專利名稱：智能可變直徑半步行輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種步行機(jī)構(gòu)，具體地說，是指一種機(jī)械型車輛用智能可變直徑半步行輪。
背景技術(shù)：
步行輪的運動相當(dāng)于一個多邊形輪子的滾動.它滾過地面時留下的不是溝轍，而是一個齒孔(齒孔的形狀根據(jù)腳板的形狀而定)。
步行輪的試驗研究證明，步行輪具有跨步方案，明顯地減小滾動阻力，改進(jìn)牽引效率。步行輪的設(shè)計技術(shù)及理論研究，許多方面需要進(jìn)一步研究。但首先要研究的仍是輪腳和土壤相互作用的問題。
而這種多邊形的滾動不可避免地造成輪心的上下波動。當(dāng)采用多個半步行輪時，由于很難保證輪心的同步波動，又使車輛本身產(chǎn)生扭動，車輛一旦從軟地面轉(zhuǎn)移到硬路面，這種扭動將使人和車輛難以承受，從而使輪子的應(yīng)用受到一定的限制。
開發(fā)一種半步行輪，使其可以根據(jù)不同土壤條件，采用不同工作方式在松軟土壤上采用步行輪方式，以獲得較小的滾動阻力和較大的驅(qū)動力；在硬路面上采用圓形輪子方式以獲得良好的平順性。不同土壤條件下的轉(zhuǎn)換是采用自動控制的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種智能可變直徑半步行輪，所述智能可變直徑半步行輪通過連接機(jī)構(gòu)與輪殻間的相對運動，實現(xiàn)了輪子直徑可變和結(jié)構(gòu)的伸縮。本發(fā)明半步行輪的結(jié)構(gòu)，可以很好的適應(yīng)月球表面松軟的月壤環(huán)境，是一種適用于深空探測車輛用的新型輪系結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一種智能可變直徑半步行輪，由驅(qū)動電機(jī)、張開電機(jī)、雙向諧波減速器、連接機(jī)構(gòu)、腳板、左輪殻、內(nèi)輪殻和右輪殻組成，連接機(jī)構(gòu)、腳板、左輪殻、內(nèi)輪殻和右輪殻為一體成型結(jié)構(gòu)，連接機(jī)構(gòu)分別與腳板、左輪殻、內(nèi)輪殻和右輪殻連接，雙向諧波減速器的右輸入端與張開電機(jī)的輸出軸連接，雙向諧波減速器的左輸入端與驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接，雙向諧波減速器的外殼固定在內(nèi)輪殻的安裝臺上，張開電機(jī)輸出軸與內(nèi)輪殻的運動一致，內(nèi)輪殻由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，由于張開電機(jī)的輸出軸與內(nèi)輪殻運動一致，張開電機(jī)驅(qū)動時，張開電機(jī)機(jī)殼相對于內(nèi)輪殻旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)內(nèi)輪殻、右輪殻和左輪殻的相對旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明智能可變直徑半步行輪的優(yōu)點(1)松軟地面條件下滾動阻力小，牽引力大，附著性能好；(2)結(jié)構(gòu)緊湊，便于運輸；(3)較高的越障能力和通過性；(4)重心低，改善了行駛穩(wěn)定性；(5)通過姿態(tài)調(diào)整，提高月球車的越障能力和抗側(cè)傾能力，并且能為科學(xué)儀器提供穩(wěn)定的工作平臺；(6)較大的負(fù)載能力


圖1是本發(fā)明智能可變直徑半步行輪的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是左輪殻結(jié)構(gòu)圖。
圖2B是右輪殻結(jié)構(gòu)圖。
圖2C是內(nèi)輪殻結(jié)構(gòu)圖。
圖3是連接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是連接機(jī)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是電機(jī)與內(nèi)輪殻、左輪殼和右輪殻的裝配圖。
