本實(shí)用新型涉及一種輪子，尤其涉及一種具有高通過(guò)性的螺旋輪。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的各類(lèi)輪子只擅長(zhǎng)在平地上滾動(dòng)，當(dāng)遇到階梯狀障礙物時(shí)，如爬樓梯或下樓梯則無(wú)法跨越，通過(guò)性差。星形輪雖能爬樓梯，但會(huì)發(fā)生撞地現(xiàn)象，而且只能前進(jìn)或后退，不能進(jìn)行橫向移動(dòng)，履帶也是如此。這就使得很多使用輪子或履帶的設(shè)備的功能受到很大限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、機(jī)動(dòng)靈活、跨越障礙平穩(wěn)的高通過(guò)性螺旋輪。本實(shí)用新型打破了對(duì)輪子外圈為封閉的圓這一傳統(tǒng)理解，創(chuàng)新地引入開(kāi)放螺旋的概念。

本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪，包括一個(gè)三維螺旋體或者兩個(gè)以上相同、同向、彼此等距的三維螺旋體，以及將以上三維螺旋體與其軸心剛性相連的連接體。

使用本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪時(shí)，使三維螺旋體繞軸心旋轉(zhuǎn)，整個(gè)輪子即發(fā)生位移；若遇較高或較低障礙物，輪子前端產(chǎn)生傾角，順時(shí)針三維螺旋體繞軸心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或者逆時(shí)針三維螺旋體繞軸心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，前端的螺旋接觸到障礙物頂部，后面的螺旋依次到達(dá)，直至整個(gè)輪子全部翻越障礙物頂部，反向旋轉(zhuǎn)可平穩(wěn)再返回。

進(jìn)一步地，所述三維螺旋體的半徑沿軸向從一端至另一端逐漸變小，螺旋的外輪廓形成漸近軸心的連續(xù)、光滑曲線或直線。從而在行進(jìn)中遇障礙物時(shí)，無(wú)須給輪子一個(gè)傾斜的角度，而是輪子前端較小部分的螺旋先接觸障礙物頂部，后面的螺旋依次到達(dá)，于是增加輪子翻越障礙物的能力，更加便捷。

進(jìn)一步地，所述三維螺旋體位于大端的螺旋，其等徑螺旋的旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)成至少完整的一周。這樣，當(dāng)輪子在水平方向滾動(dòng)時(shí)，其軸心與地面距離為常數(shù)，從而增加輪子行進(jìn)中的順暢性和穩(wěn)定性。

進(jìn)一步地，所述三維螺旋體大端的螺旋半徑沿其軸向減小的方向是向兩端均減小。這樣，輪子的前后端都具有前端較小的部分，當(dāng)攀升或下降時(shí)，兩端均能發(fā)揮作用，同時(shí)還能相互配合，特別是與輪子的支架系統(tǒng)、車(chē)架等配合，仰角能大幅增加。例如，當(dāng)輪子行進(jìn)中遇到陡峭低洼處（下樓梯時(shí)），后部會(huì)均勻釋放輪子，當(dāng)車(chē)體前傾時(shí)，輪子前部會(huì)提前與地面接觸，與輪子后部配合，平穩(wěn)降到底部，從而輕松地實(shí)現(xiàn)輪子的爬樓梯、下樓梯等跨越障礙物的功能。

進(jìn)一步地，所述三維螺旋體外輪廓上設(shè)有若干相互平行子軸和子輪，子輪可繞子軸自由旋轉(zhuǎn)，相鄰的子輪之間保持間隙；位于端部的子軸軸向與三維螺旋體的橫截面形成非90°夾角，其余子軸軸向與相應(yīng)螺旋的切線方向在三維螺旋體的橫截面及橫截面的切面均形成非90°夾角。這樣的設(shè)計(jì)可以將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，降低能耗，避免劃傷地面；其次，更好模擬三維螺旋體，運(yùn)行過(guò)程中更加平穩(wěn)順暢；再次，可防止子輪向非預(yù)期方向滾動(dòng)，避免主輪在通過(guò)障礙物時(shí)，從其上滑脫。當(dāng)軸心與行進(jìn)方向被限定在一定夾角時(shí)，主輪旋轉(zhuǎn)，則子輪在與接觸面間靜摩擦力作用下旋轉(zhuǎn)，并將部分主輪轉(zhuǎn)向力轉(zhuǎn)化到該子輪的法向力上面，最終產(chǎn)生向前的動(dòng)力。

