CN110843413B - 一种应用于野外恶劣环境的越障车轮 - Google Patents

Abstract

一种应用于野外恶劣环境的越障车轮，属于越障车轮技术领域。车轮框架上安装有挡块，车轮框架中心具有车轮驱动轴，车轮驱动轴两端布置有端盖，车轮驱动轴与主驱动齿轮以键槽连接，主驱动齿轮周向布置有三个与之啮合的行星轮，行星轮与外侧包覆的履带啮合，履带两侧布置对称错开的轮爪，轮爪一端安装末端钩，轮爪另一端与轮爪驱动齿轮啮合，轮爪驱动齿轮套在车轮驱动轴上，轮爪驱动齿端面具有挡销，挡销嵌入主驱动齿端面的沟槽中，轮爪驱动齿轮与主驱动齿轮之间布置有电磁离合器，电磁离合器外侧套有压缩弹性件。轮式模式下两侧轮爪展开拼接成一个整圆，实现运动的快速性和稳定性，在爪式模式下作为钩子勾住障碍物，较同等直径轮式提高73％越障能力。

Description

一种应用于野外恶劣环境的越障车轮

技术领域

本发明涉及一种应用于野外恶劣环境的越障车轮，属于越障车轮技术领域。

背景技术

越障能力强的移动机器人最重要的两个应用是地震后的搜索救援和荒漠探测。据相关研究我国的青藏高原及相邻的西北西南山地，以及华北地区，多处于地震高频区域。这些地区活跃的地质构成及其运动特点、复杂的地貌造成我国开展地震救援行动工作难度巨大。这就需要具有良好运动能力和越障能力的机器人代替人进入灾区的危险地段进行探测搜索。随着机器人技术的发展，许多国家推出了荒漠探测计划。荒漠表面完全被沙粒、石块覆盖，传统轮式探测车若在松软路面上行进过快，便有车轮下陷难以行进的危险。此外，传统轮式探测车越障能力较差，遇到乱石路面将难以翻越。这就需要探测车具备在易下陷地形下的稳定通过能力，还应具有良好的越障能力，同时保留轮式探测车的快速移动能力。

现已有一些可变形车轮可以实现越障功能：

申请公布号CN201711484048.4、申请公布日2018年7月3日，公开了一种越障减震车轮，具有轮式和变形模式两种运动模式。变形模式下遭遇障碍物时，可沿径向移动的轮板被压缩，辐条外露充当一部分爪式的功能，提高了轮子的越障性能。

申请公布号CN201510927554.0、申请公布日2016年5月4日，公开了一种具有轮爪转换功能的越障车轮，可以自主切换轮式和爪式运动，实现对不同地面的适应。

申请公布号CN201611113617.X、申请公布日2018年6月15日，公开了一种轮履复合变形轮，可以通过前后展开臂的伸缩变形切换运动姿态，提高了机器人的通过性能。

考虑到野外恶劣环境的复杂性，需对野外恶劣环境下作业的移动机器人系统的越障功能提出更高的需求，设计一种可帮助移动机器人在不同地形能高效平稳运行的新型车轮，应具备履带模式、轮式和爪式三种运动模式。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种应用于野外恶劣环境的越障车轮。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种应用于野外恶劣环境的越障车轮，包括：行星轮、弹性件、电磁离合器、主驱动齿轮、挡销、轮爪驱动齿轮、端盖、车轮驱动轴、车轮框架、挡块、履带、轮爪和末端钩，所述车轮框架上安装有挡块，车轮框架中心具有车轮驱动轴，车轮驱动轴两端布置有端盖，车轮驱动轴与主驱动齿轮以键槽连接，主驱动齿轮周向布置有三个与之啮合的行星轮，行星轮与外侧包覆的履带啮合，履带两侧布置对称错开的轮爪，轮爪一端安装末端钩，轮爪另一端与轮爪驱动齿轮啮合，轮爪驱动齿轮套在车轮驱动轴上，轮爪驱动齿端面具有挡销，挡销嵌入主驱动齿端面的沟槽中，轮爪驱动齿轮与主驱动齿轮之间布置有电磁离合器，电磁离合器外侧套有压缩弹性件。履带的布局采用三角形结构。

本发明解决了移动机器人野外工作时车轮下陷以及无法翻越较大障碍的问题。野外恶劣环境的复杂性，传统轮式探测车若在松软路面上行进过快，便有车轮下陷难以行进的危险并且传统轮式探测车越障能力较差，遇到乱石路面将难以翻越。本发明能在容易下陷的松软路面保持良好的通过性，而且能够翻越较大障碍物，还能在较平坦路面平稳快速通过。

本发明的有益效果是：

1、提供轮、履、爪三种运动模式，根据地形的不同在三种运动模式下自由切换，对地形具有很强的适应能力。

2、轮爪末端钩结构的设计，在轮式模式下两侧轮爪展开可拼接成一个整圆，保证轮式运动的快速性和稳定性，在爪式模式下作为钩子勾住障碍物，较同等直径轮式提高73％越障能力。

