车轮及其轮式机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种车轮及其轮式机器人。

背景技术：

在现有技术中，随着轮式机器人的发展，人们对轮式机器人的功能有了更高的要求。通常轮式机器人的车轮直径都是固定不变的，但是直径固定不变的车轮跨越障碍物的能力较差，对于路况较差的地段，将导致轮式机器人的通行能力较差。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种车轮及其轮式机器人，旨在解决现有技术中直径固定不变的车轮越障能力较差，导致轮式机器人的通行能力较差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种车轮，包括轮毂、可伸缩地轮辋、可伸缩地多个轮辐以及多个动力机构，多个所述轮辐的一端均可滑动地设置在所述轮毂上，另一端均与所述轮辋相互铰接，多个所述动力机构和多个所述轮辐一一对应连接，多个所述动力机构用于驱动对应地所述轮辐伸缩，以使多个所述轮辐带动所述轮辋同步伸缩。

优选地，所述轮辐包括相互铰接的第一伸缩臂和第二伸缩臂，所述第二伸缩臂远离所述第一伸缩臂的一端可滑动地设置在所轮毂上，所述第一伸缩臂远离所述第二伸缩臂的一端与所述轮辋相互铰接，所述动力机构和所述第二伸缩臂连接，所述动力机构用于驱动所述第二伸缩臂伸缩，以使所述第二伸缩臂带动所述第一伸缩臂同步伸缩，从而使所述第一伸缩臂带动所述轮辋同步伸缩。

优选地，所述第一伸缩臂包括第一剪叉式单元，所述第一剪叉式单元的一端与所述第二伸缩臂相互铰接，另一端与所述轮辋相互铰接。

优选地，所述第一伸缩臂还包括半剪叉式单元，所述半剪叉式单元的一端与所述第一剪叉式单元远离所述第二伸缩臂的一端相互铰接，另一端与所述轮辋相互铰接。

优选地，所述第二伸缩臂包括多个第一钝角连杆和多个锐角连杆，多个所述第一钝角连杆相互铰接，多个所述锐角连杆相互铰接，多个所述第一钝角连杆和所述锐角连杆相互铰接，所述第一伸缩臂分别与多个所述第一钝角连杆相互铰接，所述动力机构和其中一个所述第一钝角连杆连接，所述动力机构驱动其中一个所述第一钝角连杆转动，以使其中一个所述第一钝角连杆带动所述第一伸缩臂同步伸缩以及带动多个所述锐角连杆同步转动。

优选地，所述车轮还包括多个滑动机构，多个滑动机构分别设置所述轮毂上，多个所述轮辐和多个所述滑动机构一一对应连接，多个所述轮辐通过对应地所述滑动机构可沿所述轮毂滑动。

优选地，所述滑动机构包括导向件以及可沿所述导向件滑动的滑动件，所述导向件设置在所述轮毂上，所述轮辐和所述滑动件连接，所述轮辐通过所述滑动件可沿所导向件滑动。

优选地，所述滑动机构还包括限位件，所述限位件设置在所述轮毂上，所述限位件用于限制所述滑动件沿所述导向件滑动的范围。

优选地，所述轮辋包括多个第二剪叉式单元，多个所述第二剪叉式单元首尾相互铰接形成一个联动的环链，多个所述轮辐远离所述轮毂的一端分别与对应地所述第二剪叉式单元相互铰接。

本发明提供的另一技术方案为：

一种轮式机器人，包括车体以及设置在车体上的车轮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本申请的多个轮辐的一端均可滑动地设置在轮毂上，使得多个动力机构能够驱动对应地轮辐伸缩，以使多个轮辐带动轮辋同步伸缩，从而使车轮的直径可变，直径可变的车轮能够适应各种不同的路况，从而提高车轮的通行能力。当车轮在不规则的路面上行驶时，通过动力机构能够使轮辐和轮辋收缩，使得车轮的直径变小，以降低车轮的重心，从而提高车轮的平稳性；当车轮遇到较大的障碍物时，通过动力机构能够使轮辐和轮辋展开，使得车轮的直径变大，从而提高车轮的越障能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是根据本发明的一个实施例的车轮的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的车轮的后视图；

图3是根据本发明的一个实施例的第一剪叉式单元的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的半剪叉式单元的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的第一剪叉式单元和半剪叉式单元的组合示意图；