圖中 1.左輪殻 11.左輪殻外輪 12.連接孔 13.左輪殻內(nèi)輪2.內(nèi)輪殻21.內(nèi)輪殻外輪 22.安裝臺 23.連接孔3.右輪殻31.內(nèi)輪殻外輪 32.連接孔 33.凸臺體 34.鍵槽4.連接機(jī)構(gòu) 41.腳板連接板 42.內(nèi)輪殻連接板 43.左輪殻連接板44.右輪殻連接板45.水平位連桿 46.第一連杠47.第二連杠 48.第三連杠49.第一運動點 40.第二運動點5.腳板 6.驅(qū)動電機(jī) 61.驅(qū)動電機(jī)機(jī)殼 7.張開電機(jī)71.鍵 8.雙向諧波減速器 81.左輸入端82.右輸入端83.外殼具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參見圖1所示，本發(fā)明是一種智能可變直徑半步行輪，由驅(qū)動電機(jī)6、張開電機(jī)7、雙向諧波減速器8、連接機(jī)構(gòu)4、腳板5、左輪殻1、內(nèi)輪殻2和右輪殻3組成，連接機(jī)構(gòu)4、腳板5、左輪殻1、內(nèi)輪殻2和右輪殻3為一體成型結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，連接機(jī)構(gòu)4、腳板5、左輪殻1、內(nèi)輪殻2和右輪殻3采用鈦合金進(jìn)行加工得到各自的形狀。驅(qū)動電機(jī)6和張開電機(jī)7為永磁直流力矩電機(jī)。
腳板5的兩側(cè)邊為弧線結(jié)構(gòu)，腳板5連接在連接機(jī)構(gòu)4的腳板連接板41上，連接在連接機(jī)構(gòu)4上的多個腳板5組成一個同圓心圓，收縮時多個腳板5構(gòu)成一個完整的圓，滿足輪式車輛的性能要求；張開時多個腳板5與地面接觸形成不連續(xù)的車轍，提高了智能可變直徑半步行輪在松輪地面條件下的通過性能，同時通過調(diào)整各外輪子的直徑對智能可變直徑半步行輪的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，提高了車輛的穩(wěn)定性。
請參見圖3所示，連接機(jī)構(gòu)4由腳板連接板41、內(nèi)輪殻連接板42、左輪殻連接板43和右輪殻連接板44構(gòu)成，腳板連接板41的右邊為內(nèi)輪殻連接板42，腳板連接板41的左邊為左輪殻連接板43和右輪殻連接板44，內(nèi)輪殻連接板42、左輪殻連接板43和右輪殻連接板44的連接端上設(shè)有鉚接孔，腳板連接板41上設(shè)有鉚接孔。
請參見圖2A所示，左輪殻1上設(shè)有左輪殻外輪11和左輪殻內(nèi)輪13，左輪殻外輪11與左輪殻內(nèi)輪13之間設(shè)有連接孔12，所述連接孔12內(nèi)放置連接柱，通過連接柱使左輪殻1和右輪殻3運動一致；左輪殻外輪11通過鉚釘與左輪殻連接板43連接。
請參見圖2B所示，右輪殻3上設(shè)有右輪殻外輪31和凸臺體32，凸臺體32上設(shè)有三個鍵槽34，張開電機(jī)7的機(jī)殼通過鍵71與凸臺體32上的鍵槽34實現(xiàn)與右輪殻3的連接，右輪殻外輪31與凸臺體32之間設(shè)有連接孔32，所述連接孔32內(nèi)放置連接柱，通過連接柱使左輪殻1和右輪彀3運動一致；右輪殻外輪31通過鉚釘與右輪殻連接板44連接。
請參見圖2C所示，內(nèi)輪殻2上設(shè)有內(nèi)輪殻外輪21和用于安裝雙向諧波減速器8的安裝臺22，雙向諧波減速器8的機(jī)殼83連接在安裝臺22的連接孔23上，內(nèi)輪殻外輪21通過鉚釘與內(nèi)輪殻連接板42連接。
請參見圖4所示，雙向諧波減速器8的右輸入端82與張開電機(jī)7的輸出軸連接，雙向諧波減速器8的左輸入端81與驅(qū)動電機(jī)6的輸出軸連接，張開電機(jī)7的電機(jī)殼通過鍵71安裝在右輪殻3的三個鍵槽34內(nèi)。雙向諧波減速器8的外殼83固定在內(nèi)輪殻2的安裝臺22上，張開電機(jī)7輸出軸與內(nèi)輪殻2的運動一致，內(nèi)輪殻2由驅(qū)動電機(jī)6驅(qū)動，由于張開電機(jī)7的輸出軸與內(nèi)輪殻2運動一致，張開電機(jī)7驅(qū)動時，張開電機(jī)7機(jī)殼相對于內(nèi)輪殻2旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)內(nèi)輪殻2、右輪殻3和左輪殻1的相對旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明中，連接機(jī)構(gòu)4也可以采用連桿方式進(jìn)行組合得到。請參見圖3A所示，圖中，水平位連桿45的右端連接點與第一連桿46連接，水平位連桿45的兩個左端連接點分別與第二連桿47和第三連桿48連接，且第二連桿47和第三連桿48平行，第一連桿46的運動相對于第一運動點49進(jìn)行，第二連桿47和第三連桿48的運動相對于第二運動點40進(jìn)行。
