一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置制造方法
【專利摘要】傳統(tǒng)的車輪，無(wú)論是輻條式車輪還是輻板式車輪，無(wú)一例外，只能行走在地面上，一旦坡度較大就會(huì)造成翻車事故。本發(fā)明一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造【技術(shù)領(lǐng)域】，可以應(yīng)用于智能機(jī)器人，適合于樓宇的清洗、消防等方面。本發(fā)明車輪不但適合爬行坡度較大的路面，還可實(shí)現(xiàn)垂直壁面、懸空壁面的行走。其主要部件由主軸、軸承、輪盤、吸盤、偏心輪、齒盤、拉桿、彈簧等構(gòu)成。主軸、軸承及輪盤構(gòu)成車輪的主體，為車輪的行走機(jī)構(gòu)。吸盤、拉桿、彈簧、偏心輪、齒盤構(gòu)成本發(fā)明車輪的吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為懸壁面行走的保障機(jī)構(gòu)，同時(shí)也是本發(fā)明的核心構(gòu)件。
【專利說(shuō)明】一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)與制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車輪的制作方法，特別是涉及一種能在懸壁面上行走的車輪及其裝置制造方法。該發(fā)明可應(yīng)用于智能機(jī)器人，適合于樓宇的清洗、消防等方面。
【背景技術(shù)】
[0002]羨慕空中自由飛翔的小鳥，人們發(fā)明了飛機(jī)；仰慕水中自如沉浮的魚兒，人們發(fā)明了潛艇；佩服準(zhǔn)確預(yù)測(cè)風(fēng)暴的水母，人們又發(fā)明了風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀。仿生學(xué)就是如此的神奇，它使人們的生活發(fā)生了、并將繼續(xù)發(fā)生著日新月異的變化?？吹綁Ρ谏响`活爬行的壁虎，不由人生聯(lián)翩浮想:給手掌裝上能吸附墻壁的“吸爪”，飛檐走壁不就變成了人人即可實(shí)現(xiàn)的夢(mèng)想？給行走的機(jī)器人裝上能“抓住”懸壁的車輪，險(xiǎn)象環(huán)生的玻璃幕墻清洗不就變得輕松簡(jiǎn)單？給汽車裝上能“拔住”地面的車輪，飛馳的汽車將戛然而止，如此將挽救多少無(wú)辜的生命O
[0003]車輪的發(fā)明徹底地改變了人們的古老出行方式。已有的車輪，無(wú)論是輻條式車輪還是輻板式車輪，無(wú)一例外，只能行走在地面上，一旦坡度較大就會(huì)造成翻車事故。傳統(tǒng)的車輪對(duì)懸壁面更是望塵莫及。現(xiàn)代建筑越建越高，隨之而來(lái)的樓宇的清洗、消防等又成為棘手的問(wèn)題，如果能有一種能爬樓的機(jī)器人，上述問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。要想使機(jī)器人具備能爬樓的功能，首先得有一種在行進(jìn)過(guò)程中能吸附在墻上的輪子，可見(jiàn)發(fā)明一種能在墻上爬行的輪子尤為迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于:提供一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置制造方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案:一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其主要部件由主軸、軸承、輪盤、吸盤、偏心輪、齒盤、拉桿、彈簧等構(gòu)成。主軸、軸承及輪盤構(gòu)成車輪的主體，輪盤通過(guò)軸承與主軸相連。齒盤固定在主軸上，主軸固定在車體上。工作時(shí)輪盤沿懸壁面滾動(dòng)，主軸、齒盤相對(duì)車體不動(dòng)。吸盤、拉桿、彈簧、偏心輪、齒盤構(gòu)成本發(fā)明車輪的吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)。