CN111645460B - 一种基于灯笼机构的可变形越障车轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，包括其中一端连接于轮轴上的灯笼状本体，灯笼状本体的中心轴与轮轴的延长线重合，灯笼状本体的直径能够随着灯笼状本体两端间距的减小而增大，灯笼状本体的外壁对应腰线处设有若干轮胎组件。本发明灵活性好，能够快速地在多种不同的工作姿态之间转换，适应地形多，而且应用本车轮的运动部件不需要额外设置结构就可以实现转向。

Description

一种基于灯笼机构的可变形越障车轮

技术领域

本发明属于智能越障设备领域，具体涉及一种基于灯笼机构的可变形越障车轮。

背景技术

现有的越障机器人从移动方式上分为轮式、履带式、腿式以及球型机器人，不同的移动方式使其具有不同的移动效果以及所适应的工作环境。轮式移动机器人在平整的结构化路面具有独特的速度优势，履带式移动机器人在起伏的非结构化路面具有良好的通过性，腿式移动机器人在崎岖山路等复杂路面具有优越的越障性能，球型移动机器人具有移动效率高与节能性的特点。目前没有某一种结构能够同时兼具上述的所有性能，现有的移动机器人大都是利用上述几种移动结构的两两组合甚至多种组合实现应对多种不同混合式的路面情况。

但是大多数移动结构由于本身的结构原因，导致结合起来有很大的限制，进而导致机器人在通过不同路面各个结构进行转换时，非常不灵活，十分影响机器人通过的效率，限制了其应用领域的发展。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，具体方案如下：

包括其中一端连接于轮轴上的灯笼状本体，所述灯笼状本体的中心轴与所述轮轴的延长线重合，所述灯笼状本体的直径能够随着所述灯笼状本体两端间距的减小而增大，所述灯笼状本体的外壁对应腰线处设有若干轮胎组件。

进一步地，所述灯笼状本体包括套设于所述轮轴上的第一连接件，所述第一连接件的一侧通过伸缩组件连接有第二连接件，所述第二连接件与所述第一连接件平行布置；所述第一连接件的外沿铰接有若干沿圆周均匀布置的第一杆，所述第二连接件的外沿铰接有若干与所述第一杆一一对应的第二杆；所述若干轮胎组件通过若干中间件与所述灯笼状本体连接，每一个所述中间件同时与一个所述第一杆的末端和一个所述第二杆的末端铰接。

进一步地，所述第一连接件和所述第二连接件均包括连接件主体，所述连接件主体的外沿成型有若干沿圆周均匀布置且两两一组的连接板，同一组的两个所述连接板之间的间隙与所述第一杆和所述第二杆的首端间隙配合；所述连接板上开设有连接孔，所述第一杆和所述第二杆的首端均开设有与所述连接孔对应的第一轴孔，所述第一轴孔内设有第一连接轴，所述第一连接轴的两端与所述连接孔配合。

进一步地，所述中间件包括水平段和竖直段，所述水平段的两端开设有对称布置的第一连接槽，所述第一连接槽与所述第一杆和所述第二杆的尾端间隙配合，所述第一连接槽两侧的侧壁开设有第一中间件孔，所述第一杆和所述第二杆的尾端均开设有与所述第一中间件孔对应的第二轴孔，所述第二轴孔内穿设有第二连接轴，所述第二连接轴的两端与所述第一中间件孔配合；所述竖直段的末端开设有用于连接所述轮胎组件且与所述第一连接槽垂直的第二连接槽，所述第二连接槽两侧的侧壁开设有第二中间件孔。

进一步地，所述轮胎组件包括容置于所述第二连接槽中的轮胎连接杆，所述轮胎连接杆的宽度小于所述第二连接槽的宽度，所述轮胎连接杆的一端开设有与所述第二中间件孔对应的第三轴孔，所述第三轴孔内穿设有第三连接轴，所述第三连接轴的两端与所述第二中间件孔配合；所述轮胎连接杆的另一端垂直连接有轮胎触地杆，所述轮胎触地杆成型为弧形，所述轮胎触地杆的圆心位于所述第一连接件圆心和所述第二连接件圆心的连线上。