图6是根据本发明的一个实施例的第一钝角连杆的示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的上层锐角连杆的示意图；

图8是根据本发明的一个实施例的多个轮辐的示意图；

图9是根据本发明的一个实施例的单一轮辐的示意图；

图10是根据本发明的一个实施例的第一连接件的示意图；

图11是根据本发明的一个实施例的第一连接件、动力机构以及多个第一钝角连杆的组合示意图；

图12是根据本发明的一个实施例的轮辐、滑动机构以及轮毂的组合示意图；

图13是根据本发明的一个实施例的滑动机构的示意图；

图14是根据本发明的一个实施例的轮辋的示意图；

图15是根据本发明的一个实施例的第二剪叉式单元的示意图；

图16是根据本发明的一个实施例的第二钝角连杆的示意图；

图17是根据本发明的一个实施例的轮式机器人的示意图。

100、轮式机器人；10、车轮；1、轮毂；2、轮辋；21、第二剪叉式单元；211、第二钝角连杆；2111、第五直杆；2112、第六直杆；212、上层第二钝角连杆；213、中层第二钝角连杆；214、下层第二钝角连杆；22、第三连接件；3、轮辐；31、第一伸缩臂；311、第一剪叉式单元；3111、直杆；3112、上层直杆；3113、中层直杆；3114、下层直杆；312、半剪叉式单元；3121、半直杆；3122、上层半直杆；3123、中层半直杆；3124、下层半直杆；32、第二伸缩臂；321、第一钝角连杆；3211、第一直杆；3212、第二直杆；3213、第一铰接孔；3214、第二铰接孔；3215、第三铰接孔；3216、第四铰接孔；322、上层第一钝角连杆；323、中层第一钝角连杆；324、下层第一钝角连杆；325、中层钝角连杆；326、锐角连杆；3261、第三直杆；3262、第四直杆；3263、第五铰接孔；3263、第六铰接孔；3264、第七铰接孔；327、上层锐角连杆；328、中层锐角连杆；329、下层锐角连杆；330、上层锐角连杆；331、下层锐角连杆；4、动力机构；5、第一连接件；51、第一连接部；52、第二连接部；6、第二连接件；7、滑动机构；71、导向件；72、滑动件；73、限位件；20、车体；30、支撑件；40、第一电机；50、第二电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以a和/或b为例，包括a技术方案、b技术方案，以及a和b同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本实施例提供了一种车轮10，该车轮10包括轮毂1、可伸缩地轮辋2、可伸缩地多个轮辐3以及多个动力机构4，多个所述轮辐3的一端均可滑动地设置在所述轮毂1上，另一端均与所述轮辋2相互铰接，多个所述动力机构4和多个所述轮辐3一一对应连接，多个所述动力机构4用于驱动对应地所述轮辐3伸缩，以使多个所述轮辐3带动所述轮辋2同步伸缩。

本申请的多个轮辐3的一端均可滑动地设置在轮毂1上，使得多个动力机构4能够驱动对应地轮辐3伸缩，以使多个轮辐3带动轮辋2同步伸缩，从而使车轮10的直径可变，直径可变的车轮10能够适应各种不同的路况，从而提高车轮10的通行能力。当车轮10在不规则的路面上行驶时，通过动力机构4能够使轮辐3和轮辋2收缩，使得车轮10的直径变小，以降低车轮10的重心，从而提高车轮10的平稳性；当车轮10遇到较大的障碍物时，通过动力机构4能够使轮辐3和轮辋2展开，使得车轮10的直径变大，从而提高车轮10的越障能力。

在本实施例中，多个轮辐3沿所述轮毂1的周向均匀分布。

在本实施例中，轮辐3和动力机构4的数量均为三个，三个动力机构4和三个轮辐3一一对应连接。

在本实施例中，动力机构4为电机。

如图2所示，在本实施例中，所述轮辐3包括相互铰接的第一伸缩臂31和第二伸缩臂32，所述第二伸缩臂32远离所述第一伸缩臂31的一端可滑动地设置在所轮毂1上，所述第一伸缩臂31远离所述第二伸缩臂32的一端与所述轮辋2相互铰接，所述动力机构4和所述第二伸缩臂32连接，所述动力机构4用于驱动所述第二伸缩臂32伸缩，以使所述第二伸缩臂32带动所述第一伸缩臂31同步伸缩，从而使所述第一伸缩臂31带动所述轮辋2同步伸缩。通过增加第二伸缩臂32，能够提高第一伸缩臂31的伸缩范围，从而提高轮辐3的伸缩能力。