輪盤滾動(dòng)時(shí)帶動(dòng)偏心輪繞主軸旋轉(zhuǎn)，吸盤旋轉(zhuǎn)角減小，當(dāng)其減小到一定的角度時(shí)，一方面吸盤與懸壁面完全接觸，另一方面，偏心輪與齒盤上齒頂嚙合。隨吸盤旋轉(zhuǎn)角的進(jìn)一步減小、直至為零、以至增大，在齒盤上齒頂?shù)淖饔孟拢妮喞@連接軸旋轉(zhuǎn)，與偏心輪相連的拉桿向主軸方向移動(dòng)，吸盤與懸壁面間形成空腔，隨拉桿的移動(dòng)空腔空間逐漸增大，繼而形成負(fù)壓，于是車輪被吸附在懸壁面上。由于吸盤為柔性材料制造，因而在吸盤的不同位置，有些地方能承受壓縮變形，有些地方能承受拉伸變形。這樣隨輪盤的滾動(dòng)，能保證其具有一定的吸附時(shí)間，為車輪的行進(jìn)提供吸附保證。
[0006]一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置其主要部件由主軸、軸承、輪盤、吸盤、偏心輪、齒盤、拉桿、彈簧等構(gòu)成。
[0007]主軸、軸承及輪盤構(gòu)成車輪的主體。輪盤圓心處開(kāi)孔，該孔為軸承的安裝孔。在輪盤板厚中面上、沿徑向等角度放射狀設(shè)有臺(tái)階孔，根據(jù)功能不同臺(tái)階孔分為:拉桿孔、彈簧孔、吸盤孔；輪盤通過(guò)軸承與主軸相連。主軸固定在車體上，齒盤固定在主軸上，也可直接固定在車體上。
[0008]吸盤、拉桿、彈簧、齒盤、偏心輪及臺(tái)階孔構(gòu)成本發(fā)明車輪的吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)。吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)臺(tái)階孔的數(shù)量分為若干組，吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)臺(tái)階孔安裝在輪盤上。吸盤為柔性材料制造，能自由伸張，為了保證氣密性要求，吸盤不含有任何孔洞、夾雜及裂紋等缺陷。吸盤側(cè)環(huán)粘結(jié)在吸盤孔內(nèi)，一端面與拉桿固定連結(jié)；拉桿的另一端與偏心輪相連；彈簧套在拉桿上后置于彈簧孔內(nèi)，彈簧的一端頂在吸盤上，另一端置于彈簧孔與拉桿孔相交的臺(tái)階面上；偏心輪與輪盤臺(tái)階面相切。
[0009]吸盤旋轉(zhuǎn)角為懸壁面法線與拉桿軸線間的夾角。
[0010]本發(fā)明車輪及裝置的工作過(guò)程為:輪盤沿懸壁面滾動(dòng)，主軸、齒盤相對(duì)車體不動(dòng)。輪盤滾動(dòng)時(shí)帶動(dòng)偏心輪繞主軸旋轉(zhuǎn)，吸盤旋轉(zhuǎn)角減小，當(dāng)其減小到一定的角度時(shí)，一方面吸盤與懸壁面完全接觸，另一方面，偏心輪與齒盤上齒頂嚙合，彈簧被壓縮。隨吸盤旋轉(zhuǎn)角的進(jìn)一步減小、直至為零、以至增大，在齒盤上齒頂?shù)淖饔孟?，偏心輪繞連接軸旋轉(zhuǎn)，與偏心輪相連的拉桿向主軸方向移動(dòng)，由于吸盤側(cè)環(huán)固定在吸盤孔內(nèi)，因而在吸盤與懸壁面間形成空腔，隨拉桿的移動(dòng)空腔空間逐漸增大，繼而形成負(fù)壓，于是車輪被吸附在懸壁面上。由于吸盤為柔性材料制造，因而在吸盤的不同位置，有些地方能承受壓縮變形，有些地方能承受拉伸變形。這樣隨輪盤的滾動(dòng)，能保證其具有一定的吸附時(shí)間，為車輪的行進(jìn)提供吸附保證。
[0011]隨輪盤的滾動(dòng)，拉桿軸線越過(guò)懸壁面法線，吸盤旋轉(zhuǎn)角反向逐漸增大，當(dāng)其增大到一定程度時(shí)，齒盤上的齒頂脫離偏心輪，彈簧在彈性力的作用下伸長(zhǎng)，拉桿向背離主軸方向移動(dòng)，吸盤與懸壁面間的空腔減小，吸附力隨之減小，當(dāng)其減小到一定程度或減小到為零時(shí)，吸盤完全脫離懸壁面，緊接著下一組吸附調(diào)節(jié)裝置被啟動(dòng)。由于前一組吸附調(diào)節(jié)裝置與下一組吸附調(diào)節(jié)裝置間存在時(shí)間差，為了消除由于時(shí)間差而造成的吸附空當(dāng)，如圖6所示，本發(fā)明將另一幅車輪與之并在一起，即沿車輪厚度方向，一個(gè)車輪的臺(tái)階孔位于另一車輪的兩個(gè)臺(tái)階孔之間。如此即可實(shí)現(xiàn)車輪的滾動(dòng)和吸附同步進(jìn)行。為了進(jìn)一步增強(qiáng)車輪的吸附能力，還可在同一主軸上安裝多幅車輪。
