一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构制造技术

本发明专利技术公开了一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构，包括轮框、轮框驱动齿轮、中心框架、中心动力轴、中心动力齿轮、弹性元件固定环、弹性元件。本发明专利技术改进了轮式结构目前应用范围的局限性，使得轮式结构可以在更多场景广泛应用；现有技术的改进措施往往需要加装执行器或更改车体结构来实现，本发明专利技术结构简单，无需多加执行器或更改车体；本发明专利技术相较现有技术设计简单紧凑，整个轮子设计左右轮零件相同，旨在保持结构的高可靠性；本发明专利技术利用弹性元件实现变胞机构的变换，相较传统的电驱结构简化了设计，提高了可靠性。提高了可靠性。提高了可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构


[0001]本专利技术涉及轮式变胞机构领域，更具体地说，涉及一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构。

技术介绍

[0002]在机器人领域中，常见的有轮式机器人、履带机器人、多足机器人等。采用轮式结构的机器人有着较高的移动效率和很高的可靠性。然而，由于轮式结构机器人难以应付大坡度的楼梯结构，因此其在驱动轮椅踏上楼梯、承载服务机器人走入千家万户的过程中遇到了困难。
[0003]目前专利界也有许多针对轮式结构的变形改进方案，非常常见的便是将轮式框架分为三瓣展开，如[中国技术]CN202020910957.0一种稳定行走的变形轮装置，及[中国专利技术,中国专利技术授权]CN201610216807.8具有变形轮的移动机器人，这两个专利均是通过展开成爪式结构攀爬地形。这样的结构普遍需要额外的执行器驱动轮式结构展开。还有另一种常见方案则是通过改变原本轮式结构的特性，例如压缩成椭圆形[中国专利技术,中国专利技术授权]CN202010902369.7一种轮履式可重构变形轮，或是随轮轴改变形状[中国专利技术]CN201911231522.1一种用于爬楼梯的变形轮。
[0004]但是，以上这些针对现有技术的改进措施往往需要加装执行器或更改车体结构来实现。因此，如何通过有效的改进传统的机器人轮式结构，使得其能够更好的适应都市中常见的阶梯结构，能够极大地扩展轮式机器人，乃至轮式器械的应用范围，并且无需对目前绝大部分器械进行根本性的变革。在改进成本较低的前提下，最大程度的提高轮式结构的工作效率和范围，是本领技术人员的一个重要研究方向。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提出了一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构，其具体技术方案如下：
[0006]一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构，包括轮框、轮框驱动齿轮、中心框架、中心动力轴、中心动力齿轮、弹性元件固定环、弹性元件；
[0007]所述轮框共有两个，分别为结构与尺寸均相同的第一轮框、第二轮框，两个所述轮框沿轮心呈中心对称形态，且其均由外圈的轮圈及固定于所述轮圈内侧的连接架组成，两个所述轮圈能够组合成一个圆周；所述轮框内对应设有驱动其展开的所述轮框驱动齿轮，所述轮框驱动齿轮固定于所述连接架上；
[0008]所述中心框架共有两个，分别为结构与尺寸均相同的第一中心框架、第二中心框架，两个所述中心框架并排放置，且其均包括一横向框架以及两个弹性元件固定架，两个所述弹性元件固定架垂直且对向固定于所述横向框架长度方向的两侧；所述横向框架中位于两个所述弹性元件固定架之间的架体上沿其长度方向顺次开设有第一圆形轴孔、第二圆形轴孔、第三圆形轴孔，两个所述中心框架上的所述弹性元件固定架、所述第一圆形轴孔、所
述第二圆形轴孔、所述第三圆形轴孔分别相对应；
[0009]所述中心动力轴穿过位于中间位置的两个所述第二圆形轴孔，并能够相对所述横向框架旋转；所述中心动力齿轮与所述中心动力轴相固连，且其设于两所述中心框架之间；两个所述第一圆形轴孔和两个所述第三圆形轴孔上各自穿设固定有轮框驱动齿轮轴；所述第一轮框、所述第二轮框上对应固定的所述轮框驱动齿轮同样位于两个所述中心框架之间，且分别转动连接于两个所述轮框驱动齿轮轴上；两个所述轮框驱动齿轮均与所述中心动力齿轮配合啮合；
[0010]所述弹性元件固定环共有两个，分别安装于两个所述中心框架上相对应的两个所述弹性元件固定架之间；每个所述弹性元件固定环上固定有一所述弹性元件，所述弹性元件远离所述弹性元件固定环的一端与对应临近的所述第一轮框或者所述第二轮框的近端旋转端连接。
[0011]本专利技术改进了轮式结构目前应用范围的局限性，使得轮式结构可以在更多场景广泛应用；现有技术的改进措施往往需要加装执行器或更改车体结构来实现，本专利技术结构简单，无需多加执行器或更改车体；本专利技术相较现有技术设计简单紧凑，整个轮子设计左右轮零件相同，旨在保持结构的高可靠性；本专利技术利用弹性元件实现变胞机构的变换，相较传统的电驱结构简化了设计，提高了可靠性。
[0012]优选的，所述中心动力齿轮与所述中心动力轴之间通过键连接，所述中心动力轴负责带动所述中心动力齿轮旋转。
[0013]优选的，车轮通过所述中心动力轴连接至所承载的车体。
[0014]优选的，所述连接架为一弯折杆，所述弯折杆的两端均连接对应所述轮圈的内壁，且其中的一端连接对应所述轮圈的近端旋转端的内壁；所述弯折杆的弯折处固定所述轮框驱动齿轮。