进一步地，所述第三连接轴上位于所述第二连接槽内的部分套设有扭转弹簧，所述扭转弹簧的高度等于所述第二连接槽宽度与所述轮胎连接杆的宽度之差，所述扭转弹簧的两端分别连接于所述中间件和所述轮胎连接杆上。

进一步地，所述轮胎触地杆的其中一端成型为分叉，所述分叉的间距大于所述轮胎触地杆的宽度。

进一步地，所述轮胎连接杆为硬质材料制成，所述轮胎轮胎触地杆为弹性材料制成。

进一步地，所述轮胎触地杆的横截面为梯形，所述轮胎触地杆的底面和端面均成型有防滑纹。

进一步地，所述伸缩组件包括固定连接于所述第一连接件正对所述第二连接件侧面上的电动推杆，所述电动推杆的输出端固定连接于所述第二连接件正对所述第一连接件的侧面上。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，灵活性好，能够快速地在多种不同的工作姿态之间转换，适应地形多，而且应用本车轮的运动部件不需要额外设置结构就可以实现转向。

附图说明

图1为本发明处于第一种工作状态的结构示意图，

图2为本发明处于第一种工作状态的左视示意图，

图3为本发明处于第一种工作状态的主视示意图，

图4为本发明灯笼状主体的结构示意图，

图5为本发明第一连接件和第二连接件的结构放大图，

图6为本发明第一杆和第二杆的结构放大图，

图7为本发明中间件的结构放大图，

图8为本发明轮胎组件的结构放大图，

图9为本发明轮胎触地杆一种实施方式的结构示意图，

图10为本发明轮胎触地杆另一种实施方式的结构示意图，

图11为本发明轮胎组件与中间件的连接示意图，

图12为本发明处于第二种工作状态的结构示意图，

图13为本发明处于第二种工作状态的左视示意图，

图14为本发明处于第二种工作状态的主视示意图。

附图序号及名称：10、轮轴，20、灯笼状本体，21、第一连接件，22、第二连接件，23、第一杆，24、第二杆，25、连接板，26、连接孔，27、第一轴孔，28、第二轴孔，30、轮胎组件，31、轮胎连接杆，32、第三轴孔，33、轮胎触地杆，40、伸缩组件，50、中间件，51、水平段，52、竖直段，53、第一连接槽，54、第一中间件孔，55、第二连接槽，56、第二中间件孔，60、扭转弹簧。

具体实施方式

为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。

如图1所示，本发明公开了一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，包括其中一端连接于轮轴10上的灯笼状本体20，灯笼状本体20的中心轴与轮轴10的延长线重合，灯笼状本体20的直径能够随着灯笼状本体20两端间距的减小而增大，灯笼状本体20的外壁对应腰线处设有六个轮胎组件30。通过调节灯笼状本体两端的间距，来实现车轮直径的快速调节，使其能够适应各种不同类型的路面。

结合图2-图4，灯笼状本体20包括套设于轮轴10上的第一连接件21，第一连接件21的一侧通过伸缩组件40连接有第二连接件22，第二连接件22与第一连接件21平行布置；第一连接件21的外沿铰接有六根沿圆周均匀布置的第一杆23，第二连接件22的外沿铰接有六根与第一杆23一一对应的第二杆24；六个轮胎组件30通过六个中间件50与灯笼状本体20连接，每一个中间件50同时与一个第一杆23的末端和一个第二杆24的末端铰接。伸缩组件40包括固定连接于第一连接件21正对第二连接件22侧面上的电动推杆，电动推杆的输出端固定连接于第二连接件22正对第一连接件21的侧面上。

如图5，第一连接件21和第二连接件22均包括连接件主体，连接件主体的外沿成型有十二个沿圆周均匀布置且两两一组的连接板25，同一组的两个连接板25之间的间隙与第一杆23和第二杆24的首端间隙配合，连接板25上开设有连接孔26。如图6，第一杆23和第二杆24的首端均开设有与连接孔26对应的第一轴孔27，第一轴孔27内设有第一连接轴(附图中未画出)，第一连接轴的两端与连接孔26配合。