[0012]為保證偏心輪的自由旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明所述的偏心輪，從齒盤之齒頂?shù)膰Ш祥_(kāi)始，到齒盤之齒頂?shù)拿撾x，其離心半徑逐漸增大，齒盤之齒頂脫離偏心輪瞬間達(dá)到最大值，此最大值不超過(guò)偏心輪的最大半徑。為了保證偏心輪的正確復(fù)位，還可在偏心輪的連接軸上安裝復(fù)位彈簧。隨偏心輪的旋轉(zhuǎn)復(fù)位彈簧被拉緊，當(dāng)偏心輪脫離齒盤之齒頂?shù)膰Ш蠒r(shí)，由于受彈性力的作用，復(fù)位彈簧要恢復(fù)原狀，于是偏心輪被帶動(dòng)反方向旋轉(zhuǎn)。
[0013]為了進(jìn)一步保證吸附系統(tǒng)的貫通性、靈活性、可靠性，本發(fā)明將偏心輪改造為L(zhǎng)型杠桿結(jié)構(gòu)。.拉桿孔與拉桿相連，軸孔與輪盤上的軸相連，工作時(shí)齒盤之齒頂與凸輪嚙合，隨著凸輪的旋轉(zhuǎn)，L型杠桿繞與軸孔相連的軸旋轉(zhuǎn)，于是實(shí)現(xiàn)了拉桿的移動(dòng)。
[0014]為了適應(yīng)高溫環(huán)境，可以用橡膠制造吸盤；為了吸附粗糙表面，可以用硅橡膠聚制造吸盤；為了提高吸盤的耐用性能，可以用聚氨酯制造吸盤；為了避免懸壁面被劃傷，可以用聚氨酯制造吸盤；為了提高吸盤的耐油性，用聚氨酯、丁腈橡膠或含乙烯基的聚合物等材料來(lái)制造吸盤。[0015]本發(fā)明所取得的有益效果:本發(fā)明所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，由于吸附系統(tǒng)為齒輪、偏心輪、彈簧、連桿機(jī)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行靈活可靠。輪盤用鋁合金、鈦合金、樹(shù)脂等制造，因而重量輕。尤其是車輪被吸附在懸壁面的同時(shí)，能保持行走狀態(tài)，吸附功能的實(shí)現(xiàn)完全借助車體的慣性，無(wú)須額外動(dòng)能的支持。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明制造的能在懸壁面上行走的車輪及裝置圖 圖2為本發(fā)明制造的能在懸壁面上行走的單幅車輪及裝置圖
圖3為本發(fā)明制造的能在懸壁面上行走的車輪及裝置局部刨視圖
圖4為本發(fā)明制造的吸盤
圖5為本發(fā)明制造的輪盤局部刨視圖
圖6為本發(fā)明制造的能在懸壁面上行走的車輪側(cè)視圖
圖7為本發(fā)明制造的L型杠桿示意圖
圖中:
1.主軸 2.軸承 3.輪盤4.吸盤 5.偏心輪6.齒盤 7.拉桿 8.彈簧9.連接軸10.臺(tái)階孔11.懸壁面法線12.懸壁面13.吸盤旋轉(zhuǎn)角14.凸輪15.軸孔16.拉桿孔101.拉桿孔102.彈簧孔103.吸盤孔104.輪盤臺(tái)階面401.吸盤側(cè)環(huán)411.吸附狀態(tài)吸盤組412.偏離壁面吸盤組。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明及其有益效果作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]實(shí)施例1:參照?qǐng)D1至圖6，所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置其主要部件由主軸1、軸承2、輪盤3、吸盤4、偏心輪5、齒盤6、拉桿7、彈簧8等構(gòu)成。
[0019]主軸1、軸承2及輪盤3構(gòu)成車輪的主體。輪盤3在中心開(kāi)孔，在板厚中面上、沿徑向等角度放射狀分布臺(tái)階孔10，根據(jù)功能不同臺(tái)階孔10分為:拉桿孔101、彈簧孔102、吸盤孔103 ;輪盤3通過(guò)軸承2與主軸I相連。主軸I固定在車體上，齒盤6固定在主軸I上，也可直接固定在車體上。
