CN109398520B - 一种轮腿变换装置 - Google Patents
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Abstract
一种轮腿变换装置，属于机构设计技术领域。所述轮腿变换装置包括轮大腿、轮小腿和轮腿变换驱动装置，轮大腿为左右对称结构，其中部设置有轮腿变换驱动装置安装槽，其下部左右两侧对称设置有销轴三安装孔一，用于与轮小腿连接，轮腿变换驱动装置包括驱动电机、轴承座一、主动齿轮、从动齿轮、丝杠、螺母滑块、轴承座二和轮腿变换驱动连杆组件，轮小腿包括电动推杆、连接板、轮毂板一、轮毂板二、轮毂板三、支撑杆、支撑套一、支撑套二和轮足。所述轮腿变换装置轮径尺寸大、轮腿结构简单、变形驱动装置简单、易于制造；变形为轮形结构时，轮形结构直径较大，路面适应能力较强；变形为腿形结构时，腿长较长、越障能力较强。
Description
技术领域
本发明涉及机构设计技术领域，特别涉及一种轮腿变换装置。
背景技术
轮形结构能够在平坦路面快速移动，但在崎岖复杂环境中移动较为困难，故轮形结构的地形适应能力较差；而腿形结构则具有良好的地形适应能力，既可以在平坦路面行走，又能够在崎岖地形环境中行走，但其行走速度相对较慢。为了充分利用轮形结构和腿形结构的优势，许多学者设计了多款可实现轮形结构与腿形结构相互变换的轮腿复合结构，申请号为201710421366.X和201710425107.4的两个专利公布的轮腿结构变形为腿形结构时，每个轮上伸出三条支腿，占用空间大、腿长较短、越障能力差；申请号为201710271962.4的专利公布的轮腿结构变形为腿形结构时，结构较为简单，但腿长较短、承载能力较差；申请号为201710540279.6的专利公布的轮腿结构变形为腿形结构时，腿长较长、承载能力较大、越障能力较强，但结构复杂、传动件多，制造难度大；因此，已公开的轮腿结构文献之中，存在腿长较短、越障能力差以及结构复杂、制造困难等问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种轮腿变换装置，结构简单、操作方便，轮径较大、腿长可调、承载能力强。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种轮腿变换装置，包括轮大腿、轮小腿和轮腿变换驱动装置；
所述轮大腿为左右对称结构，其中部设置有轮腿变换驱动装置安装槽，其下部左右两侧对称设置有销轴三安装孔一，用于与轮小腿连接；
所述轮腿变换驱动装置包括设置在轮腿变换驱动装置安装槽内的驱动电机、轴承座一、主动齿轮、从动齿轮、丝杠、螺母滑块和轴承座二，以及设置在轮腿变换驱动装置安装槽外的轮腿变换驱动连杆组件，所述驱动电机固设在轴承座一上，驱动电机的电机轴与主动齿轮固定连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮套设在丝杠上，且与丝杠固定连接，所述丝杠的一端与轴承座一连接，丝杠的另一端与轴承座二连接，丝杠位于轮大腿的对称轴处，且与螺母滑块垂直设置，螺母滑块为对称结构，丝杠穿过螺母滑块对称中心的螺纹孔，螺母滑块可沿着丝杠上下移动，两组所述轮腿变换驱动连杆组件对称设置在轮大腿的左右两侧；
所述轮小腿包括电动推杆、连接板、轮毂板一、轮毂板二、轮毂板三、支撑杆、支撑套一、支撑套二和轮足，所述连接板分别与轮大腿、电动推杆远离其伸出端的一端和轮毂板一的一端连接，电动推杆的伸出端依次穿过支撑套一和支撑套二与轮足通过销轴五铰接，所述支撑套一和支撑套二与电动推杆的伸出端滑动连接，轮毂板一的另一端依次与轮毂板二、轮毂板三和支撑套一铰接，所述支撑杆的一端与轮毂板一的另一端铰接，支撑杆的另一端与支撑套一铰接。
所述轮腿变换驱动连杆组件包括相互平行的两个连杆一、两个L形杠杆和两个连杆二，其中，每个连杆一的一端与L形杠杆的中间拐点铰接，L形杠杆的长边端部与连杆二的一端铰接，两个L形杠杆的短边端部通过销轴二连接，且安装在轮大腿上，两个连杆二远离L形杠杆的一端通过销轴一连接，且安装在轮小腿上，所述两组轮腿变换驱动连杆组件中相对应的两个连杆一远离L形杠杆的一端共同通过销轴四与螺母滑块铰接。