[0015]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]1.仿生寄居蟹机构在轮式结构上的应用；
[0017]本专利技术首次基于寄居蟹结构提出了针对轮式结构的一种独特的解决方案。
[0018]2.在模块化轮胎上集成的变胞攀附机构；
[0019]在传统的越障设计中往往将轮子作为越障结构的一个附件，比如我们常见的火星车便是将悬架结构作为适应地形的主要结构。而本专利技术将攀附机构集成在轮胎内，实现基于轮式结构的变胞攀附机构，提高了轮式结构的性能。
[0020]3.基于地形的自动收放系统；
[0021]传统机构往往需要额外的执行器来控制轮式结构的变化，而本专利技术无需额外增加执行器，利用弹性元件结合地形实现自动收放功能。
[0022]4.基于传统的轮式结构，在不对车身进行大改的前提下，提升越障能力；
[0023]本专利技术实现了在保持轮式结构快速移动能力下越障的功能。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术装配体的轴测图(为方便展示已将部分结构隐藏)。
[0026]图2为本专利技术装配体的正视图(为方便展示已将部分结构隐藏)。
[0027]图3为本专利技术装配体(不含弹性元件等部分)的轴测图。
[0028]图4为图3中装配体的正视图。
[0029]图5为图3中装配体展开后的轴测图。
[0030]图6为图3中装配体展开后的正视图。
[0031]图7为图3中装配体的爆炸图。
[0032]图中：1
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轮框，2
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轮框驱动齿轮，3
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中心框架，4
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中心动力轴，5
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中心动力齿轮，6
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弹性元件固定环，7
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弹性元件，8
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轮圈，9
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连接架，10
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横向框架，11
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弹性元件固定架，12
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第一圆形轴孔，13
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第二圆形轴孔，14
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第三圆形轴孔，15
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近端旋转端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种被动式变胞轮腿复合切换的轮式结构，其特征在于，包括轮框(1)、轮框驱动齿轮(2)、中心框架(3)、中心动力轴(4)、中心动力齿轮(5)、弹性元件固定环(6)、弹性元件(7)；所述轮框(1)共有两个，分别为结构与尺寸均相同的第一轮框、第二轮框，两个所述轮框(1)沿轮心呈中心对称形态，且其均由外圈的轮圈(8)及固定于所述轮圈(8)内侧的连接架(9)组成，两个所述轮圈(8)能够组合成一个圆周；所述轮框(1)内对应设有驱动其展开的所述轮框驱动齿轮(2)，所述轮框驱动齿轮(2)固定于所述连接架(9)上；所述中心框架(3)共有两个，分别为结构与尺寸均相同的第一中心框架、第二中心框架，两个所述中心框架(3)并排放置，且其均包括一横向框架(10)以及两个弹性元件固定架(11)，两个所述弹性元件固定架(11)垂直且对向固定于所述横向框架(10)长度方向的两侧；所述横向框架(10)中位于两个所述弹性元件固定架(11)之间的架体上沿其长度方向顺次开设有第一圆形轴孔(12)、第二圆形轴孔(13)、第三圆形轴孔(14)，两个所述中心框架(3)上的所述弹性元件固定架(11)、所述第一圆形轴孔(12)、所述第二圆形轴孔(13)、所述第三圆形轴孔(14)分别相对应；所述中心动力轴(4)穿过位于中间位置的两个所述第二圆形轴孔(13)，并能够相对所述横向框架(10)旋转；所述中心动力齿轮(5)与所述中心动力轴(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙治博，王一轩，陈品儒，张敏琦，缪淞霖，李子琦，史成坤，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：