【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可变形的麦克纳姆轮。
技术介绍
1、麦克纳姆轮能够在不改变车体方向的情况下，实现前进、后退、侧移和旋转等多种复杂运动，这使得其在狭小空间内的灵活性和适应性尤为突出。传统麦克纳姆轮结构在应对复杂地形和多变工作条件时，存在一些局限性。例如，轮子的接地面积和摩擦力固定不变，难以根据不同的工作环境进行调整，导致车辆在通过复杂地形时稳定性和通过性不足。并且由于麦克纳姆轮的布局和全向性，其会被分解出很多力，导致其功耗较大。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种可变形的麦克纳姆轮，本专利技术通过对轮子结构设计，能够根据不同工况主动调节轮子的接地面积和摩擦力，从而提高车辆在复杂地形下的通过能力和动态响应性能。轮毂的旋转伸缩使得麦克纳姆轮可以在不同角度和位置下自适应调整，而辊轮与万向节的设计则确保了麦克纳姆轮能够在多方向自由运动。通过机构的联动调节，麦克纳姆轮不仅保留了全向移动的优势，还增强了其在复杂环境中的灵活性和适应性。
2、本专利技术所采用的技术方案有：
3、一种可变形的麦克纳姆轮，包括轮毂、辊轮和辊轮轴，若干辊轮轴沿轮毂轴向同一倾斜角度布置在两个轮毂之间，辊轮转动连接在辊轮轴上，所述辊轮轴的两端与两轮毂活接，两轮毂之间间距可调，且在两轮毂背向远离以使所有辊轮轴线与轮毂轴线平行时，辊轮被锁死在辊轮轴上。
4、进一步地，所述辊轮轴的两侧通过万向节与对应侧轮毂相连。
5、进一步地，所述万向节中两活节
6、进一步地，所述辊轮轴上铰接有锁扣，在辊轮上设有锁销，在两轮毂背向运动并处于背向远离的极限位置时，锁扣卡在锁销上并将辊轮锁死在辊轮轴上；在两轮毂相向运动并处于相向靠近的极限位置时，锁扣脱离锁销并使辊轮转动连接在辊轮轴上。
7、进一步地，所述锁扣在辊轮轴上的转动处设有扭簧，通过扭簧扭力使锁扣朝锁销方向运动。
8、进一步地，所述锁扣的外壁上设有拉簧，拉簧的另一侧对应侧万向节中靠外的活节相连，在两轮毂相向运动并处于相向靠近的极限位置时，拉簧被拉伸并使得锁扣克服扭簧力远离锁销。
9、进一步地，两轮毂之间通过伸缩轴系传动，所述伸缩轴系包括第一驱动轴、第二驱动轴、第一变形轴和第二变形轴，第一驱动轴与第二驱动轴分别与两轮毂固定，第一驱动轴与第二驱动轴之间通过花键结构配合；第二变形轴与一轮毂转动连接，第一变形轴套设在第二变形轴上，且第一变形轴的一端置于另一轮毂内侧并与该侧轮毂间隙配合，在第二变形轴的外壁上设有螺旋槽，在第一变形轴的内壁上设有与螺旋槽配合的导向销，导向销沿螺旋槽运动以使第一变形轴相对第二变形轴转动。
10、进一步地，所述第二变形轴上套设有弹簧，弹簧两端抵触在第一变形轴端面以及靠近第二变形轴一侧的轮毂上，导向销沿螺旋槽运动并压缩弹簧。
11、进一步地，所述第一变形轴中远离弹簧的一侧端面上设有摩擦盘，摩擦盘端面距离对应侧轮毂之间间隙为0.5-1mm。
12、进一步地，所述第一驱动轴和第二驱动轴上均设有与对应侧轮毂固定法兰面，第一驱动轴与第一变形轴置于同侧且第一驱动轴穿设于第一变形轴内，第二驱动轴与第二变形轴置于同侧且第二驱动轴穿设于第二变形轴内。
13、进一步地，轮毂的轴向运动通过气缸驱动，气缸的气缸轴与第一驱动轴转动连接；轮毂的周向运动通过电机驱动，电机的转轴与第二驱动轴固定连接。
14、本专利技术可变形麦克纳姆轮，通过伸缩轴系联动实现的轮毂轴向与周向运动，以及辊轮相对于轮毂独立调整的能力。这一设计使得麦克纳姆轮能够在复杂地形下，灵活调整轮子的几何形状和运动方式，从而确保在各种工况下都能保持良好的接地性、稳定性和低功耗性。同时，通过对弹簧和锁扣机构的优化设计，确保了麦克纳姆轮在不同状态下的运动转换和力的平衡，从而提升了整个轮子系统的可靠性和运动性能，由此产生的有益效果为：
15、1）降低摩擦力，减少能耗：通过设计第一变形轴与第二变形轴的旋转和凹槽轨迹匹配，实现了轮毂的自动伸缩功能。这一改进使得轮子可以根据不同的地形和工况动态调节接地面积和摩擦力，从而提升了车辆的通过能力和操控性能。在崎岖不平的路面上，轮毂的伸缩功能可以增加轮子的接地面积，增强稳定性；而在平坦地面上，缩小接地面积则有助于降低摩擦力，减少能耗。
16、2）适应性和灵活性强：万向节的引入允许辊轮在多个方向上自由调整角度，确保在轮毂伸缩运动过程中，辊轮能够灵活转动。这一设计保证了麦克纳姆轮在不同工况下的高效运动，既可以像普通车轮一样实现直线运动，也可以在复杂地形上灵活变向。通过万向节与滚轮轴的联动，辊轮角度能够实时调整，提升了麦克纳姆轮的适应性和灵活性。
17、3）延长轮子的使用寿命：通过弹力（拉簧与扭簧）的变化调节锁扣的锁定和释放状态，创新性地实现了辊轮在不同状态下的切换。夹角为0°时，锁扣锁定辊轮，使得轮子作为一个整体结构工作，适用于稳定的直线运动和低能耗的路面行驶；当夹角增大至45°时，锁扣释放，辊轮独立运动，提供了更大的灵活性和转向能力。这种设计使麦克纳姆轮可以在不同模式之间快速切换，以适应多种工况需求。通过弹簧和锁扣的联动调节机制，确保了辊轮在不同工作状态下的稳固性和切换的可靠性，延长了轮子的使用寿命，减少了维护成本。
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1.一种可变形的麦克纳姆轮，包括轮毂、辊轮（3）和辊轮轴（4），若干辊轮轴（4）沿轮毂轴向同一倾斜角度布置在两个轮毂之间，辊轮（3）转动连接在辊轮轴（4）上，其特征在于：所述辊轮轴（4）的两端与两轮毂活接，两轮毂之间间距可调，且在两轮毂背向远离以使所有辊轮（3）轴线与轮毂轴线平行时，辊轮（3）被锁死在辊轮轴（4）上。