所述轮毂板一、轮毂板二和轮毂板三均为弧形结构。
所述轮足上设置有轮足销孔、锁定销孔和锁定销。
所述轮大腿的轮腿变换驱动装置安装槽的上部和下部均设有轴承座安装孔，轮支架中部的左右两侧分别设有销轴二安装孔；所述连接板上设置有销轴三安装孔二、轮毂板一安装孔、销轴一安装孔和电动推杆安装孔。
本发明的有益效果是：
本发明的一种轮腿变换装置具有轮径尺寸较大、轮腿结构简单、变形驱动装置简单、易于制造等特点。能够实现轮形结构与腿形结构的变换，变形为轮形结构时，可实现平坦路面的快速行走，轮形结构直径较大，路面适应能力较强；变形为腿形结构时，可实现崎岖路面的快速行走，腿长较长、越障能力较强。变形驱动装置采用多连杆机构，结构简单、易于制造。
附图说明
图1是本发明提供的一种轮腿变换装置的轮形结构示意图；
图2是本发明提供的一种轮腿变换装置的腿形结构示意图；
图3是本发明提供的一种轮腿变换装置的轮大腿结构示意图；
图4是本发明提供的一种轮腿变换装置的轮腿变换驱动装置结构示意图；
图5是本发明提供的一种轮腿变换装置的轮小腿结构示意图；
图6是本发明提供的一种轮腿变换装置的轮小腿展开结构示意图；
图7是本发明提供的一种轮腿变换装置的连接板结构示意图；
图8是本发明提供的一种轮腿变换装置的轮足结构示意图。
其中，
1、轮大腿，2、轮腿变换驱动装置，3、轮小腿，4、销轴一，5、销轴二，6、销轴三，1-1、轴承座安装孔，1-2、销轴二安装孔，1-3、销轴三安装孔一，2-1、驱动电机，2-2、轴承座一，2-3、从动齿轮，2-4、主动齿轮，2-5、丝杠，2-6、螺母滑块，2-7、轴承座二，2-8、销轴四，2-9、连杆一，2-10、L形杠杆，2-11、连杆二，3-1、电动推杆，3-2、连接板，3-3、轮毂板一，3-4、轮毂板二，3-5、轮毂板三，3-6、支撑杆，3-7、支撑套一，3-8、支撑套二，3-9、销轴五，3-10、轮足，3-2-1、销轴三安装孔二，3-2-2、轮毂板一安装孔，3-2-3、销轴一安装孔，3-2-4、电动推杆安装孔，3-10-1、轮足销孔，3-10-2、锁定销孔，3-10-3、锁定销。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“一”、“二”、“三”、“四”只用于区分各个部件，并不代表前后顺序。术语“上”、“下”、“左”、“右”“前”、“后”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图8所示，本发明提供了一种轮腿变换装置，包括轮大腿1、轮小腿3和轮腿变换驱动装置2；
轮大腿1为左右对称结构，其中部设置有轮腿变换驱动装置2安装槽，其下部左右两侧对称设置有销轴三安装孔一1-3，用于与轮小腿3连接，轮小腿3通过销轴三6铰接安装于轮大腿1上；
轮腿变换驱动装置2包括设置在轮腿变换驱动装置安装槽内的驱动电机2-1、轴承座一2-2、主动齿轮2-4、从动齿轮2-3、丝杠2-5、螺母滑块2-6和轴承座二2-7，以及设置在轮腿变换驱动装置安装槽外的轮腿变换驱动连杆组件，驱动电机2-1固设在轴承座一2-2上，驱动电机2-1的电机轴与主动齿轮2-4固定连接，主动齿轮2-4与从动齿轮2-3啮合，从动齿轮2-3套设在丝杠2-5上，且与丝杠2-5固定连接，丝杠2-5的一端与轴承座一2-2连接，丝杠2-5的另一端与轴承座二2-7连接，丝杠2-5位于轮大腿1的对称轴处，且与螺母滑块2-6垂直设置，螺母滑块2-6为对称结构，丝杠2-5穿过螺母滑块2-6对称中心的螺纹孔，螺母滑块2-6可沿着丝杠2-5上下移动，两组轮腿变换驱动连杆组件对称设置在轮大腿1的左右两侧，用于连接轮大腿1、轮小腿3和轮腿变换驱动装置2以实现轮腿收缩成轮形或者展开成腿形；