所述第一伸缩臂31包括第一剪叉式单元311，所述第一剪叉式单元311的一端与所述第二伸缩臂32相互铰接，另一端与所述轮辋2相互铰接。

第一剪叉式单元311包括中部相互铰接的多个直杆3111。

如图3所示，在本实施例中，直杆3111的数量为三个，分别为上层直杆3112、中层直杆3113以及下层直杆3114，上层直杆3112、中层直杆3113以及下层直杆3114的中部从上至下依次铰接。通过相互铰接的三个直杆3111能够提高第一剪叉式单元311的强度，从而提高第一剪叉式单元311在伸缩过程中的稳定性。

如图2所示，所述第一伸缩臂31还包括半剪叉式单元312，所述半剪叉式单元312的一端与所述第一剪叉式单元311远离所述第二伸缩臂32的一端相互铰接，另一端与所述轮辋2相互铰接。通过半剪叉式单元312能够使第一伸缩臂31的端部形成一个闭合的菱形，可方便第一伸缩臂31和轮辋2相互铰接。

半剪叉式单元312包括多个半直杆3121，多个半直杆3121的一端均与所述第一剪叉式单元311远离所述第二伸缩臂32的一端相互铰接，另一端均与所述轮辋2相互铰接。

如图4所示，在本实施例中，半直杆3121的数量为三个，分别为上层半直杆3122、中层半直杆3123以及下层半直杆3124，上层半直杆3122、中层半直杆3123以及下层半直杆3124的一端相互铰接。

如图5所示，在本实施例中，上层半直杆3122、中层半直杆3123以及下层半直杆3124一端的铰接孔通过铰接轴相互铰接，上层直杆3112一端的铰接孔、中层半直杆3123另一端的铰接孔以及下层直杆3114一端的铰接孔通过铰接轴相互铰接，上层半直杆3122另一端的铰接孔、中层直杆3113一端的铰接孔以及下层半直杆3124另一端的铰接孔通过铰接轴相互铰接，从而使半剪叉式单元312和第一剪叉式单元311相互铰接。

如图2所示，所述第二伸缩臂32包括多个第一钝角连杆321和多个锐角连杆326，多个所述第一钝角连杆321相互铰接，多个所述锐角连杆326相互铰接，多个所述第一钝角连杆321和所述锐角连杆326相互铰接，所述第一伸缩臂31分别与多个所述第一钝角连杆321相互铰接，所述动力机构4和其中一个所述第一钝角连杆321连接，所述动力机构4驱动其中一个所述第一钝角连杆321转动，以使其中一个所述第一钝角连杆321带动所述第一伸缩臂31同步伸缩以及带动多个所述锐角连杆326同步转动。通过改变第一钝角连杆321和锐角连杆326各自的角度，能够提高第一伸缩臂31的伸缩范围，从而提高轮辐3的伸缩能力。

如图6所示，第一钝角连杆321包括相互连接第一直杆3211和第二直杆3212，第一直杆3211和第二直杆3212形成的夹角为钝角，第一直杆3211上设有第一铰接孔3213和第二铰接孔3214，第一直杆3211和第二直杆3212的连接处设有第三铰接孔3215，第二直杆3212上设有第四铰接孔3216，其中，第二铰接孔3214、第三铰接孔3215以及第四铰接孔3216任意相邻两个铰接孔之间的距离相等，第一铰接孔3213到第二铰接孔3214的距离和半直杆3121的长度相等且等于第一剪叉式单元311直杆3111长度的一半。

如图7所示，锐角连杆326包括相互连接的第三直杆3261和第四直杆3262，第三直杆3261和第四直杆3262形成的角度为锐角，第三直杆3261和第四直杆3262的连接处设有第五铰接孔3263，第三直杆3261远离第五铰接孔3263的一端设有第六铰接孔3263，第四直杆3262远离第五铰接孔3263的一端设有第七铰接孔3264。其中，第五铰接孔3263到第六铰接孔3263的距离、第五铰接孔3263到第七铰接孔3264的距离以及第二铰接孔3214到第三铰接孔3215的距离相等。

