CN112339494A - 一种基于凸轮的变形轮机构 - Google Patents

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刘超
杨洋
赵胜岭
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Shandong Dingmu Robot Technology Co ltd
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Shandong Dingmu Robot Technology Co ltd
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
    • B60B19/02—Wheels 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

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Abstract

本发明公开了一种基于凸轮的变形轮机构，由外轮、三个支撑杆、凸轮组件以及三个弹簧组成，其中，三个支撑杆在外轮圆周上呈120度三等分布置，凸轮组件套设在外轮的中心驱动轴上，支撑杆的一端抵接在凸轮上，另一端贯穿外轮的轮面，当凸轮组件相对于外轮转动时，其凸轮面迫使支撑杆伸出外轮轮面，弹簧套设在支撑杆上，迫使支撑杆始终抵紧凸轮组件的凸轮面。本变形轮能够实现普通车轮与变形模式之间的转换，使安装此车轮的机器人能够通过复杂地形，其结构简单、零部件少、便于维护。

Description

一种基于凸轮的变形轮机构
技术领域
本发明涉及特种车辆及机器人的特殊行走机构，尤其涉及一种基于凸轮的变形轮机构。
背景技术
普通车轮无法通过某些崎岖障碍地形，将轮子进行合理变形，可以增加其通过能力，此种变形轮就是为应对这种环境问题而发明的。
在特种车辆及复杂地形机器人车轮研发中，具有变形功能的变形轮会具有一定的越障与高速行驶的功能，一篇中国专利文献CN105774394A披露了一种具有变形轮的移动机器人，其能够提高路面通过能力。另一中国专利文献CN201712415U披露了一种多路况变形轮，用于灾后救援、废墟探测、搜救、攀爬楼梯等场合。
上述变形轮机构将圆形车轮分成若干活动的行走弧段，上述若干行走弧段在活动展开后成为变形轮，然而活动展开/收叠涉及的关联部件多，相应地故障点也多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于凸轮的变形轮机构，其结构简单、零部件少、便于维护。
为此，本发明提供了一种基于凸轮的变形轮机构，由外轮、三个支撑杆、凸轮组件以及三个弹簧组成，其中，三个支撑杆在外轮圆周上呈120度三等分布置，凸轮组件套设在外轮的中心驱动轴上，支撑杆的一端抵接在凸轮组件的凸轮面上，另一端贯穿外轮的轮面，当凸轮组件相对于外轮转动时，其凸轮面迫使支撑杆伸出外轮轮面，弹簧套设在支撑杆上，迫使支撑杆始终抵紧凸轮组件的凸轮面。
进一步地，上述外轮由盘状轮体和中心驱动轴构成，轮体的轮面圆周均布有三个槽型孔，以供支撑杆伸缩。
进一步地，上述变形轮机构通过双电机驱动，其中，主电机连接中心驱动轴，副电机通过齿轮与变形驱动齿轮连接，通过变形驱动齿轮与驱动轴的转速差来调整机构的变形。
进一步地，上述凸轮组件由凸轮、轴筒、驱动齿轮构成，其中，所述凸轮的圆周表面及凸轮面呈凸凹相间的形状，所述凸轮与轴筒同轴地固定连接，所述驱动齿轮同轴地固定套设于轴筒端部。
进一步地，上述支撑杆由长圆形截面的杆体和凸轮接触部构成。
本变形轮能够实现普通车轮与变形模式之间的转换，使安装此车轮的机器人能够通过复杂地形，采用双电机驱动，通过控制两个电机实现整体机构的变形，凸轮组件的驱动方式采用齿轮传动、避免打滑。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的基于凸轮的变形轮机构的立体结构示意图；
图2是根据本发明的变形轮机构的外轮的立体结构示意图；
图3是根据本发明的变形轮机构的凸轮机构的立体结构示意图；
图4是根据本发明的变形轮机构的撑杆的立体结构示意图；
图5是根据本发明的变形轮机构的弹簧的立体结构示意图；以及
图6是根据本发明的变形轮机构的变形后的立体结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1至图6示出了根据本发明的一些实施例。
结合参照图1和图6，本实施例的变形轮机构包括外轮1、三个支撑杆2、凸轮组件3、以及弹簧4。
其中，三个支撑杆2在外轮圆周上呈120度三等分布置，凸轮组件3套设在外轮的中心驱动轴11上，支撑杆2的一端抵接在凸轮面3a上，另一端贯穿外轮1的轮面1a，当凸轮组件3相对于外轮1转动时，其凸轮面3a迫使支撑杆2伸出外轮轮面1a，弹簧4套设在各支撑杆上，迫使支撑杆2的一端始终抵紧凸轮组件3的凸轮面3a上。
此变形轮为两种极限形态，完全的圆轮形态和越障形态。在圆轮形态时，轮子能够快速转动，通过路况较好路面，三个支撑杆均处在凸轮的凹陷处。
轮子在通过有障碍物的地面时，驱动齿轮带动凸轮，将三个支撑杆顶出，达到变形状态，此时弹簧会被压缩。
当不需要变形轮变化的时候，支撑杆依靠弹簧的作用，使其与凸轮紧紧接触，此时变形轮可以依靠障碍物的大小调整变形的程度，调整支撑杆的伸出长度。
在一可选实施例中，此变形轮通过双电机驱动，主电机连接驱动轴，副电机通过齿轮与变形驱动齿轮连接。通过变形驱动齿轮与驱动轴的转速差来调整机构的变形。当不变形时，轮子运行过程中。变形驱动齿轮转速与中间驱动轴转速是相同的。
在本变形轮机构中，凸轮与支撑杆之间为线接触，要求支撑杆和凸轮的材料耐磨，并且施加良好的润滑措施，以减小磨损。
下面依次介绍下各个零件的形状构造及其配合关系。
如图2所示，外轮1由盘状轮体11和中心驱动轴12构成，轮体的轮面1a圆周均布有三个槽型孔1b，以供支撑杆贯穿伸缩。
如图3所示，凸轮组件3由凸轮31、轴筒32、驱动齿轮33构成，该凸轮的圆周表面即凸轮面3a呈凸凹相间的形状，凸轮31与轴筒32同轴地固定连接例如焊接，驱动齿轮33同轴地固定套设于轴筒32端部例如过盈配合，其中轴筒端部外径较小的阶梯轴是用来安装驱动齿轮的。
如图4所示，三个支撑杆2是完全相同的结构，为长圆形截面的杆体21和凸轮接触部22，该凸轮接触部尺寸较杆体大，一方面与凸轮接触，另一方面作为弹簧4的弹簧座。
如图5所示，弹簧4套设在支撑杆2上，与支撑杆的截面形状适配，其一端与凸轮接触部抵接，另一端与盘状轮体11的内壁1c抵接。
本变形轮能够实现普通车轮与变形模式之间的转换，使安装此车轮的机器人能够通过复杂地形，并且采用双电机驱动，通过控制两个电机实现整体机构的变形，凸轮组件的驱动方式采用齿轮传动、避免打滑。
在另一变形实施例中，支撑杆的外端设有胶靴，外轮的轮面为橡胶轮面，三个支撑杆上的胶靴构成橡胶轮面的全部或一部分(图中未示出)，以实现运动缓冲功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)

