攀越阶梯障碍的稳定性、连续性的问题;
(2)本发明的变形轮机构内部的传动机构包含丝杆螺母机构,具有自锁功能,不需要额外的锁止装置即可实现变形轮机构的形状保持,使得变形轮机构具有结构简单、承载能力强和运动稳定性好的特点。
附图说明
图1为本发明实施方式的圆轮模式轴向示意图。
图2为本发明实施方式的异形轮模式轴向示意图。
图3为本发明实施方式的异形轮模式相关参数示意图。
图4为实施方式中拆去一个外轮缘后的径向示意图。
图5为图1中X处放大示意图。
图中:1、轮毂;2、外轮缘;3、驱动电机;4、连杆;5、丝杆;6、螺母;7、第一带座轴承;8、心轴;9、导向杆;10、第一连接块;11、第二连接块;12、第二带座轴承。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明专利的保护范围。
如图1、2和图4所示,一种可自锁的变形轮机构,包括轮毂1、三段相同的外轮缘2、驱动电机3以及传动机构,所述传动机构包括丝杆螺母传动机构、第一连接块10、三个连杆4和三个第二连接块11,所述丝杆螺母传动机构包括沿变形轮轴向设置的丝杆5和螺母6,三段所述的外轮缘2均为120°的劣弧,且周向等间距地与轮毂1铰链连接,每段外轮缘2均通过对应的第二连接块11与对应的所述连杆4的一端活动连接,所述第二连接块11是一个虎克铰链,其目的是实现所述连杆4相对于对应的外轮缘2在两个自由度上旋转。三个所述连杆4的另一端均与所述第一连接块10铰链连接,所述第一连接块10相对转动地设置在所述螺母6上可绕轮毂1轴向旋转,所述驱动电机3固定在轮毂1一侧且与所述丝杆5驱动连接,所述轮毂1内沿轮毂1的轴向方向设置有两根相互平行的导向杆9,所述螺母6通过导向孔与所述导向杆9滑动配合。每个相互连接的外轮缘、第二连接块、连杆、第一连接块和螺母分别形成一组RUUP空间四杆机构。
具体而言,三段所述的外轮缘2周向等间距地通过两个第一带座轴承7和沿变形轮轴向设置的心轴8与轮毂1铰链连接,所述心轴8与轮毂1固定连接,所述第一带座轴承7的底座固定在外轮缘2上,轴承内圈与所述心轴8相配合。
进一步地,每个所述的外轮缘2上固定有两个第二带座轴承12,所述连杆4的一端通过所述的第二连接块11与两个第二带座轴承12活动连接,所述连杆4通过带动两个第二带座轴承12进而带动外轮缘2绕铰链连接点转动。
进一步地,所述可自锁的变形轮机构包括圆轮模式和异形轮模式,其中在所述圆轮模式下,三段外轮缘2围成圆形且共圆心;在所述异形轮模式下,所述三段外轮缘2同步旋转一定变形角α后相互分离,实现越障功能,所述变形角α是指所述外轮缘从圆轮模式变换至当前位置所转过的角度。
如图1和图5所示,所述外轮缘2两端设有斜面,在所述圆轮模式下,三段所述外轮缘2的两端通过上述斜面两两搭接,实现相对定位并避免变形时发生干涉,并通过所述丝杆螺母传动机构锁死,实现圆轮模式的形态保持。
如图3所示,在异形轮模式下,所述变形角的数值可视楼梯的踏步宽度和踏步高度的具体尺寸改变形状,实现平稳快速攀越楼梯,所述变形角的数值与楼梯的具体尺寸关系的数学表达式为:
其中,w为楼梯的踏步宽度,h为楼梯的踏步高度,R为所述外轮缘2半径,r为三段外轮缘2铰链连接位置至轮毂1中心的距离,β为所述外轮缘2最远端与外轮缘2圆心连线、轮毂1铰链连接位置与外轮缘2圆心连线的夹角,α为变形角,θ为所述外轮缘2与楼梯踏面的接触点在所述外轮缘2滑过的角度,其值是0~π/3的任意值,L、γ为中间量。
上述实施例中,所述丝杆螺母传动机构具有自锁功能,在异形轮模式下,三段所述外轮缘2的变形角可以是任意角度,当变形角为极限范围内任意取值时所述变形轮机构均可实现自锁定位。
具体而言,上述实施例提供的变形轮机构从圆轮模式变形到异形轮模式的实现过程包括:
所述驱动电机3驱动丝杆5旋转,丝杆5带动螺母6沿两根轮毂轴向、相互平行的导向杆9运动,螺母6外侧套有能相对于螺母6绕轮毂1周向运动的第一连接块10,所述第一连接块10在轮毂1周向等间距地与三根连杆4铰链连接,所述第一连接块10随螺母6沿轮毂1轴向运动,同时带动三根所述连杆4运动,三根所述连杆4同时带动对应外轮缘2上的第二连接块11运动,所述第二连接块11通过带动两个固定在外轮缘2上的第二带座轴承12,进而带动外轮缘2绕铰链连接点转动,实现变形。