3、履带采用三角形结构，提高了履带的承载稳定性，可以抵抗较大冲击，也使得由轮式、爪式向履带模式切换时总有一侧履带快速接触地面，提高运动模式间切换的可靠性。

4、履带部分采用主驱动齿轮-行星轮-履带的传动方案，履带受三个行星轮驱动，主驱动轴的动力输出可以更均匀地作用在履带上，提高了履带的运动平稳性。

5、相较于同等尺寸履带车轮在质量上增加仅了30％，在此基础上加入轮式及爪式两种运动模式，车轮结构紧凑。

6、采用电磁离合器、压缩弹性件与挡销、沟槽相结合的离合传动方案，使车轮在三种状态下均由车轮驱动轴提供前进动力，大大简化动力配置。

附图说明

图1为本发明一种应用于野外恶劣环境的越障车轮处于平坦路面下的轮式模式半剖透视图。

图2为图1的透视图。

图3为图2的正视图。

图4为应用于野外恶劣环境的越障车轮处于松软路面下履带模式正视图。

图5为应用于野外恶劣环境的越障车轮处于乱石路面下的爪式模式正视图。

图中的附图标记，1为行星轮，2为弹性件，3为电磁离合器，4为主驱动齿轮，5为沟槽，6为挡销，7为轮爪驱动齿轮，8为端盖，9为车轮驱动轴，10为车轮框架，11为挡块，12为履带，13为轮爪，14为末端钩。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：

如图1—图5所示，本实施例所涉及的一种应用于野外恶劣环境的越障车轮，包括：行星轮1、弹性件2、电磁离合器3、主驱动齿轮4、挡销6、轮爪驱动齿轮7、端盖8、车轮驱动轴9、车轮框架10、挡块11、履带12、轮爪13和末端钩14，所述车轮框架10上安装有挡块11，车轮框架10中心具有车轮驱动轴9，车轮驱动轴9两端布置有端盖8，车轮驱动轴9与主驱动齿轮4以键槽连接，主驱动齿轮4周向布置有三个与之啮合的行星轮1，行星轮1与外侧包覆的履带12啮合，履带12两侧布置对称错开的轮爪13，轮爪13一端安装末端钩14，轮爪13另一端与轮爪驱动齿轮7啮合，轮爪驱动齿轮7套在车轮驱动轴9上，轮爪驱动齿7端面具有挡销6，挡销6嵌入主驱动齿4端面的沟槽5中，轮爪驱动齿轮7与主驱动齿轮4之间布置有电磁离合器3，电磁离合器3外侧套有压缩弹性件2。

所述履带12的布局采用三角形结构。

实施例2：

当车轮由轮式向履带模式转换时，以向右运动为例，两侧电磁离合器3初始状态为吸合，车轮驱动轴9逆时针转动带动主驱动齿轮4逆时针旋转，通过沟槽5与挡销6的嵌合关系使轮爪驱动齿轮7逆时针旋转，从而带动轮爪13顺时针旋转收回，当轮爪13收回到一定程度时，相邻两轮爪13因接触而无法继续收回，这时电磁离合器3脱开，压缩弹性件2将轮爪驱动齿轮7压出至与端盖8接触，挡销6向两侧移动与沟槽5脱开，断开主驱动齿轮4与轮爪驱动齿轮7之间的传动，并利用随车轮驱动轴9逆时针旋转的端盖8为轮爪驱动齿轮7提供逆时针的摩擦力矩，防止轮爪驱动齿轮7顺时针旋转导致轮爪13展开，至此完成轮爪13的回收。与此同时，车轮驱动轴9驱动主驱动齿轮4逆时针转动，主驱动齿轮4带动行星轮1顺时针转动，从而带动履带12顺时针转动，车轮以履带模式向右运行。

实施例3：

当车轮由履带模式向轮式转换时，以向右运动为例，两侧电磁离合器3由脱开变为吸合，抵抗压缩弹性件2的回复力将轮爪驱动齿轮7从两侧拉回，车轮驱动轴9顺时针旋转带动主驱动齿轮4顺时针旋转，轮爪驱动齿轮7与主驱动齿轮4经过短暂的相对转动后挡销6嵌入至沟槽5中，使得轮爪驱动齿轮7随主驱动齿轮4顺时针旋转，轮爪13逐渐展开。当轮爪13展开至与车轮框架10上的挡块11相接触时，轮爪13与轮爪驱动齿轮7卡死，展开至最大，左右两侧轮爪13拼合为一个整圆，履带12离开地面，整个车轮由车轮驱动轴9驱动，以轮式向右运行。

实施例4：

当车轮需要以爪式翻越较大障碍物时，车轮内侧电磁离合器3吸合，外侧电磁离合器3脱开，仅内侧轮爪13展开，车轮切换至爪式，通过内侧轮爪13的末端钩14结构勾住障碍物进行翻越。

所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种应用于野外恶劣环境的越障车轮，其特征在于，包括：行星轮(1)、弹性件(2)、电磁离合器(3)、主驱动齿轮(4)、挡销(6)、轮爪驱动齿轮(7)、端盖(8)、车轮驱动轴(9)、车轮框架(10)、挡块(11)、履带(12)、轮爪(13)和末端钩(14)，所述车轮框架(10)上安装有挡块(11)，车轮框架(10)中心具有车轮驱动轴(9)，车轮驱动轴(9)两端布置有端盖(8)，车轮驱动轴(9)与主驱动齿轮(4)以键槽连接，主驱动齿轮(4)周向布置有三个与之啮合的行星轮(1)，行星轮(1)与外侧包覆的履带(12)啮合，履带(12)两侧布置对称错开的轮爪(13)，轮爪13一端安装末端钩(14)，轮爪(13)另一端与轮爪驱动齿轮(7)啮合，轮爪驱动齿轮(7)套在车轮驱动轴(9)上，轮爪驱动齿轮 (7)端面具有挡销(6)，挡销(6)嵌入主驱动齿轮 (4)端面的沟槽(5)中，轮爪驱动齿轮(7)与主驱动齿轮(4)之间布置有电磁离合器(3)，电磁离合器(3)外侧套有压缩弹性件(2)。

2.根据权利要求1所述的一种应用于野外恶劣环境的越障车轮，其特征在于，履带(12)的布局采用三角形结构。

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