如图8所示，上层第一钝角连杆322的第二铰接孔3214、中层第一钝角连杆323的第二铰接孔3214以及下层第一钝角连杆324的第二铰接孔3214通过铰接轴相互铰接，上层第一钝角连杆322的第三铰接孔3215、中层锐角连杆328的第五铰接孔3263以及下层第一钝角连杆324的第三铰接孔3215通过铰接轴相互铰接，上层锐角连杆327的第五铰接孔3263、中层第一钝角连杆323的第三铰接孔3215以及下层锐角连杆329的第五铰接孔3263通过铰接轴相互铰接，从而形成一个第二伸缩臂32。其中一个第二伸缩臂32的上层第一钝角连杆322的第四铰接孔3216、另外一个第二伸缩臂32的中层第一钝角连杆325的第四铰接孔3216以及其中一个第二伸缩臂32的下层第一钝角连杆324的第四铰接孔3216通过铰接轴相互铰接，另外一个第二伸缩臂32的上层锐角连杆330的第七铰接孔3264、其中一个第二伸缩臂32的中层锐角连杆328的第六铰接孔3263以及另外一个第二伸缩臂32的下层锐角连杆331的第七铰接孔3264通过铰接轴相互铰接，从而使相邻的两个第二伸缩臂32相互铰接。其中一个第二伸缩臂32的上层第一钝角连杆322的第一铰接孔3213、其中一个第一伸缩臂31的中层直杆3113一端的铰接孔以及其中一个第二伸缩臂32的下层第一钝角连杆324的第一铰接孔3213通过铰接轴相互铰接，其中一个第一伸缩臂31的上层直杆3112一端的铰接孔、其中一个第二伸缩臂32的中层第一钝角连杆323的第一铰接孔3213以及其中一个第一伸缩臂31的下层直杆3114一端的铰接孔通过铰接轴相互铰接，以使第一伸缩臂31和第二伸缩臂32相互铰接。

如图9所示，可推导出轮辐3的长度公式为：

l＝2ml1；

其中，r表示轮辐3的长度，λ1和λ2均表示系数，β表示动力机构4的驱动角度，l表示第三铰接孔3215到第四铰接孔3216的距离，n表示轮辐3数量，m表示轮辐3中的菱形数量，α表示单个轮辐对应的中心角，l表示轮辐3中菱形的总杆长，l1表示表示菱形的杆长。通过精确计算轮辐3的长度，使得轮辐3能够正常伸缩，从而保证车轮10的质量。

如图1所示，车轮10还包括第一连接件5，动力机构4和第一伸缩臂31通过第一连接件5连接。

如图10、11所示，第一连接件5包括相互连接的第一连接部51和第二连接部52，第一连接部51和动力机构4连接，第二连接部52和下层第一钝角连杆324相互铰接，动力机构4的输出轴和下层第一钝角连杆324连接。动力机构4驱动下层第一钝角连杆324转动，下层第一钝角连杆324同步带动中层第一钝角连杆323转动，中层第一钝角连杆323带动第二连接部52同步转动，第二连接部52带动第一连接部51同步转动，以使第一连接部51带动动力机构4同步转动，其中，动力机构4和下层第一钝角连杆324的转动方向相反。

如图11所示，车轮10还包括第二连接件6，动力机构4的输出轴和下层第一钝角连杆324通过第二连接件6连接。动力机构4驱动第二连接件6转动，以使第二连接件6带动下层第一钝角连杆324转动。

如图2所示，所述车轮10还包括多个滑动机构7，多个滑动机构7分别设置所述轮毂1上，多个所述轮辐3和多个所述滑动机构7一一对应连接，多个所述轮辐3通过对应地所述滑动机构7可沿所述轮毂1滑动。

如图12所示，所述滑动机构7包括导向件71以及可沿所述导向件71滑动的滑动件72，所述导向件71设置在所述轮毂1上，所述轮辐3和所述滑动件72连接，所述轮辐3通过所述滑动件72可沿所述导向件71滑动。通过导向件71能够限制轮辐3的滑动路径，使得轮辐3在伸缩的过程中能够始终沿预设方向滑动，从而提高轮辐3伸缩的可靠性。

在本实施例中，导向件71为导向杆，滑动件72为滑块，滑动件72套设在导向件71上且可沿导向件71滑动。

如图13所示，在本实施例中，轮毂1和滑动机构7的数量均为两个，两个轮毂1相对设置，两个滑动机构7一一对应设置在两个轮毂1上且相对设置，并且两个滑动机构7位于两个轮毂1之间。