参照图7，中间件50包括水平段51和竖直段52，水平段51的两端开设有对称布置的第一连接槽53，第一连接槽53与第一杆23和第二杆24的尾端间隙配合，第一连接槽53两侧的侧壁开设有第一中间件孔54。如图6，第一杆23和第二杆24的尾端均开设有与第一中间件孔54对应的第二轴孔28，第二轴孔28内穿设有第二连接轴(附图中未画出)，第二连接轴的两端与第一中间件孔54配合；竖直段52的末端开设有用于连接轮胎组件30且与第一连接槽53垂直的第二连接槽55，第二连接槽55两侧的侧壁开设有第二中间件孔56。

如图8，轮胎组件30包括容置于第二连接槽55中的轮胎连接杆31，轮胎连接杆31的宽度小于第二连接槽55的宽度，轮胎连接杆31的一端开设有与第二中间件孔56对应的第三轴孔32，第三轴孔32内穿设有第三连接轴(附图中未画出)，第三连接轴的两端与第二中间件孔56配合；轮胎连接杆31的另一端垂直连接有轮胎触地杆33，轮胎触地杆33成型为弧形，轮胎触地杆33的圆心位于第一连接件21圆心和第二连接件22圆心的连线上。

轮胎触地杆33的其中一端成型为分叉，分叉的间距大于轮胎触地杆33的宽度，使得轮胎触地杆的底面呈“人”字型(如图9或图10所示)，其可以保证当灯笼状本体两端间距最大时，即灯笼状本体的直径最小，此时每个轮胎触地杆的首端可以容置于前一个轮胎触地杆尾端的分叉内，保证轮胎组件能够收纳成一个直径很小的圆。

如图11所示，第三连接轴上位于第二连接槽55内的部分套设有扭转弹簧60，扭转弹簧60的高度等于第二连接槽55宽度与轮胎连接杆31的宽度之差，扭转弹簧60的两端分别连接于中间件50和轮胎连接杆31上。在未受力状态时，保证轮胎连接杆与中间件的竖直段位于同一条直线上。

轮胎连接杆31为硬质材料制成，保证轮胎连接杆始终处于连接件径向方向布置，承受径向载荷，起到辐条的作用；轮胎轮胎触地杆33为弹性材料制成，例如橡胶，保证抓地性能的前提下可适应地面形状被压弯，翻过障碍物或爬上台阶后可在扭簧的作用下自动复位，起到轮胎面的作用。

轮胎触地杆33的横截面为梯形，增大轮胎触地杆与地面的接触面积，进一步提高其抓地性能，保证正常行驶的稳定性，轮胎触地杆33的底面和端面均成型有防滑纹，提高其越障能力。

本发明的工作原理如下：

1.当在平坦的地面上行走时，电动推杆运动至最长的形态，灯笼状本体的直径此时最小，变形轮的多个“人”字型触地杆部分重合(主视视角)合并成完整的圆形，然后通过轮轴驱动灯笼状本体转动(如图1-3所示)；

2.当变形轮翻越障碍物或爬台阶时，电动推杆运动至最短的形态，灯笼状本体的直径此时最大，变形轮的多个“人”字型触地杆互不接触(主视视角)独立工作，车轮即变为“腿式机器人”，相邻两个触地杆之间的间隙即可用来翻越障碍物或爬台阶(如图12-14所示)；

3.当在有坑槽的地面上行走时，电动推杆向内收缩一定长度(具体长度可由地面上坑槽的尺寸决定)，灯笼状本体的直径此时变大，变形轮的多个“人”字型触地杆的首尾对应(主视视角)变成一个半径更大的圆形，然后通过轮轴驱动灯笼状本体转动(介于1和2之间的形态)。

每一个“人”字型触地杆的基部安装有扭簧，在翻越障碍物或爬台阶时，“人”字型触地杆可适应地面形状被压弯，翻过障碍物或爬上台阶后可在扭簧的作用下自动复位，对越障起到一定的助力作用。