2.如权利要求1所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）的两侧通过万向节（5）与对应侧轮毂相连。
3.如权利要求2所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述万向节（5）中两活节的末端均设有连接销（51），每个万向节（5）中两活节通过对应连接销（51）连接轮毂以及辊轮轴（4）。
4.如权利要求2所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）上铰接有锁扣（61），在辊轮（3）上设有锁销（62），在两轮毂背向运动并处于背向远离的极限位置时，锁扣（61）卡在锁销（62）上并将辊轮（3）锁死在辊轮轴（4）上；在两轮毂相向运动并处于相向靠近的极限位置时，锁扣（61）脱离锁销（62）并使辊轮（3）转动连接在辊轮轴（4）上。
5.如权利要求4所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述锁扣（61）在辊轮轴（4）上的转动处设有扭簧，通过扭簧扭力使锁扣（61）朝锁销（62）方向运动。
6.如权利要求5所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述锁扣（61）的外壁上设有拉簧（63），拉簧（63）的另一侧对应侧万向节（5）中靠外的活节相连，在两轮毂相向运动并处于相向靠近的极限位置时，拉簧（63）被拉伸并使得锁扣（61）克服扭簧力远离锁销（62）。
7.如权利要求1所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：两轮毂之间通过伸缩轴系传动，所述伸缩轴系包括第一驱动轴（71）、第二驱动轴（72）、第一变形轴（81）和第二变形轴（82），第一驱动轴（71）与第二驱动轴（72）分别与两轮毂固定，第一驱动轴（71）与第二驱动轴（72）之间通过花键结构配合；
8.如权利要求7所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述第二变形轴（82）上套设有弹簧（83），弹簧（83）两端抵触在第一变形轴（81）端面以及靠近第二变形轴一侧的轮毂上，导向销（811）沿螺旋槽（821）运动并压缩弹簧（83）。
9.如权利要求8所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述第一变形轴（81）中远离弹簧（83）的一侧端面上设有摩擦盘（84），摩擦盘（84）端面距离对应侧轮毂之间间隙为0.5-1mm。
10.如权利要求7所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述第一驱动轴（71）和第二驱动轴（72）上均设有与对应侧轮毂固定法兰面，第一驱动轴（71）与第一变形轴（81）置于同侧且第一驱动轴（71）穿设于第一变形轴（81）内，第二驱动轴（72）与第二变形轴（82）置于同侧且第二驱动轴（72）穿设于第二变形轴（82）内。
11.如权利要求7所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：轮毂的轴向运动通过气缸（91）驱动，气缸（91）的气缸轴与第一驱动轴（71）转动连接；轮毂的周向运动通过电机（92）驱动，电机（92）的转轴与第二驱动轴（72）固定连接。
...【技术特征摘要】
1.一种可变形的麦克纳姆轮，包括轮毂、辊轮（3）和辊轮轴（4），若干辊轮轴（4）沿轮毂轴向同一倾斜角度布置在两个轮毂之间，辊轮（3）转动连接在辊轮轴（4）上，其特征在于：所述辊轮轴（4）的两端与两轮毂活接，两轮毂之间间距可调，且在两轮毂背向远离以使所有辊轮（3）轴线与轮毂轴线平行时，辊轮（3）被锁死在辊轮轴（4）上。
2.如权利要求1所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）的两侧通过万向节（5）与对应侧轮毂相连。
3.如权利要求2所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述万向节（5）中两活节的末端均设有连接销（51），每个万向节（5）中两活节通过对应连接销（51）连接轮毂以及辊轮轴（4）。
4.如权利要求2所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述辊轮轴（4）上铰接有锁扣（61），在辊轮（3）上设有锁销（62），在两轮毂背向运动并处于背向远离的极限位置时，锁扣（61）卡在锁销（62）上并将辊轮（3）锁死在辊轮轴（4）上；在两轮毂相向运动并处于相向靠近的极限位置时，锁扣（61）脱离锁销（62）并使辊轮（3）转动连接在辊轮轴（4）上。
5.如权利要求4所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述锁扣（61）在辊轮轴（4）上的转动处设有扭簧，通过扭簧扭力使锁扣（61）朝锁销（62）方向运动。
6.如权利要求5所述的可变形的麦克纳姆轮，其特征在于：所述锁扣（61）的外壁上设有拉簧（63），拉簧（63）的另一侧对应侧万向节（5）中靠外的活节相连，在两轮毂相向运动并处于相向靠近的极限位置时，拉簧（6...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄明，杜茵，王静，李静，夏静，李志峰，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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