CN112373585B - 一种轮履耦合式车轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轮履耦合式车轮。轮式运转，离合器套筒移动并分别与主轴和车轮内侧板啮合，驱转车轮内侧板，同时，离合器套筒通过第二拉索收紧并拉起前叉臂和后叉臂，履带被叉臂向内带动并被叉臂夹住，车轮内侧板与车轮外侧板露出，依靠两车轮侧板行走。履带式运转，离合器套筒移动并分别与主轴和车轮内侧板脱离啮合，同时，扭簧处于伸展状态，前叉臂和后叉臂被扭簧撑开，履带张紧，主轴转动并通过同步带将动力传输到两主动轮上，主动轮带动履带行走。本发明的轮履耦合式车轮将轮式车轮和履带式车轮相结合，结构上简单紧凑，可快速完成轮式和履带式行走的切换，以满足平整路面的高速移动需要和复杂地形下的通过性，适应性更强。
Description
技术领域
本发明属于小车机器人技术领域，具体涉及一种轮履耦合式车轮。
背景技术
如今，小车机器人越来越多地被用于执行消防、救灾、地形侦查等危险任务，而车轮作为小车机器人的“双腿”，直接决定着机器人的通过性及任务成败。据了解，现有的小车机器人车轮主要包括两类：其一为轮式，适于在平整路面上快速移动，但是面对复杂地形时，越障能力有限，而更换越障能力更强的三角轮的话，需要至少20分钟，比较麻烦；其二为履带式，越障能力强，适于在崎岖不平的复杂地形间移动，但是移动速度较慢。
发明内容
针对上述背景技术中所指出的问题，本发明提出一种轮履耦合式车轮。
本发明所采用的技术方案为：
一种轮履耦合式车轮，包括主轴、离合器套筒、车轮内侧板、车轮外侧板、履带、两相对设置的前叉臂和两相对设置的后叉臂；所述离合器套筒自外向内穿出所述车轮内侧板，所述离合器套筒的右齿圈可与所述车轮内侧板的内齿圈啮合；所述离合器套筒可轴向移动地套接在所述主轴上，所述离合器套筒的左齿圈可与所述主轴的轴端齿圈啮合，所述离合器套筒穿出部分的周向槽上嵌接固定有用于沿所述主轴移动所述离合器套筒的拨叉，所述主轴右端设置有用于挡住所述车轮内侧板和所述离合器套筒的挡圈；
两前叉臂间顶部位置设置有诱导轮，拐角位置设置有承重轮，底部位置设置有主动轮；两后叉臂间顶部位置同样设置有诱导轮，拐角位置同样设置有承重轮，底部位置同样设置有主动轮；所述车轮内侧板外端面底部位置一体设置有凸柱，所述凸柱上套接有用于撑开前叉臂和后叉臂的扭簧；所述离合器套筒右端面上设置有两凹槽，凹槽内一体固定有一竖杆，每一竖杆上均绑扎有一第二拉索，两第二拉索各自的末端分别与内侧的前叉臂和内侧的后叉臂固定；所述主轴通过第一同步带与两主动轮进行传动，所述车轮外侧板转动连接在所述主轴右端端部，所述履带安装在所述两主动轮、两承重轮和两诱导轮上。
进一步地，所述履带为刚性履带。
进一步地，轮履耦合式车轮的数量为两个，成对使用，两轮履耦合式车轮相对设置；所述车轮内侧板内侧一体固定有偏心轮，所述离合器套筒穿出所述偏心轮；所述两轮履耦合式车轮各自的偏心轮通过第一拉索与固定在车体底部的板弹簧相固连；位于左侧的轮履耦合式车轮的拨叉为第一拨叉，位于右侧的轮履耦合式车轮的拨叉为第二拨叉，所述第一拨叉的横杆底部和所述第二拨叉的横杆顶部均设置有齿条，两拨叉的横杆间设置有用于同步移动两拨叉的舵机齿轮，所述舵机齿轮安装在舵机输出轴端部；车体底部还安装有用于同步驱动两主轴的电机。
进一步地，所述两主轴相对端各设置一同步带轮，电机输出轴上固定有两分别与同步带轮匹配的输出带轮，输出带轮与对应的同步带轮通过第二同步带传动。
进一步地，第一、第二拉索均采用不锈钢丝。
进一步地，第一拉索绕在偏心轮上，第一拉索两端均一体固定有圆环，圆环通过螺钉与板弹簧固定。
本发明的有益效果在于：
本发明的轮履耦合式车轮将轮式车轮和履带式车轮相结合，结构上简单紧凑，可快速完成轮式和履带式行走的切换，以满足平整路面的高速移动需要和复杂地形下的通过性，适应性更强。
附图说明