此外，当小车轮轴运动的角速度相同时，通过小车两侧的灯笼状本体处于不同的形态实现不需要设置转向装置就可以让小车转弯：例如当小车左侧的两个灯笼状本体的直径小于小车右侧的两个灯笼状本体的直径时，小车左转；当小车左侧的两个灯笼状本体的直径大于小车右侧的两个灯笼状本体的直径时，小车右转。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，其特征在于：包括其中一端连接于轮轴（10）上的灯笼状本体（20），所述灯笼状本体（20）的中心轴与所述轮轴（10）的延长线重合，所述灯笼状本体（20）的直径能够随着所述灯笼状本体（20）两端间距的减小而增大，所述灯笼状本体（20）的外壁对应腰线处设有若干轮胎组件（30），所述灯笼状本体（20）包括套设于所述轮轴（10）上的第一连接件（21），所述第一连接件（21）的一侧通过伸缩组件（40）连接有第二连接件（22），所述第二连接件（22）与所述第一连接件（21）平行布置；所述第一连接件（21）的外沿铰接有若干沿圆周均匀布置的第一杆（23），所述第二连接件（22）的外沿铰接有若干与所述第一杆（23）一一对应的第二杆（24）；所述若干轮胎组件（30）通过若干中间件（50）与所述灯笼状本体（20）连接，每一个所述中间件（50）同时与一个所述第一杆（23）的末端和一个所述第二杆（24）的末端铰接；所述第一连接件（21）和所述第二连接件（22）均包括连接件主体，所述连接件主体的外沿成型有若干沿圆周均匀布置且两两一组的连接板（25），同一组的两个所述连接板（25）之间的间隙与所述第一杆（23）和所述第二杆（24）的首端间隙配合；所述连接板（25）上开设有连接孔（26），所述第一杆（23）和所述第二杆（24）的首端均开设有与所述连接孔（26）对应的第一轴孔（27），所述第一轴孔（27）内设有第一连接轴，所述第一连接轴的两端与所述连接孔（26）配合；所述中间件（50）包括水平段（51）和竖直段（52），所述水平段（51）的两端开设有对称布置的第一连接槽（53），所述第一连接槽（53）与所述第一杆（23）和所述第二杆（24）的尾端间隙配合，所述第一连接槽（53）两侧的侧壁开设有第一中间件孔（54），所述第一杆（23）和所述第二杆（24）的尾端均开设有与所述第一中间件孔（54）对应的第二轴孔（28），所述第二轴孔（28）内穿设有第二连接轴，所述第二连接轴的两端与所述第一中间件孔（54）配合；所述竖直段（52）的末端开设有用于连接所述轮胎组件（30）且与所述第一连接槽（53）垂直的第二连接槽（55），所述第二连接槽（55）两侧的侧壁开设有第二中间件孔（56）；所述伸缩组件（40）包括固定连接于所述第一连接件（21）正对所述第二连接件（22）侧面上的电动推杆，所述电动推杆的输出端固定连接于所述第二连接件（22）正对所述第一连接件（21）的侧面上。

2.根据权利要求1所述的一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，其特征在于：所述轮胎组件（30）包括容置于所述第二连接槽（55）中的轮胎连接杆（31），所述轮胎连接杆（31）的宽度小于所述第二连接槽（55）的宽度，所述轮胎连接杆（31）的一端开设有与所述第二中间件孔（56）对应的第三轴孔（32），所述第三轴孔（32）内穿设有第三连接轴，所述第三连接轴的两端与所述第二中间件孔（56）配合；所述轮胎连接杆（31）的另一端垂直连接有轮胎触地杆（33），所述轮胎触地杆（33）成型为弧形，所述轮胎触地杆（33）的圆心位于所述第一连接件（21）圆心和所述第二连接件（22）圆心的连线上。

3.根据权利要求2所述的一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，其特征在于：所述第三连接轴上位于所述第二连接槽（55）内的部分套设有扭转弹簧（60），所述扭转弹簧（60）的高度等于所述第二连接槽（55）宽度与所述轮胎连接杆（31）的宽度之差，所述扭转弹簧（60）的两端分别连接于所述中间件（50）和所述轮胎连接杆（31）上。

4.根据权利要求3所述的一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，其特征在于：所述轮胎触地杆（33）的其中一端成型为分叉，所述分叉的间距大于所述轮胎触地杆（33）的宽度。

5.根据权利要求4所述的一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，其特征在于：所述轮胎连接杆（31）为硬质材料制成，所述轮胎触地杆（33）为弹性材料制成。

6.根据权利要求5所述的一种基于灯笼机构的可变形越障车轮，其特征在于：所述轮胎触地杆（33）的横截面为梯形，所述轮胎触地杆（33）的底面和端面均成型有防滑纹。