[0020]吸盤4、拉桿7、彈簧8、齒盤6、偏心輪5及臺(tái)階孔10構(gòu)成本發(fā)明車輪的吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)。吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)臺(tái)階孔10的數(shù)量分為若干組，吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)臺(tái)階孔10安裝在輪盤3上。吸盤4為柔性材料制造，能自由伸張，為了保證氣密性要求，吸盤4不含有任何孔洞、夾雜及裂紋等缺陷。吸盤側(cè)環(huán)401粘合在吸盤孔103內(nèi)，一端面與拉桿7固定連結(jié)；拉桿7的另一端與偏心輪5相連；彈簧8套在拉桿7上后置于彈簧孔102內(nèi)，彈簧8的一端頂在吸盤4上，另一端置于彈簧孔102與拉桿孔101相交的臺(tái)階面上；偏心輪5與輪盤臺(tái)階面104相切。
[0021]本發(fā)明的工作過(guò)程為:輪盤3沿懸壁面12滾動(dòng)，主軸1、齒盤6相對(duì)車體不動(dòng)。輪盤3滾動(dòng)時(shí)帶動(dòng)偏心輪5繞主軸I旋轉(zhuǎn)，吸盤旋轉(zhuǎn)角13減小，當(dāng)其減小到一定的角度時(shí)，一方面吸盤4與懸壁面12完全接觸,另一方面，偏心輪5與齒盤6上齒頂哨合,彈簧8被壓縮。隨吸盤旋轉(zhuǎn)角13的進(jìn)一步減小、直至為零、甚至增大，在齒盤6上齒頂?shù)淖饔孟?，偏心?繞連接軸9旋轉(zhuǎn)，與偏心輪5相連的拉桿7向主軸I方向移動(dòng)，由于吸盤側(cè)環(huán)401固定在吸盤孔103內(nèi)，因而在吸盤4與懸壁面12間形成空腔，隨拉桿7的移動(dòng)空腔空間逐漸增大，繼而形成負(fù)壓，于是車輪被吸附在懸壁面12上。
[0022]吸盤旋轉(zhuǎn)角13為懸壁面法線11與拉桿7軸線間的夾角。
[0023]隨輪盤3的滾動(dòng)，拉桿軸線越過(guò)懸壁面法線11，吸吸盤旋轉(zhuǎn)角13繼而逐漸增大，當(dāng)其增大到一定程度時(shí)，齒盤6上的齒頂脫離偏心輪5，彈簧8在彈性力的作用下伸長(zhǎng)，拉桿7向背離主軸I方向移動(dòng)，吸盤4與懸壁面12間的空腔減小，吸附力隨之減小，當(dāng)其減小到一定程度或減小到為零時(shí)，吸盤4完全脫離懸壁面12，緊接著啟動(dòng)下一組吸附調(diào)節(jié)裝置。由于前一組吸附調(diào)節(jié)裝置與下一組吸附調(diào)節(jié)裝置間存在時(shí)間差，為了消除由于時(shí)間差而造成的吸附空當(dāng)，如圖6所示，本發(fā)明將另一幅車輪與之并在一起，即沿車輪厚度方向，一個(gè)車輪的臺(tái)階孔10位于另一車輪的兩個(gè)臺(tái)階孔10之間。如此即可實(shí)現(xiàn)車輪的滾動(dòng)和吸附同步進(jìn)行。為了進(jìn)一步增強(qiáng)車輪的吸附能力，還可在同一主軸I上安裝多幅車輪。
[0024]為保證偏心輪5的自由旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明所述的偏心輪5，從齒盤6之齒頂?shù)膰Ш祥_(kāi)始，到齒盤6之齒頂?shù)拿撾x，其離心半徑逐漸增大，齒盤6之齒頂脫離瞬間達(dá)到最大值，此最大值不超過(guò)偏心輪5的最大半徑。為了保證偏心輪5的正確復(fù)位，還可在偏心輪5的連接軸9上安裝復(fù)位彈簧。隨偏心輪5的旋轉(zhuǎn)復(fù)位彈簧被拉緊，當(dāng)偏心輪5脫離齒盤6之齒頂?shù)膰Ш蠒r(shí)，由于受彈性力的作用，復(fù)位彈簧要恢復(fù)原狀，于是偏心輪5被帶動(dòng)反方向旋轉(zhuǎn)。
[0025]為了適應(yīng)高溫環(huán)境，可以用橡膠制造吸盤；為了吸附粗糙表面，可以用硅橡膠聚制造吸盤；為了提高吸盤的耐用性能，可以用聚氨酯制造吸盤；為了避免懸壁面被劃傷，可以用聚氨酯制造吸盤；為了提高吸盤的耐油性，用聚氨酯、丁腈橡膠或含乙烯基的聚合物等材料來(lái)制造吸盤。