轮小腿3包括电动推杆3-1、连接板3-2、轮毂板一3-3、轮毂板二3-4、轮毂板三3-5、支撑杆3-6、支撑套一3-7、支撑套二3-8和轮足3-10，连接板3-2分别与轮大腿1、电动推杆3-1远离其伸出端的一端和轮毂板一3-3的一端连接，电动推杆3-1的伸出端依次穿过支撑套一3-7和支撑套二3-8与轮足3-10通过销轴五3-9铰接，支撑套一3-7和支撑套二3-8与电动推杆3-1的伸出端滑动连接，轮毂板一3-3的另一端依次与轮毂板二3-4、轮毂板三3-5和支撑套一3-7铰接，支撑杆3-6的一端与轮毂板一3-3的另一端铰接，支撑杆3-6的另一端与支撑套一3-7铰接。
本发明中，轮大腿1是轮腿变换装置的基础件，用于安装轮小腿3和轮腿变换驱动装置2。轮大腿1为对称结构，其中部设置有轮腿变换驱动装置安装孔，轮腿变换驱动装置2安装在轮腿变换驱动装置安装孔内，轮腿变换驱动装置2的轴承座一2-2和轴承座二2-7分别通过螺钉固定安装于轮大腿1上，轮大腿1的轮腿变换驱动装置安装槽的上部和下部均设有轴承座安装孔1-1，用于将轴承座一2-2和轴承座二2-7固定安装在轮大腿1上，轮支架中部的左右两侧分别设有销轴二安装孔1-2，销轴二5穿过销轴二安装孔1-2连接轮大腿1与轮腿变换驱动装置2，销轴三6穿过销轴三安装孔一1-3和销轴三安装孔二3-2-1连接轮小腿3与轮大腿1。轮大腿1的左右两侧的侧面对称开设有槽，为了保证轮大腿1与轮小腿3连接处的受力均匀，在安装时，连接板3-2插入槽中，轮小腿3通过销轴三6铰接安装于轮大腿1上。轮大腿1的上部还设置有安装孔，轮腿变换装置在与其他机构配合使用时，通过安装孔与其他机构连接。
本发明中，轮腿变换驱动装置2是实现轮形结构与腿形结构变换的动力驱动部分。轮腿变换驱动装置2通过销轴一4与轮小腿3铰接，且通过销轴二5与轮大腿1铰接，驱动电机2-1与主动齿轮2-4分别设置在轴承座一2-2的两侧。
本发明中，轮小腿3是构成轮腿变换装置的重要组成部分，收起后是轮形结构的一部分，展开后是腿形结构的主要部分；轮腿变换装置变换为轮形结构时，每个电动推杆3-1与对应的轮毂板一3-3和支撑杆3-6形成类似三角形结构，两个电动推杆3-1与轮大腿1的下部形成类似三角形结构，提高了轮的稳定性。轮小腿3设置有两个，连接板3-2上设置有销轴三安装孔二3-2-1、轮毂板一安装孔3-2-2、销轴一安装孔3-2-3和电动推杆安装孔3-2-4。
轮腿变换驱动连杆组件包括相互平行的两个连杆一2-9、两个L形杠杆2-10和两个连杆二2-11，其中，每个连杆一2-9的一端与L形杠杆2-10的中间拐点铰接，L形杠杆2-10的长边端部与连杆二2-11的一端铰接，两个L形杠杆2-10的短边端部通过销轴二5连接，且安装在轮大腿1上，两个连杆二2-11远离L形杠杆2-10的一端通过销轴一4连接，且安装在轮小腿3上，两组轮腿变换驱动连杆组件中相对应的两个连杆一2-9远离L形杠杆2-10的一端共同通过销轴四2-8与螺母滑块2-6铰接。采用多连杆机构，结构简单、易于制造。
轮毂板一3-3、轮毂板二3-4和轮毂板三3-5均为弧形结构。轮足3-10上设置有轮足销孔3-10-1、锁定销孔3-10-2和锁定销3-10-3，销轴五3-9穿过轮足销孔3-10-1连接电动推杆3-1的伸出端与轮足3-10。本发明中，轮毂板一3-3、轮毂板二3-4和轮毂板三3-5均为弧形结构，其中，轮毂板一3-3的弧形中心角角度范围为50-70度，轮毂板二3-4的弧形中心角角度范围为23-43度，轮毂板三3-5的弧形中心角角度范围为15-35度，轮毂板一3-3、轮毂板二3-4和轮毂板三3-5的弧形中心角角度范围还受到轮足3-10尺寸大小的影响，轮毂板一3-3、轮毂板二3-4和轮毂板三3-5在轮腿变换装置变换为轮形时收缩成围成弧，即两个弧与轮大腿1共同组成一个轮，在轮腿变换装置变换为腿形时展开成腿，两个轮小腿3上的轮毂板一3-3、轮毂板二3-4和轮毂板三3-5不发生干涉。
本发明中的一种轮腿变换装置变换为腿形结构的方法是：轮腿变换驱动装置2的驱动电机2-1带动主动齿轮2-4转动，主动齿轮2-4通过从动齿轮2-3带动丝杠2-5转动，丝杠2-5驱动螺母滑块2-6向上移动，并通过销轴四2-8、连杆一2-9带动杠杆2-10绕销轴二5摆动，杠杆2-10通过连杆二2-11、销轴一4带动轮小腿3逐渐展开；