進(jìn)一步地，位于兩端的子輪為半球形；其余的子輪形狀為中間鼓形、兩邊半球形相結(jié)合。鼓形加半球形子輪的設(shè)計(jì)，是為了更好地模擬從子輪所在部位經(jīng)過(guò)的那段螺旋線，從而增加輪子爬越障礙物的平穩(wěn)性。由于端部空間較小，到最兩端就簡(jiǎn)化成半球形，當(dāng)行進(jìn)中遇到陡峭凸起障礙物時(shí)，最先與障礙物頂部接觸的部位往往是子輪的端部，半球形設(shè)計(jì)可降低其對(duì)地面的壓強(qiáng)。

進(jìn)一步地，所述中間鼓形、兩邊半球形的子輪是分體式，沿子軸方向分割成不同組成部分。分體式結(jié)構(gòu)可增加輻條、子軸和子輪的牢固程度，但在狹小部位，也可在盡量保有其完整形狀的同時(shí)，做成一個(gè)整體或從中間等分的兩部分。

進(jìn)一步地，所述分體式子輪各組成部分之間同軸或者不同軸。同軸時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于裝配，缺點(diǎn)是子輪過(guò)大，兩端與中間部分的截面半徑存在較大差距，造成在角速度相同時(shí)線速度差距過(guò)大。不同軸時(shí)，可將中間部分變細(xì)，使其截面半徑接近兩端，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配繁瑣。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪還包括固定軸，所述軸心為具有中心孔的輪轂，固定軸穿過(guò)輪轂的中心孔，輪轂可繞固定軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸固定在車(chē)架支撐系統(tǒng)上，用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而降低馬達(dá)軸承的磨損，延長(zhǎng)其使用壽命。

進(jìn)一步地，所述輪轂沿軸向分割成若干段，相應(yīng)地三維螺旋體也隨之分割成若干段，各段之間剛性連接。從而可大大簡(jiǎn)化安裝過(guò)程。

進(jìn)一步地，所述連接體為從三維螺旋體至軸心的若干實(shí)心面或者若干輻條。

進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪在內(nèi)部設(shè)置電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)或固定軸上加裝從動(dòng)輪，通過(guò)鏈條或皮帶與外部馬達(dá)連接驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述同一螺旋輪上的三維螺旋體全部為順時(shí)針?lè)较蚧蛘呷繛槟鏁r(shí)針?lè)较颉?/p>

本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪可用在機(jī)器人平臺(tái)、電動(dòng)輪椅、玩具及傳動(dòng)變速裝置等上面。

附圖說(shuō)明

圖1 為本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪的實(shí)施例一的立體圖；

圖2為圖1的主視圖；

圖3為圖2的側(cè)視圖；

圖4為圖1中主輪的各零部件圖；

圖5為圖4的爆炸圖；

圖6為圖5中子輪B的軸向位置圖；

圖7為圖5中子輪A在輪轂平面的軸向位置圖；

圖8為圖5中子輪A在輪轂切面的軸向位置圖；

圖9為設(shè)有不同數(shù)量輻條的輪轂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為如圖1所示螺旋輪的不同爬坡度時(shí)狀態(tài)圖；

圖11為如圖1所示螺旋輪成組使用的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為如圖1所示螺旋輪使用在支撐平臺(tái)的狀態(tài)圖；

圖13為利用內(nèi)置電機(jī)驅(qū)動(dòng)如圖1所示螺旋輪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為作為從動(dòng)輪的如圖1所示螺旋輪的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪的實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖16為本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪的實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖17為本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪的實(shí)施例四的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖中各件號(hào)說(shuō)明：

1-固定軸；2-主輪；3-輪轂；4-輻條；5-子軸；6-子輪A；7-子輪B；8-子輪B的軸向；9-輪轂平面方向；10-子輪A的軸向；11-輪轂切線方向；12-電機(jī)；13-從動(dòng)輪；14-軸心；15-固定盤(pán)；16-三維螺旋體；17-障礙物；18-平面；19-曲面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1附圖17對(duì)本實(shí)用新型所述高通過(guò)性螺旋輪進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一。

如圖1至圖3所示，本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪，包括固定軸1和主輪2，固定軸1穿過(guò)主輪2中心，可繞固定軸2自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖4和圖5所示，主輪2包括若干輪轂3和輻條4。如圖5所示，所述輪轂3外周延輪轂3徑向裝有對(duì)稱(chēng)的兩根輻條4；每個(gè)輪轂3上的輻條4還可以是一根以及多根，呈對(duì)稱(chēng)分布，如圖9所示。

如圖4所示，輪轂3上的輻條4軸向上按照從中間向兩端逐漸變小的次序排列，各段輪轂3間剛性連接。如圖5所示，輻條4頂端設(shè)有子軸5和子輪A6、子輪B7，相鄰的子輪之間保持間隙，子輪A、子輪B可繞子軸5自由旋轉(zhuǎn)；位于兩端的輪轂3上的子輪B7為半球形；其余輪轂3上的子輪A6形狀為中間鼓形、兩邊半球形相結(jié)合。

如圖1至圖3所示，排列后所有子輪A以及子輪B的邊緣輪廓連續(xù)起來(lái)形成中間為等徑的柱形、從中間向兩端呈錐形的螺旋狀。

如圖6所示，子輪B的軸向8與輪轂平面方向9之間保持夾角，二者之間非相互垂直。

如圖7所示，在輪轂3、輻條4所在的平面，子輪A的軸向10與輪轂切線方向11之間保持非90度的夾角；如圖8所示，在輪轂3、輻條4所在平面的切面，子輪A的軸向10與輪轂切線方向11之間保持非90度的夾角。

主輪2延固定軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，順時(shí)針三維螺旋體繞軸心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或者逆時(shí)針三維螺旋體繞軸心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。固定軸1與前進(jìn)方向被限定在一定夾角時(shí)，子輪A、子輪B在與接觸面間靜摩擦力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖10所示，當(dāng)前進(jìn)中遇障礙物時(shí)，主輪前端較小部分的子輪先接觸障礙物頂部，而后面的子輪依次到達(dá)，直至整個(gè)輪子全部平穩(wěn)攀上障礙物頂部。反之，當(dāng)遇到陡峭低洼處，例如下樓梯時(shí)，輪子后部會(huì)均勻釋放輪子，當(dāng)車(chē)體前傾時(shí)，輪子前部會(huì)提前與地面接觸，與輪子后部配合，平穩(wěn)降到底部；反向旋轉(zhuǎn)則返回翻越較高或較低障礙物。

本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪可單個(gè)使用，組合使用效果更好。如圖11所示，兩個(gè)順時(shí)針?lè)较虻闹鬏喤c兩個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻闹鬏喤c前進(jìn)方向呈45度角兩兩相鄰結(jié)合，形成一個(gè)按順時(shí)針-逆時(shí)針-順時(shí)針-逆時(shí)針排列的菱形狀，從而可實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)、任意方向移動(dòng)和定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪，配上支架系統(tǒng)和支撐平面，可對(duì)輪子進(jìn)行運(yùn)用，如圖12所示。除此之外，還可以用在電動(dòng)輪椅、機(jī)器人平臺(tái)等上面。

如圖13所示，本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪在內(nèi)部設(shè)置電機(jī)12驅(qū)動(dòng)；或固定軸上加裝從動(dòng)輪13，通過(guò)鏈條或皮帶與外部馬達(dá)連接驅(qū)動(dòng)，可用在傳動(dòng)變速箱裝置上。

實(shí)施例二。

如圖15所示，本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪，包括兩條相同的具有一定螺距的三維螺旋體16和固定盤(pán)15，所述三維螺旋體16為帶狀螺旋，所述固定盤(pán)15與兩條三維螺旋體16的一端固定連接，固定盤(pán)15中心設(shè)有三維螺旋體16的軸心14。

使用本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪時(shí)，外部動(dòng)力源接在軸心14上，給軸心14一個(gè)旋轉(zhuǎn)力，使兩條三維螺旋體16沿螺旋方向旋轉(zhuǎn)，從而輪子產(chǎn)生前行，當(dāng)遇障礙物17時(shí)，使輪子上傾，前端的螺旋接觸到障礙物頂部，后面的螺旋依次到達(dá)，直至整個(gè)輪子全部平穩(wěn)攀上障礙物頂部。

實(shí)施例三。

如圖16所示，本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪，包括軸心14和兩條直接纏繞在軸心14上相同的三維螺旋體16，所述軸心為貫穿三維螺旋體16的一根中心軸，所述三維螺旋體16為實(shí)體螺旋，即從其外輪廓至軸心14處設(shè)有一體式的連接面。所述三維螺旋體16為半徑由大逐漸減少的錐形螺旋，所述螺旋的外輪廓面為平面18。

使用本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪時(shí)，外部動(dòng)力源接在軸心14上，給軸心14一個(gè)旋轉(zhuǎn)力，使兩條三維螺旋體16沿螺旋方向旋轉(zhuǎn)，從而輪子產(chǎn)生前行，當(dāng)遇障礙物17時(shí)，由于三維螺旋體16為錐形，所以無(wú)須使輪子上傾，輪子前端較小部分的螺旋先接觸障礙物頂部，后面的螺旋依次到達(dá)，于是增加輪子翻越障礙物的能力，更加便捷。

實(shí)施例四。

如圖17所示，本實(shí)施例所述高通過(guò)性螺旋輪與實(shí)施例三的區(qū)別在于，所述三維螺旋體16的外輪廓面為曲面19，從而提高輪子運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性。其余與實(shí)施例三相同，在此不贅述。

如上所述，結(jié)合附圖和實(shí)施例所給出的方案內(nèi)容，可以衍生出類(lèi)似的技術(shù)方案。但凡是未脫離實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。