[0026]實(shí)施例2:制造步驟同于步驟1，不同之處在實(shí)施例2將偏心輪5改變成如圖7所示的L型杠桿結(jié)構(gòu)，輪盤3上設(shè)有與軸孔15相對(duì)應(yīng)的軸。.拉桿孔16與拉桿7相連。工作時(shí)齒盤6之齒頂與凸輪14嚙合，隨著凸輪14的旋轉(zhuǎn)，L型杠桿繞與軸孔15相連的軸旋轉(zhuǎn)，于是實(shí)現(xiàn)了拉桿7的移動(dòng)。通過(guò)L型杠桿結(jié)構(gòu)的改造，進(jìn)一步保證了吸附系統(tǒng)的連貫性、靈活性。
【權(quán)利要求】
1.一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其主要部件由主軸、軸承、輪盤、吸盤、拉桿、彈簧、偏心輪、齒盤等構(gòu)成；主軸、軸承及輪盤等構(gòu)成車輪的主體；吸盤、拉桿、彈簧、偏心輪、齒盤及臺(tái)階孔等構(gòu)成本發(fā)明車輪的吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其特征在于主軸固定在車體上，齒盤固定在主軸上，也可直接固定在車體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其特征在于臺(tái)階孔位于輪盤中面、沿徑向等角度放射狀分布，輪盤通過(guò)軸承與主軸相連，輪盤能繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其特征在于吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)與臺(tái)階孔存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，吸附調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)臺(tái)階孔安裝在輪盤上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其特征在于吸盤為柔性材料制造，能自由伸張，吸盤不含有任何孔洞、夾雜及裂紋等缺陷，吸盤側(cè)環(huán)粘合在吸盤孔內(nèi)，一端面與拉桿固定連結(jié)；拉桿的另一端與偏心輪相連；彈簧套在拉桿上后置于彈簧孔內(nèi)，彈簧的一端頂在吸盤上，另一端置于彈簧孔與拉桿孔相交的臺(tái)階面上；偏心輪與輪盤臺(tái)階面相切。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其特征在于:為保證偏心輪的自由旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明所涉及的偏心輪，從齒盤齒頂?shù)膰Ш祥_(kāi)始，到齒盤齒頂?shù)拿撾x，其離心半徑逐漸增大,齒盤之齒頂脫離瞬間達(dá)到最大值,此最大值不超過(guò)偏心輪的最大半徑；為了保證偏心輪的正確復(fù)位，還可在偏心輪的連接軸上安裝復(fù)位彈簧；隨偏心輪的旋轉(zhuǎn)復(fù)位彈簧被拉緊，當(dāng)偏心輪脫離齒盤齒頂?shù)膰Ш蠒r(shí)，由于受彈性力的作用，復(fù)位彈簧要恢復(fù)原狀，于是偏心輪被帶動(dòng)反方向旋轉(zhuǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能在懸壁面上行走的車輪及裝置，其特征在于:為了進(jìn)一步保證吸附系統(tǒng)的連貫性、靈活性、可靠性，本發(fā)明的偏心輪還可以為L(zhǎng)型杠桿結(jié)構(gòu)山型杠桿上拉桿孔與拉桿相連，軸孔與輪盤上相應(yīng)的軸相連，工作時(shí)齒盤之齒頂與凸輪嚙合，隨著凸輪的旋轉(zhuǎn)，L型杠桿繞與軸孔相連的軸旋轉(zhuǎn)，于是實(shí)現(xiàn)了拉桿的往復(fù)移動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B60B19/00GK103434332SQ201310406448
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】胡奕晅, 劉維英 申請(qǐng)人:胡奕晅, 劉維英