1.一种基于凸轮的变形轮机构，其特征在于，由外轮、三个支撑杆、凸轮组件以及三个弹簧组成，
其中，三个支撑杆在外轮圆周上呈120度三等分布置，凸轮组件套设在外轮的中心驱动轴上，支撑杆的一端抵接在凸轮组件的凸轮面上，另一端贯穿外轮的轮面，当凸轮组件相对于外轮转动时，其凸轮面迫使支撑杆伸出外轮轮面，弹簧套设在支撑杆上，迫使支撑杆始终抵紧凸轮组件的凸轮面。
2.根据权利要求1所述的基于凸轮的变形轮机构，其特征在于，所述外轮由盘状轮体和中心驱动轴构成，轮体的轮面圆周均布有三个槽型孔，以供支撑杆伸缩。
3.根据权利要求1所述的基于凸轮的变形轮机构，其特征在于，所述变形轮机构通过双电机驱动，其中，主电机连接中心驱动轴，副电机通过齿轮与变形驱动齿轮连接，通过变形驱动齿轮与驱动轴的转速差来调整机构的变形。
4.根据权利要求所述的基于凸轮的变形轮机构，其特征在于，所述凸轮组件由凸轮、轴筒、驱动齿轮构成，其中，所述凸轮的圆周表面及凸轮面呈凸凹相间的形状，所述凸轮与轴筒同轴地固定连接，所述驱动齿轮同轴地固定套设于轴筒端部。
5.根据权利要求1所述的基于凸轮的变形轮机构，其特征在于，所述支撑杆由长圆形截面的杆体和凸轮接触部构成。
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