一种可重构车轮的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种可重构车轮。

背景技术：

机器人的移动机构一般分为轮式和履带式两种。轮式在硬质地面行驶，在地面上只作滚动，在行驶的过程中使机器人很平稳。履带式扩大了跟地面接触面积，能够在松软的地面平稳的行驶。这两种移动模式都使得机器人的移动有一定的局限性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种可重构车轮，以期能在轮式和履带式两种模式之间快速来回切换，使得机器人能灵活应对各种复杂的路况。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种可重构车轮，包括支撑框架，所述支撑框架沿周向均布有三组重构单元，三组重构单元的外围包覆有一个履带；

每组重构单元包括第一驱动机构、连接块、动力轴、动力齿轮、两组变形支撑部，所述第一驱动机构安装在支撑框架上，所述第一驱动机构的输出轴沿径向向外延伸并与所述连接块固定连接，所述动力轴转动安装在连接块上，所述动力齿轮固定在动力轴上，所述动力齿轮与履带内侧相啮合，两组变形支撑部分列于动力轴两侧，所述变形支撑部一端端部与连接块转动连接，所述变形支撑部中部转动连接有一个拉杆，所述拉杆的另一端与支撑框架转动连接；通过第一驱动机构驱动其输出轴伸缩，从而带动连接块沿径向移动，连接块的移动，一方面带动动力轴及动力齿轮沿径向移动，通过动力齿轮将履带顶出或回缩；另一方面带动两组变形支撑部收回或张开，以对变形的履带进行支撑；

当三组重构单元的第一驱动机构的输出轴伸出时，履带被三个动力齿轮顶出，同时每组重构单元的两组变形支撑部均收回，此时履带呈正三角形形状，车轮处于履带式工作模式；当三组重构单元的第一驱动机构的输出轴缩回时，三个动力齿轮回缩，同时每组重构单元的两组变形支撑部均张开，此时履带呈圆形，车轮处于轮式工作模式，通过支撑框架外接驱动轴实现车轮的运行；

所述支撑框架上还设有用于驱动三组重构单元的动力轴同步转动的第二驱动机构，通过第二驱动机构驱动三个动力轴转动，从而带动三个动力齿轮转动，进而带动处于履带式工作模式下的履带运行。

进一步的，所述第二驱动机构包括主动齿轮、驱动主动齿轮转动的驱动源、以及沿主动齿轮周向均布的三组传动机构，通过三组传动机构将动力一一对应的传递给三组重构单元的动力轴；

每组传动机构包括至少一个传动单元，每个传动单元包括通过同步带依次传动连接的第一至第五带轮，第一带轮通过第一传动轴与第一从动齿轮同轴连接，第二带轮通过第二传动轴与第二从动齿轮同轴连接，所述第一从动齿轮和第二从动齿轮分布在主动齿轮外周且分别与主动齿轮相啮合，第三带轮位于第二带轮外侧，第五带轮位于第一带轮外侧，第四带轮固定在动力轴上，第一至第五带轮中，相邻的带轮之间设有压紧轮将同步带从外向内压紧，位于第二带轮和第三带轮之间的压紧轮、以及位于第一带轮和第五带轮之间的压紧轮为活动压紧轮，其余压紧轮为固定压紧轮，所述活动压紧轮安装在一个自动压紧装置上，所述自动压紧装置包括移动杆、导向杆、限位杆、压簧，所述活动压紧轮转动套装在移动杆上，所述移动杆端部伸入至支撑框架上开的滑槽内并能在滑槽内来回滑动，所述移动杆中段空套装在一个与移动杆相垂直的导向杆上，所述导向杆固定安装在支撑框架上且与滑槽相平行，所述导向杆一端设有限位杆，所述导向杆上在位于限位杆和移动杆之间的部位套装有压簧，通过压簧将移动杆自动压向同步带，从而使得移动杆上的活动压轮始终压紧同步带。

进一步的，所述支撑框架包括两个端盖、一个固定基座，所述固定基座为环状结构且将三组传动机构的第一从动齿轮和第二从动齿轮均包覆在内，两个端盖相对设置且分别固定在固定基座的两端，所述固定基座外周设有三个安装平面，分别用于安装三组重构单元的第一驱动机构，所述固定基座上还开有供三组传动机构的同步带穿出的穿孔。

进一步的，所述固定压紧轮套装在固定杆上，所述固定杆、第一传动轴、第二传动轴两端分别与两个端盖内侧转动连接；所述移动杆的两端分别伸入至两个端盖内侧开的滑槽中。

进一步的，所述驱动源为安装在端盖上的电机，所述第一驱动机构为安装在固定基座上的油缸。

进一步的，每组所述重构单元中，每组所述变形支撑部包括相对设置的两个变形支撑页，两个变形支撑页之间通过多个支撑杆连为一体，多个支撑杆靠近两个变形支撑页的外侧间隔设置并排成一条圆弧线，所述支撑杆两端分别与两个变形支撑页转动连接，所述支撑杆两端分别套装有支撑限位环，所述支撑限位环凸出于两个变形支撑页的外侧面，所述履带的内侧中段设有一圈与动力齿轮相啮合的内齿，所述履带的内齿位于两个支撑限位环之间的间隙内，通过两个支撑限位环对履带的内齿两端进行限位，并通过各个支撑限位环对履带内侧面进行支撑。

进一步的，每组所述变形支撑部中，所述拉杆的两端分别设有与拉杆相垂直的连接杆，其中一个连接杆两端分别与两个变形支撑页转动连接，另一个连接杆两端分别与两个端盖转动连接。