本發(fā)明智能可變直徑半步行輪具有多種用途，特別是星際開發(fā)、海底探測、礦井開采以及交戰(zhàn)與營救的機(jī)器人等。本發(fā)明智能可變直徑半步行輪應(yīng)用于月球車輪系與一般應(yīng)用于月球車輪的優(yōu)點
(1)松軟地面條件下滾動阻力小，牽引力大，附著性能好智能可變直徑半步行輪滾過松軟地面時留下的是不連續(xù)的車轍，所以滾動阻力及壓實土壤阻力大大減少，不存在推土或擁土阻力；另外，由于步行輪是掘土而不是滾動前進(jìn)，所以它的附著性能良好，能產(chǎn)生較大的牽引力。而且可以防止輪胎陷入松軟土壤里打滑。
(2)結(jié)構(gòu)緊湊，便于運輸本發(fā)明的智能可變直徑半步行輪可以作為月球車上的輪系結(jié)構(gòu)，月球車在發(fā)射狀態(tài)時，半步行輪子處于最小狀態(tài)，大大節(jié)省了空間。收縮伸展裝置，可實現(xiàn)四輪的伸展，發(fā)射時，收縮狀態(tài)節(jié)省空間。
(3)較高的越障能力和通過性半步行輪的輪子直徑可變，通過增大輪子直徑，提高了越障能力?？梢暂p松越過20cm～25cm的垂直障礙。
(4)重心低，改善了行駛穩(wěn)定性。
獨特的一體化輪系設(shè)計，把重量集中在輪子上，大大降低了月球車的重心，提高了行駛穩(wěn)定性。
(5)通過姿態(tài)調(diào)整，提高月球車的越障能力和抗側(cè)傾能力，并且能為科學(xué)儀器提供穩(wěn)定的工作平臺通過對四個輪子直徑的分別調(diào)整，可以對月球車姿態(tài)進(jìn)行控制，在爬升陡坡時，防止月球車發(fā)生側(cè)傾。并且可以為科學(xué)探測提供一個穩(wěn)定的工作平臺。
(6)較大的負(fù)載能力裝備有智能可變直徑半步行輪的月球車相對于其他的月球車，重心較低，重量多集中在輪系中，車體比較穩(wěn)定，可以搭載更多的有效載荷。
權(quán)利要求
1.一種智能可變直徑半步行輪，其特征在于由驅(qū)動電機(jī)(6)、張開電機(jī)(7)、雙向諧波減速器(8)、連接機(jī)構(gòu)(4)、腳板(5)、左輪殻(1)、內(nèi)輪殻(2)和右輪殻(3)組成，連接機(jī)構(gòu)(4)、腳板(5)、左輪殻(1)、內(nèi)輪殻(2)和右輪殻(3)為一體成型結(jié)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)(4)由腳板連接板(41)、內(nèi)輪殻連接板(42)、左輪殻連接板(43)和右輪殻連接板(44)構(gòu)成，腳板連接板(41)的右邊為內(nèi)輪殻連接板(42)，腳板連接板(41)的左邊為左輪殻連接板(43)和右輪殻連接板(44)，內(nèi)輪殻連接板(42)、左輪殻連接板(43)和右輪殻連接板(44)的連接端上設(shè)有鉚接孔，腳板連接板(41)上設(shè)有鉚接孔；所述左輪殻(1)上設(shè)有左輪殻外輪(11)和左輪殻內(nèi)輪(13)，左輪殻外輪(11)與左輪殻內(nèi)輪(13)之間設(shè)有連接孔(12)，所述連接孔(12)內(nèi)放置連接柱，通過連接柱使左輪殻(1)和右輪殻(3)運動一致；左輪殻外輪(11)通過鉚釘與左輪殻連接板(43)連接；所述右輪殻(3)上設(shè)有右輪殻外輪(31)和凸臺體(32)，凸臺體(32)上設(shè)有三個鍵槽(34)，張開電機(jī)(7)的機(jī)殼通過鍵(71)與凸臺體(32)上的鍵槽(34)實現(xiàn)與右輪殻(3)的連接，右輪殻外輪(31)與凸臺體(32)之間設(shè)有連接孔(32)，所述連接孔(32)內(nèi)放置連接柱，通過連接柱使左輪殻(1)和右輪殻(3)運動一致；右輪殻外