当两个轮小腿3展开至轮足3-10接触地面后，随着轮小腿3的逐渐展开，电动推杆3-1逐渐伸出，当两个轮小腿3的轮足3-10靠近时，调节一个轮小腿3的电动推杆3-1的伸出端伸出长度，将其轮足3-10的锁定销3-10-3插入另一个轮小腿3的轮足3-10的锁定销孔3-10-2之中，使两个轮小腿3与轮大腿1构成三角形的腿形结构，承载能力强，有助于减少关节的驱动转矩；轮腿长度可以通过调节电动推杆3-1的伸出长度进行调节。
本发明中的一种轮腿变换装置变换为轮形结构的方法是：一个轮小腿3的电动推杆3-1逐渐收缩，将其轮足3-10的锁定销3-10-3从另一个轮小腿3的轮足3-10的锁定销孔3-10-2中拔出，之后，两个轮小腿3的电动推杆同时逐渐收缩；驱动电机2-1带动主动齿轮2-4反向转动，主动齿轮2-4通过从动齿轮2-3带动丝杠2-5反向转动，丝杠2-5驱动螺母滑块2-6向下移动，并通过销轴四2-8、连杆一2-9带动杠杆2-10绕销轴二5摆动，杠杆2-10通过连杆二2-11、销轴一4带动轮小腿3逐渐收缩；当电动推杆3-1收缩完成后，轮小腿3形成一个圆弧形状，当驱动电机2-1带动两个轮小腿3收缩至轮足3-10靠近时，调节一个轮小腿3的电动推杆3-1的伸出端伸出长度，将其轮足3-10的锁定销3-10-3插入另一个轮小腿3的轮足3-10的锁定销孔3-10-2之中，两个轮小腿3与轮大腿1合并成一个圆形的轮形结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种轮腿变换装置，其特征在于，包括轮大腿、轮小腿和轮腿变换驱动装置；
所述轮大腿为左右对称结构，其中部设置有轮腿变换驱动装置安装槽，其下部左右两侧对称设置有销轴三安装孔一，用于与轮小腿连接；
所述轮腿变换驱动装置包括设置在轮腿变换驱动装置安装槽内的驱动电机、轴承座一、主动齿轮、从动齿轮、丝杠、螺母滑块和轴承座二，以及设置在轮腿变换驱动装置安装槽外的轮腿变换驱动连杆组件，所述驱动电机固设在轴承座一上，驱动电机的电机轴与主动齿轮固定连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮套设在丝杠上，且与丝杠固定连接，所述丝杠的一端与轴承座一连接，丝杠的另一端与轴承座二连接，丝杠位于轮大腿的对称轴处，且与螺母滑块垂直设置，螺母滑块为对称结构，丝杠穿过螺母滑块对称中心的螺纹孔，螺母滑块可沿着丝杠上下移动，两组所述轮腿变换驱动连杆组件对称设置在轮大腿的左右两侧；
所述轮小腿包括电动推杆、连接板、轮毂板一、轮毂板二、轮毂板三、支撑杆、支撑套一、支撑套二和轮足，所述连接板分别与轮大腿、电动推杆远离其伸出端的一端和轮毂板一的一端连接，电动推杆的伸出端依次穿过支撑套一和支撑套二与轮足通过销轴五铰接，所述支撑套一和支撑套二与电动推杆的伸出端滑动连接，轮毂板一的另一端依次与轮毂板二、轮毂板三和支撑套一铰接，所述支撑杆的一端与轮毂板一的另一端铰接，支撑杆的另一端与支撑套一铰接；
所述轮毂板一、轮毂板二和轮毂板三均为弧形结构；
所述轮足上设置有轮足销孔、锁定销孔和锁定销。
2.根据权利要求1所述的轮腿变换装置，其特征在于，所述轮腿变换驱动连杆组件包括相互平行的两个连杆一、两个L形杠杆和两个连杆二，其中，每个连杆一的一端与L形杠杆的中间拐点铰接，L形杠杆的长边端部与连杆二的一端铰接，两个L形杠杆的短边端部通过销轴二连接，且安装在轮大腿上，两个连杆二远离L形杠杆的一端通过销轴一连接，且安装在轮小腿上，所述两组轮腿变换驱动连杆组件中相对应的两个连杆一远离L形杠杆的一端共同通过销轴四与螺母滑块铰接。
3.根据权利要求1所述的轮腿变换装置，其特征在于，所述轮大腿的轮腿变换驱动装置安装槽的上部和下部均设有轴承座安装孔，轮支架中部的左右两侧分别设有销轴二安装孔；所述连接板上设置有销轴三安装孔二、轮毂板一安装孔、销轴一安装孔和电动推杆安装孔。
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