上述实施例具有结构简单、越障能力强等特点,通过设置异形轮模式的变形角,变形轮可以适应多种尺寸的楼梯爬行,特别适用于城市建筑中的移动机器人、轮椅和搬运装置等。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可自锁的变形轮机构,包括轮毂(1)、三段相同的外轮缘(2)、驱动电机(3)以及传动机构,其特征在于:所述传动机构包括丝杆螺母传动机构、第一连接块(10)、三个连杆(4)和三个第二连接块(11),所述丝杆螺母传动机构包括沿变形轮轴向设置的丝杆(5)和螺母(6),三段所述的外轮缘(2)均为120°的劣弧,且周向等间距地与轮毂(1)铰链连接,每段外轮缘(2)均通过对应的第二连接块(11)与对应的所述连杆(4)的一端活动连接,三个所述连杆(4)的另一端均与所述第一连接块(10)铰链连接,所述第一连接块(10)相对转动地设置在所述螺母(6)上可绕轮毂(1)轴向旋转,所述驱动电机(3)固定在轮毂(1)一侧且与所述丝杆(5)驱动连接。
2.根据权利要求1所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:所述第二连接块(11)采用两端相互垂直的虎克铰链。
3.根据权利要求1所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:三段所述的外轮缘(2)周向等间距地通过两个第一带座轴承(7)和沿变形轮轴向设置的心轴(8)与轮毂(1)铰链连接,所述心轴(8)与轮毂(1)固定连接,所述第一带座轴承(7)的底座固定在外轮缘(2)上,轴承内圈与所述心轴(8)相配合。
4.根据权利要求1所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:每个所述的外轮缘(2)上固定有两个第二带座轴承(12),所述连杆(4)的一端通过所述的第二连接块(11)与两个第二带座轴承(12)活动连接,所述连杆(4)通过带动两个第二带座轴承(12)进而带动外轮缘(2)绕铰链连接点转动。
5.根据权利要求1所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:所述可自锁的变形轮机构包括圆轮模式和异形轮模式,其中在所述圆轮模式下,三段外轮缘(2)围成圆形且共圆心;在所述异形轮模式下,所述三段外轮缘(2)同步旋转一定变形角α后相互分离,实现越障功能,所述变形角α是指所述外轮缘从圆轮模式变换至当前位置所转过的角度。
6.根据权利要求5所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:所述外轮缘(2)两端设有斜面,在所述圆轮模式下,三段所述外轮缘(2)的两端通过上述斜面两两搭接。实现相对定位并避免变形时发生干涉。
7.根据权利要求5所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:在异形轮模式下,所述变形角的数值可视楼梯的踏步宽度和踏步高度的具体尺寸改变形状,实现平稳快速攀越楼梯,所述变形角的数值与楼梯的具体尺寸关系的数学表达式为:
其中,w为楼梯的踏步宽度,h为楼梯的踏步高度,R为所述外轮缘(2)半径,r为三段外轮缘(2)铰链连接位置至轮毂(1)中心的距离,β为所述外轮缘(2)最远端与外轮缘(2)圆心连线、轮毂(1)铰链连接位置与外轮缘(2)圆心连线的夹角,α为变形角,θ为所述外轮缘(2)与楼梯踏面的接触点在所述外轮缘(2)滑过的角度,其值是(0)~π/3的任意值,L、γ为中间量。
8.根据权利要求1所述的一种可自锁的变形轮机构,其特征在于:所述轮毂(1)内沿轮毂(1)的轴向方向设置有两根相互平行的导向杆(9),所述螺母(6)通过导向孔与所述导向杆(9)滑动配合。
CN201810261567.2A 2018-03-28 2018-03-28 一种可自锁的变形轮机构 Active CN108327459B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810261567.2A CN108327459B (zh) 2018-03-28 2018-03-28 一种可自锁的变形轮机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810261567.2A CN108327459B (zh) 2018-03-28 2018-03-28 一种可自锁的变形轮机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108327459A true CN108327459A (zh) 2018-07-27
CN108327459B CN108327459B (zh) 2023-10-31