輪(31)通過鉚釘與右輪殻連接板(44)連接；所述內(nèi)輪殻(2)上設(shè)有內(nèi)輪殻外輪(21)和用于安裝雙向諧波減速器8的安裝臺(22)，雙向諧波減速器(8)的機(jī)殼(83)連接在安裝臺(22)的連接孔(23)上，內(nèi)輪殻外輪(21)通過鉚釘與內(nèi)輪殻連接板(42)連接；所述腳板(5)的兩側(cè)邊為弧線結(jié)構(gòu)，腳板(5)連接在連接機(jī)構(gòu)(4)的腳板連接板(41)上，連接在多個連接機(jī)構(gòu)(4)上的多個腳板(5)組成一個同圓心圓；所述雙向諧波減速器(8)的右輸入端與張開電機(jī)(7)的輸出軸連接，雙向諧波減速器(8)的左輸入端與驅(qū)動電機(jī)(6)的輸出軸連接，張開電機(jī)(7)的電機(jī)殼通過鍵(71)安裝在右輪殻(3)的三個鍵槽(31)內(nèi)；雙向諧波減速器(8)的外殼(83)固定在內(nèi)輪殻(2)的安裝臺(22)上，張開電機(jī)(7)輸出軸與內(nèi)輪殻(2)的運動一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能可變直徑半步行輪，其特征在于連接機(jī)構(gòu)(4)、腳板(5)、左輪殻(1)、內(nèi)輪殻(2)和右輪殻(3)采用鈦合金加工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能可變直徑半步行輪，其特征在于驅(qū)動電機(jī)(6)和張開電機(jī)(7)為永磁直流力矩電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能可變直徑半步行輪，其特征在于連接機(jī)構(gòu)(4)也可以采用連桿機(jī)構(gòu)組成，所述連桿機(jī)構(gòu)的水平位連桿(45)的右端連接點與第一連桿(46)連接，水平位連桿(45)的兩個左端連接點分別與第二連桿(47)和第三連桿(48)連接，且第二連桿(47)和第三連桿(48)平行，第一連桿(46)的運動相對于第一運動點(49)進(jìn)行，第二連桿(47)和第三連桿(48)的運動相對于第二運動點(40)進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能可變直徑半步行輪，其特征在于所述可變直徑半步行輪可以適用于月球車的輪系結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能可變直徑半步行輪，由驅(qū)動電機(jī)、張開電機(jī)、雙向諧波減速器、連接機(jī)構(gòu)、腳板、左輪殻、內(nèi)輪殻和右輪殻組成，連接機(jī)構(gòu)、腳板、左輪殻、內(nèi)輪殻和右輪轂為一體成型結(jié)構(gòu)，連接機(jī)構(gòu)分別與腳板、左輪殻、內(nèi)輪轂和右輪殻連接，雙向諧波減速器的右輸入端與張開電機(jī)的輸出軸連接，雙向諧波減速器的左輸入端與驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接，雙向諧波減速器的外殼固定在內(nèi)輪殻的安裝臺上，張開電機(jī)輸出軸與內(nèi)輪殻的運動一致，內(nèi)輪殻由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，由于張開電機(jī)的輸出軸與內(nèi)輪殻運動一致，張開電機(jī)驅(qū)動時，張開電機(jī)機(jī)殼相對于內(nèi)輪殻旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)內(nèi)輪殻、右輪殻和左輪殻的相對旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明智能可變直徑半步行輪通過連接機(jī)構(gòu)與輪轂間的相對運動，實現(xiàn)了輪子直徑可變和結(jié)構(gòu)的伸縮。
文檔編號B60B15/00GK1686723SQ20051007726
公開日2005年10月26日 申請日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者高峰, 崔瑩, 杜發(fā)榮, 王建, 徐國艷 申請人:北京航空航天大學(xué)