图1为本发明的轮履耦合式车轮的结构示意图；
图2为车轮组装示意图；
图3为车轮内侧板剖视图；
图4为离合器套筒的结构示意图；
图5为图1的侧视图；
图6为车轮切换为轮式运行状态的示意图；
附图标记：1-主轴，101-轴端齿圈，102-挡圈，2-离合器套筒，201-左齿圈，202-右齿圈，203-凹槽，3-车轮内侧板，301-偏心轮，302-凸柱，303-内齿圈，4-车轮外侧板，5-履带，6- 板弹簧，7-第一拉索，8-第一拨叉，9-第二拨叉，10-舵机齿轮，11-前叉臂，12-后叉臂，13- 主动轮，14-承重轮，15-诱导轮，16-第一同步带，17-第二拉索，18-扭簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的轮履耦合式车轮作进一步地详细说明。
如图1至5所示，一种轮履耦合式车轮，包括主轴1、离合器套筒2、车轮内侧板3、车轮外侧板4、履带5、两相对设置的前叉臂11和两相对设置的后叉臂12。离合器套筒2自外向内穿出车轮内侧板3，离合器套筒2的右齿圈202 可与车轮内侧板3的内齿圈303啮合。离合器套筒2可轴向移动地套接在主轴1上，离合器套筒2的左齿圈201可与主轴1的轴端齿圈101啮合，离合器套筒2穿出部分的周向槽上嵌接固定有用于沿主轴1移动离合器套筒 2的拨叉，主轴1右端设置有用于挡住车轮内侧板3和离合器套筒2的挡圈102。
两前叉臂11间顶部位置设置有诱导轮15，拐角位置设置有承重轮14，底部位置设置有主动轮13。两后叉臂12间顶部位置同样设置有诱导轮15，拐角位置同样设置有承重轮14，底部位置同样设置有主动轮13(主动轮13、承重轮14和诱导轮15各自的轮轴上挂胶，可进一步减震)。车轮内侧板3外端面底部位置一体设置有凸柱302，凸柱302上套接有用于撑开前叉臂11和后叉臂12的扭簧18。离合器套筒2右端面上设置有两凹槽203，凹槽203内一体固定有一竖杆，每一竖杆上均绑扎有一第二拉索17，两第二拉索17各自的末端分别与内侧的前叉臂11和内侧的后叉臂12固定。主轴1通过第一同步带16与两主动轮13进行传动，车轮外侧板4转动连接在主轴1右端端部，履带5安装在两主动轮13、两承重轮14和两诱导轮15上。
本实施例中，履带5为刚性履带。刚性履带在耐磨性与强度方面远高于橡胶履带，在运行中途可变形，拥有良好的机动性。
进一步地，轮履耦合式车轮的数量为两个，成对使用，两轮履耦合式车轮相对设置。车轮内侧板3内侧一体固定有偏心轮301，离合器套筒2穿出偏心轮301。两轮履耦合式车轮各自的偏心轮301通过第一拉索7与固定在车体底部的板弹簧6相固连(用于产生一个预紧力，使车辆在轮式变为履带式时方向正常)。位于左侧的轮履耦合式车轮的拨叉为第一拨叉8，位于右侧的轮履耦合式车轮的拨叉为第二拨叉9，第一拨叉8的横杆底部和第二拨叉9的横杆顶部均设置有齿条，两拨叉的横杆间设置有用于同步移动两拨叉的舵机齿轮10，舵机齿轮10 安装在舵机输出轴端部。车体底部还安装有用于同步驱动两主轴1的电机。
具体地，两主轴1相对端各设置一同步带轮，电机输出轴上固定有两分别与同步带轮匹配的输出带轮，输出带轮与对应的同步带轮通过第二同步带传动。
第一、第二拉索均采用不锈钢丝。
第一拉索7绕在偏心轮301上，第一拉索7两端均一体固定有圆环，圆环通过螺钉与板弹簧6固定。
本发明的轮履耦合式车轮的工作原理在于：
1、轮式运转时，离合器套筒2与主轴1的轴端齿圈101啮合，离合器套筒2的右齿圈202 与车轮内侧板3的内齿圈303啮合，此时，由于离合器套筒2的移动，第二拉索17收紧并拉起前叉臂11和后叉臂12，履带5被叉臂向内带动并被叉臂夹住，车轮内侧板3与车轮外侧板4露出，依靠两车轮侧板行走(参见图6)。
2、履带式运转时，离合器套筒2与主轴1轴端齿圈101不啮合，离合器套筒2的右齿圈202 与车轮内侧板3的内齿圈303不啮合，此时，扭簧18处于伸展状态(扭簧18能在一定程度上缓解履带5收到的冲击)，前叉臂11和后叉臂12被扭簧18撑开，履带5被张紧，主轴1转动并通过同步带16将动力传输到两主动轮13上，主动轮13带动履带5行走。
3、履带式向轮式转变时，舵机带动舵机齿轮10旋转，将拨叉向内侧移动，此时，离合器套筒2由于拨叉的作用也向内侧移动，并同时与主轴1、车轮内侧板3接合，这三个部件同轴回转，即车轮整体同轴回转。离合器套筒2带动第二拉索17向内侧移动，拉动前叉臂 11和后叉臂12向内收缩，收起并夹住履带5。
当轮式向履带式转变时，离合器套筒2向外侧移动，拉住叉臂的第二拉索17松开，叉臂在扭簧18的带动下张开。
需要说明的是，小车机器人底部车轮由两对轮履耦合式车轮构成，即四个轮履耦合式车轮，四个轮履耦合式车轮四角分布。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种轮履耦合式车轮，其特征在于，包括主轴(1)、离合器套筒(2)、车轮内侧板(3)、车轮外侧板(4)、履带(5)、两相对设置的前叉臂(11)和两相对设置的后叉臂(12)；离合器套筒(2)自外向内穿出车轮内侧板(3)，离合器套筒(2)的右齿圈(202 )可与车轮内侧板(3)的内齿圈(303)啮合；离合器套筒(2)可轴向移动地套接在主轴(1)上，离合器套筒(2)的左齿圈(201)可与主轴(1)的轴端齿圈(101)啮合，离合器套筒(2)穿出部分的周向槽上嵌接固定有用于沿主轴(1)移动离合器套筒(2)的拨叉，主轴(1)右端设置有用于挡住车轮内侧板(3)和离合器套筒(2)的挡圈(102)；
两前叉臂(11)间顶部位置设置有诱导轮(15)，拐角位置设置有承重轮(14)，底部位置设置有主动轮(13)；两后叉臂(12)间顶部位置同样设置有诱导轮(15)，拐角位置同样设置有承重轮(14)，底部位置同样设置有主动轮(13)；车轮内侧板(3)外端面底部位置一体设置有凸柱(302)，凸柱(302)上套接有用于撑开前叉臂(11)和后叉臂(12)的扭簧(18)；离合器套筒(2)右端面上设置有两凹槽(203)，凹槽(203)内一体固定有一竖杆，每一竖杆上均绑扎有一第二拉索(17)，两第二拉索(17)各自的末端分别与内侧的前叉臂(11)和内侧的后叉臂(12)固定；主轴(1)通过第一同步带(16)与两主动轮(13)进行传动，车轮外侧板(4)转动连接在主轴(1)右端端部，履带(5)安装在所述两主动轮(13)、两承重轮(14)和两诱导轮(15)上。
2.根据权利要求1所述的轮履耦合式车轮，其特征在于，履带(5)为刚性履带。
3.根据权利要求1或2所述的轮履耦合式车轮，其特征在于，轮履耦合式车轮的数量为两个，成对使用，两轮履耦合式车轮相对设置；车轮内侧板(3)内侧一体固定有偏心轮(301)，离合器套筒(2)穿出偏心轮(301)；所述两轮履耦合式车轮各自的偏心轮(301)通过第一拉索(7)与固定在车体底部的板弹簧(6)相固连；位于左侧的轮履耦合式车轮的拨叉为第一拨叉(8)，位于右侧的轮履耦合式车轮的拨叉为第二拨叉(9)，第一拨叉(8)的横杆底部和第二拨叉(9)的横杆顶部均设置有齿条，两拨叉的横杆间设置有用于同步移动两拨叉的舵机齿轮(10)，舵机齿轮(10)安装在舵机输出轴端部；车体底部还安装有用于同步驱动两主轴(1)的电机。
4.根据权利要求3所述的轮履耦合式车轮，其特征在于，所述两主轴(1)相对端各设置一同步带轮，电机输出轴上固定有两分别与同步带轮匹配的输出带轮，输出带轮与对应的同步带轮通过第二同步带传动。
5.根据权利要求3所述的轮履耦合式车轮，其特征在于，第一、第二拉索均采用不锈钢丝。
6.根据权利要求3所述的轮履耦合式车轮，其特征在于，第一拉索(7)绕在偏心轮(301)上，第一拉索(7)两端均一体固定有圆环，圆环通过螺钉与板弹簧(6)固定。
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