Family

ID=62931631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810261567.2A Active CN108327459B (zh) 2018-03-28 2018-03-28 一种可自锁的变形轮机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108327459B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109177646A (zh) * 2018-09-10 2019-01-11 内蒙古第机械集团股份有限公司 一种运动结构可重构的轮胎
CN110654164A (zh) * 2019-09-11 2020-01-07 成都工业职业技术学院 一种车轮
CN110946720A (zh) * 2019-11-15 2020-04-03 江汉大学 一种轮椅
CN112140803A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 内蒙古工业大学 一种可变形轮胎

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013052779A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Nihon Univ 展開車輪
WO2014192028A2 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Rafique Riyaz Reconfigurable mechanism for wind turbine blades
CN204249714U (zh) * 2014-11-13 2015-04-08 同济大学 滑动丝杠自锁式车轮直径可变机构
CN105774394A (zh) * 2016-04-08 2016-07-20 重庆大学 具有变形轮的移动机器人
KR20170088480A (ko) * 2016-01-22 2017-08-02 한국기술교육대학교 산학협력단 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴
CN206579401U (zh) * 2017-03-10 2017-10-24 中国石油大学(华东) 一种新型越野车轮
CN208376423U (zh) * 2018-03-28 2019-01-15 华南理工大学 一种可自锁的变形轮机构

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013052779A (ja) * 2011-09-05 2013-03-21 Nihon Univ 展開車輪
WO2014192028A2 (en) * 2013-05-30 2014-12-04 Rafique Riyaz Reconfigurable mechanism for wind turbine blades
CN204249714U (zh) * 2014-11-13 2015-04-08 同济大学 滑动丝杠自锁式车轮直径可变机构
KR20170088480A (ko) * 2016-01-22 2017-08-02 한국기술교육대학교 산학협력단 에어리스 타이어 적용 가변형 바퀴
CN105774394A (zh) * 2016-04-08 2016-07-20 重庆大学 具有变形轮的移动机器人
CN206579401U (zh) * 2017-03-10 2017-10-24 中国石油大学(华东) 一种新型越野车轮
CN208376423U (zh) * 2018-03-28 2019-01-15 华南理工大学 一种可自锁的变形轮机构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李政: ""基于线齿轮减速器的轮足复合移动机器人研究"" *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109177646A (zh) * 2018-09-10 2019-01-11 内蒙古第机械集团股份有限公司 一种运动结构可重构的轮胎
CN110654164A (zh) * 2019-09-11 2020-01-07 成都工业职业技术学院 一种车轮
CN110946720A (zh) * 2019-11-15 2020-04-03 江汉大学 一种轮椅
CN110946720B (zh) * 2019-11-15 2024-05-28 江汉大学 一种轮椅
CN112140803A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 内蒙古工业大学 一种可变形轮胎

Also Published As

Publication number Publication date
CN108327459B (zh) 2023-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108327459A (zh) 一种可自锁的变形轮机构
CN102328704B (zh) 可展轮式移动机器人
CN203511152U (zh) 一种适用于平地和阶梯的两用车轮
US8753155B2 (en) Wheel with folding segments
CN102350917A (zh) 可折展组合式越障车轮
CN208376423U (zh) 一种可自锁的变形轮机构
CN201132553Y (zh) 一种星轮行星轮式登楼轮
CN108403318A (zh) 一种可爬楼梯的变形车轮
CN101844483B (zh) 一种可变直径轮腿复合式轮结构
KR20110117489A (ko) 노면 순응형 가변구동바퀴
CN103054677A (zh) 一种平稳型楼梯及平地行走电动轮椅
JP2007192070A (ja) 塔状構造物構築用リフトアップ装置の旋回装置
CN109677206A (zh) 既可上台阶又可平地行驶的多用途轮胎及其使用方法
CN103600631B (zh) 一种基于偏心桨机构的水陆两栖车轮机构
CN105564147B (zh) 一种多边形车轮及其齿轮驱动机构
US11060591B2 (en) Planetary variator for variable transmission
CN106143028B (zh) 一种水陆两栖车的水中行驶推动装置
CN102180064A (zh) 差动式全方位轮
CN102691853A (zh) 一种气动管道内行走器
CN102795274A (zh) 机械关节及仿生机械恐龙的腿部结构
CN202782474U (zh) 滚珠限位式重复折展锁解车轮机构
CN111674200B (zh) 周向平移式四杆机构变形轮
CN202933122U (zh) 一种平稳型楼梯及平地行走电动轮椅
CN203958495U (zh) 折叠车的新型折叠机构
CN210757697U (zh) 多足轮式机器人的折叠轮组件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant