一種仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)，是由輪轂、輪腿和輪足構(gòu)成，五條輪腿均勻排布在輪轂的周面上，各輪腿下方以圓弧水平連接輪足?；邙r鳥(niǎo)腿足奔跑姿態(tài)，各輪腿與過(guò)輪轂中心線的夾角α=40°，輪腿與輪足之間的夾角β=130°；所述的輪足的形狀為仿鴕鳥(niǎo)足形的類(lèi)梯形，所述的輪足具有輪趾，所述的輪趾的形狀為鴕鳥(niǎo)足趾甲的倒三角形狀；輪轂上五條輪腿的設(shè)置，使本發(fā)明具有良好的大范圍跨障功能；五條輪腿的設(shè)計(jì)，使一個(gè)輪足的輪趾即將離開(kāi)地面時(shí)，下一個(gè)輪足剛好平行地以最大接觸面積接觸地面，輪足和輪趾的分別仿鴕鳥(niǎo)足形和仿鴕鳥(niǎo)足趾甲形狀設(shè)計(jì)，起到了固沙限流作用，提高了牽引性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車(chē)輪結(jié)構(gòu)，特別涉及一種仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)資源尤其是能源需求的不斷加劇，常規(guī)地區(qū)的資源儲(chǔ)量已經(jīng)開(kāi)始日益匱乏，人們逐漸將開(kāi)采地域轉(zhuǎn)向惡劣極端環(huán)境(如沙漠、戈壁)。經(jīng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，月球和火星富含礦藏資源和珍貴能源，因此進(jìn)行深空探測(cè)也已經(jīng)成為中國(guó)乃至全球未來(lái)的重要方向。無(wú)論是地球極端環(huán)境的沙漠和戈壁，還是深空復(fù)雜環(huán)境的月球和火星，它們的共同特點(diǎn)是分布著部分石塊、凹坑及凸包的松散沙土(月壤和火星的土物理力學(xué)特性類(lèi)似于松散沙土)工作環(huán)境。作為在完成探測(cè)、運(yùn)輸及開(kāi)采任務(wù)的重要裝備，車(chē)輛的基本功能是非規(guī)則結(jié)構(gòu)松軟介質(zhì)表面的通過(guò)能力。由于車(chē)輛通過(guò)性能在很大程度上取決于直接與地面發(fā)生作用的車(chē)輪，因此越沙與跨障車(chē)輪研究已經(jīng)成為重要的地(月)面車(chē)輛系統(tǒng)研究領(lǐng)域。在松軟介質(zhì)工作環(huán)境中，由于介質(zhì)的承載能力和抗剪強(qiáng)度較差，導(dǎo)致普通車(chē)輪的牽通過(guò)性非常不理想。安裝普通車(chē)輪的輪式車(chē)輛在沙地上行駛時(shí)，由于車(chē)輪滑轉(zhuǎn)下陷，嚴(yán)重影響了車(chē)輛的通過(guò)性能，限制了對(duì)松軟介質(zhì)工作環(huán)境中礦藏資源及能源的勘探與開(kāi)采。雖然國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者針對(duì)步行輪的優(yōu)勢(shì)，對(duì)沙地步行輪進(jìn)行了大量研究，并取得一定成果，但僅在一定程度上改善了車(chē)輛通過(guò)性，并且大多數(shù)只注重松軟介質(zhì)的牽引通過(guò)性，難以兼顧石塊、凹坑及凸包等非規(guī)則路面的跨障性能。因此，研制出一種高通過(guò)性的越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)對(duì)于改善和提高非規(guī)則結(jié)構(gòu)松軟介質(zhì)工作環(huán)境中車(chē)輛的越野通過(guò)性能具有重要理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是解決步行輪越沙與跨障兼顧的問(wèn)題，為非規(guī)則結(jié)構(gòu)松軟介質(zhì)路面工作環(huán)境提供一種高越野通過(guò)性能的仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)。
[0004]構(gòu)思的由來(lái): 非洲鴕鳥(niǎo)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鴕鳥(niǎo))原產(chǎn)于非洲和阿拉伯溫差較大的沙漠地區(qū)，主要生活在空曠的沙漠地帶和干燥無(wú)樹(shù)的大草原。鴕鳥(niǎo)屬于平胸類(lèi)鳥(niǎo)，胸骨扁平不具龍骨突起，鎖骨退化，前肢演化成翅膀，已經(jīng)退化不能飛翔，但后肢強(qiáng)壯而有力，在沙地環(huán)境中具有神奇的穩(wěn)健、持久和高速奔跑能力，鴕鳥(niǎo)每一步跨越距離可達(dá)3.5-7米，持續(xù)奔跑速度約50-60公里/小時(shí)，并可維持約30分鐘而不感覺(jué)累，沖刺速度可達(dá)70公里/小時(shí)以上，是當(dāng)之無(wú)愧的沙地及荒原奔跑健將。鴕鳥(niǎo)后肢(腿足)承載鴕鳥(niǎo)體重，在鴕鳥(niǎo)越沙跨障性能中起到至關(guān)重要作用。從自然界獲取靈感，施法自然，以鴕鳥(niǎo)腿足結(jié)構(gòu)與奔跑姿態(tài)為生物原型，采用工程仿生學(xué)技術(shù)及相似性原理，結(jié)合地面車(chē)輛力學(xué)理論，優(yōu)化設(shè)計(jì)出非規(guī)則結(jié)構(gòu)松軟介質(zhì)工作環(huán)境下優(yōu)越牽引性和越障性的仿生車(chē)輪構(gòu)型具有重要理論意義和應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]通過(guò)鴕鳥(niǎo)奔跑腿足結(jié)構(gòu)與奔跑姿態(tài)數(shù)據(jù)采集、鴕鳥(niǎo)腿足結(jié)構(gòu)與姿態(tài)數(shù)據(jù)處理及模型重構(gòu)，進(jìn)行仿生信息獲取和優(yōu)化?；邙r鳥(niǎo)腿足結(jié)構(gòu)和奔跑姿態(tài)，采用工程仿生學(xué)技術(shù)，依據(jù)步行輪輪足運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了本發(fā)明。
[0007]本發(fā)明是由輪轂、輪腿和輪足構(gòu)成，五條輪腿均勻排布在輪轂的周面上，各輪腿下方以圓弧水平連接輪足?；邙r鳥(niǎo)腿足奔跑姿態(tài)，各輪腿與過(guò)輪轂中心線的夾角a =40°，輪腿與輪足之間的夾角￠=130° ;所述的輪足的形狀為仿鴕鳥(niǎo)足形的類(lèi)梯形，所述的輪足具有輪趾，所述的輪趾的形狀為鴕鳥(niǎo)足趾甲形狀。
[0008]本發(fā)明的有益效果:
[0009]1、輪轂上五條輪腿的設(shè)置，使本發(fā)明具有良好的大范圍跨障功能；
[0010]2、五條輪腿的設(shè)計(jì)，使一個(gè)輪足的輪趾即將離開(kāi)地面時(shí)，下ー個(gè)輪足剛好平行地以最大接觸面積接觸地面，輪足和輪趾的分別仿鴕鳥(niǎo)足形和仿鴕鳥(niǎo)足趾甲形狀設(shè)計(jì)，起到了固沙限流作用，提高了牽引性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明的立體示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的主視圖。
[0013]圖3為圖2的左視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]請(qǐng)參閱圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施例是由輪轂1、輪腿2和輪足3構(gòu)成，五條輪腿2均勻排布在輪轂I的周面上，各輪腿2下方以圓弧水平連接輪足3，各輪腿2與過(guò)輪轂I中心線的夾角a =40°，輪腿2與輪足3之間的夾角β=130° ;所述的輪足3的形狀為仿鴕鳥(niǎo)足形的類(lèi)梯形，所述的輪足3具有輪趾4，所述的輪趾4的形狀為鴕鳥(niǎo)足趾甲的倒三角形狀。
[0015]本發(fā)明的行進(jìn)過(guò)程如下:
[0016]行進(jìn)時(shí)，輪腿2與地面夾角為50°，五條輪腿2的設(shè)計(jì)及輪腿2與輪足3之間的夾角3=130°，使一個(gè)輪足3的輪趾4即將離開(kāi)地面時(shí)，下一個(gè)輪足3剛好平行地以最大接觸面積接觸地面，滿(mǎn)足鴕鳥(niǎo)奔跑時(shí)腿足運(yùn)動(dòng)姿態(tài)特點(diǎn)，即輪腿間大范圍跨障與輪腳良好沙地通過(guò)性兼顧，實(shí)現(xiàn)仿生越沙跨障的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)，其特征在于:是由輪轂(I)、輪腿(2)和輪足(3)構(gòu)成，五條輪腿(2)均勻排布在輪轂(I)的周面上，各輪腿(2)下方以圓弧水平連接輪足(3)，各輪腿(2)與過(guò)輪轂(I)中心線的夾角α=40°，輪腿(2)與輪足(3)之間的夾角β=130° ;所述的輪足(3)具有輪趾(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生越沙跨障步行輪輪足結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輪足(3)的形狀為仿鴕鳥(niǎo)足形的類(lèi)梯形；所述的輪趾(4)的形狀為鴕鳥(niǎo)足趾甲的倒三角形狀。
【文檔編號(hào)】B62D57/02GK103448824SQ201310436275
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】張銳, 王蒙, 李治強(qiáng), 王瑋, 王榮, 譚聰 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)