在本实施例中，一个滑动机构7包括三根导向件71，六个滑动件72，六个滑动件72两两一组分别套设在三根导向件71上。

具体地，两个滑动件72和相邻两个第二伸缩臂32的两个铰接处一一对应连接，其中一个滑动件72和其中一个第二伸缩臂32的上层锐角连杆330连接，另外一个滑动件72和另外第一第二伸缩臂32的上层第一钝角连杆322连接。

所述滑动机构7还包括限位件73，所述限位件73设置在所述轮毂1上，所述限位件73用于限制所述滑动件72沿所述导向件71滑动的范围。通过限位件73能够限制所述滑动件72沿导向件71滑动的范围，以防滑动件72从导向件71上滑出，从而提高滑动机构7的可靠性。

在本实施例中，限位件73的数量为四个，四个限位件73分别设置在轮毂1上，两个滑动机构7中的三对导向件71的一端设置在其中一个限位件73上，另一端分别设置在另外三个限位件73上。其中，另外三个限位件73构成一个等边三角形的三个顶点，其中一个限位件73位于等边三角形的中心。

在本实施例中，限位件73为限位块。

如图14所示，所述轮辋2包括多个第二剪叉式单元21，多个所述第二剪叉式单元21首尾相互铰接形成一个联动的第二环链，多个所述轮辐3远离所述轮毂1的一端分别与对应地所述第二剪叉式单元21相互铰接。当车轮10在不规则的路面上行驶时，通过动力机构4驱动轮辐3收缩，以使轮辐3带动多个第二剪叉式单元21同步转动，使得第二剪叉式单元21形成的夹角变小，夹角较小的第二剪叉式单元21能够可靠地抓住地面，从而提高车轮10和地面之间的附着力，使得车轮10能够顺利通过不规则的路面，从而提高车轮10的通行能力。

第二剪叉式单元21包括中部相互铰接的多个第二钝角连杆211，相邻两个第二剪叉式单元21的多个第二钝角连杆211的一端相互铰接。

如图15所示，在本实施例中，第二剪叉式单元21包括中部相互铰接的三个第二钝角连杆211，分别为上层第二钝角连杆212、中层第二钝角连杆213以及下层第二钝角连杆214。

如图16所示，在第二钝角连杆211包括相互连接的第五直杆2111和第六直杆2112，第五直杆2111和第六直杆2112的夹角为钝角，第五直杆2111和第六直杆2112的长度相等。

如图14所示，在本实施例中，所述轮辋2还包括多个第三连接件22，所述第二环链的数量为两个，两个第二环链之间通过多个第三连接件22相互铰接，多个所述轮辐3的另一端分别与对应地第三连接件22相互铰接。通过相互铰接的两个第二环链能够提高轮辋2的强度，从而提高车轮10的耐用性。

如图17所示，在一个实施例中，提供了一种轮式机器人100，该轮式机器人100包括车体20以及设置在车体20上的上述任一实施例的车轮10。

在本实施例中，车轮10的数量为四个，四个车轮10两两一组分别设置在车体20两侧。

轮式机器人100还包括支撑件30，所述支撑件30可转动地设置在车体20上，所述车轮10设置在支撑件30远离车体20的一端上。

在本实施例中，支撑件30的数量为四个，四个支撑件30两两一组分别设置在车体20的两侧，四个车轮10一一对应设置在四个支撑件30远离车体20的一端上。

轮式机器人100还包括第一电机40，所述第一电机40设置在支撑件30远离车体20的一端上，车轮10设置在第一电机40上，所述第一电机40用于驱动所述车轮10转动。

在本实施例中，所述第一电机40的数量为四个，四个所述第一电机40一一对应设置在四个支撑件30远离车体20的一端上，四个车轮10一一对应设置在四个所述第一电机40上。

所述轮式机器人100还包括第二电机50，所述第二电机50设置车体20上，所述第二电机50和所述支撑件30连接，所述第二电机50用于驱动所述支撑件30沿所述车体20转动，以改变轮式机器人100的行驶方向。

在本实施例中，第二电机50的数量为四个，四个第二电机50两两一组分别设置在车体20的两侧，四个第二电机50和四个支撑件30一一对应连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。