进一步的，每组所述重构单元中，所述连接块上设有一个连接轴，所述连接轴上设有用于转动支承动力轴的两个第一凸耳，两组变形支撑部的端部分别通过转轴与连接块转动连接，两个转轴分列在动力轴的两侧，且两个转轴、动力轴、连接轴之间相互平行，所述连接轴上还设有用于转动支承两个转轴的两个第二凸耳，每个第二凸耳呈v形结构。

进一步的，所述连接轴两端设有滑块，所述支撑框架上固定设有与滑块相滑动配合的导轨，所述导轨沿径向延伸，通过导轨对连接块的移动进行导向。

进一步的，每组所述传动机构包括两个传动单元，两个传动单元的两个同步带沿轴向间隔分布。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、本实用新型提供的一种可重构车轮，其包括沿支撑框架周向均布的三组重构单元，以及包覆在三组重构单元外围的履带，每组重构单元通过第一驱动机构驱动动力齿轮伸缩，同时驱动两组变形支撑部收回或张开，从而实现履带的变形，使得履带能在三角形形状和圆形形状之间快速切换，从而实现履带在履带式和轮式两种模式下的快速切换，使得该车轮无论是在硬质路面上还是在柔软路面上均能使用，轮式模式时具有移动迅速，平稳的优点，履带式模式时能够在松软地面上或是不平坦的路面上需要越障时具有良好的表现，能有效减少车轮打滑的情况，从而使得该车轮能灵活应对各种复杂的路况，大大提高了车轮的使用范围。且在轮式和履带式工作模式切换的过程中无需停车即可直接进行变换，能够保证机器人行驶的连续性，使得机器人行驶效率更高。此外，该车轮在轮式和履带式的驱动轴不同，使得机器人可以适应于各种速度的需求，可以达到一个较高的运动速度。

2、本实用新型提供的一种可重构车轮，其在每组传动机构中设置有多个压紧轮，其中两个压紧轮为活动压紧轮，每个活动压紧轮安装在一个自动压紧装置上，自动压紧装置通过压簧的作用，能够保证活动压紧轮始终紧贴压紧同步带，即使是同步带在第一驱动机构的带动下移动，活动压紧轮也能随着同步带的移动一起移动，从而实现对同步带的自适应压紧，进而保证了动力齿轮的正常稳定运行以及履带式工作模式下的正常稳定运行。

3、本实用新型提供的一种可重构车轮，其支撑框架包括两个端盖和一个固定基座，其他部件集成安装在两个端盖和一个固定基座上，整个结构布局紧凑，不占用空间。

附图说明

图1是本实用新型处于轮式状态的立体图。

图2是本实用新型处于轮式状态的主视图。

图3是本实用新型处于履带式状态的立体图。

图4是本实用新型处于履带式状态的主视图。

图5是本实用新型拿掉一个端盖后的主视图。

图6是本实用新型的单组重构单元的主视图。

图7是本实用新型的单组重构单元的立体图。

图8是本实用新型的连接块的立体图。

图9是本实用新型的第二驱动机构的立体图。

图10是本实用新型的单组传动机构的平面图。

图11是本实用新型的单组传动机构的立体图。

图12是本实用新型的固定基座立体图。

图13是本实用新型的主动齿轮与多个从动齿轮相啮合的立体图。

图14是本实用新型的履带与三个动力齿轮相啮合的主视图。

图15是本实用新型的履带与三个动力齿轮相啮合的立体图。

图中标号：1端盖，2固定基座，3连板，4履带，5油缸，6连接块,7动力轴,8动力齿轮,9变形支撑页，10拉杆，11连接杆，12支撑杆，13支撑限位环，14内齿，15连接轴，16第一凸耳，17转轴，18第二凸耳，19滑块，20导轨，21电机，22主动齿轮，23同步带，24第一带轮，25第二带轮，26第三带轮，27第四带轮，28第五带轮，29第一传动轴，30第一从动齿轮，31第二传动轴，32第二从动齿轮，33活动压紧轮，34固定压紧轮，35固定杆，36导向杆,37限位杆,38压簧，39滑槽，40移动杆，41安装平面，42穿孔。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

参见图1至图15，本实施例公开了一种可重构车轮，包括支撑框架，支撑框架包括两个端盖1、一个固定基座2，固定基座2为环状结构，两个端盖1相对设置且分别固定在固定基座2的两端，端盖1呈三角形，两个端盖1的三个角处分别通过连板3连接在一起。支撑框架沿周向均布有三组重构单元，三组重构单元的外围包覆有一个履带4。其中，履带4为一种具有弹性的橡胶履带4，可以满足可重构车轮的轮式和履带4式的变形需求。

每组重构单元包括第一驱动机构、连接块6、动力轴7、动力齿轮8、两组变形支撑部，第一驱动机构可采用安装在固定基座2上的油缸5。油缸5的输出轴沿径向向外延伸并与连接块6固定连接，动力轴7转动安装在连接块6上，动力齿轮8固定在动力轴7上，动力齿轮8与履带4内侧相啮合，两组变形支撑部分列于动力轴7两侧，变形支撑部一端端部与连接块6转动连接，变形支撑部中部转动连接有一个拉杆10，拉杆10的两端分别设有与拉杆10相垂直的连接杆11，其中一个连接杆11两端分别与两个变形支撑页9转动连接，另一个连接杆11两端分别与两个端盖1转动连接。通过油缸5驱动其输出轴伸缩，从而带动连接块6沿径向移动，连接块6的移动，一方面带动动力轴7及动力齿轮8沿径向移动，通过动力齿轮8将履带4顶出或回缩；另一方面带动两组变形支撑部收回或张开，以对变形的履带4进行支撑；通过油缸5的驱动来实现车轮在轮式和履带4式两种模式下的变形。

每组重构单元中，每组变形支撑部包括相对设置的两个变形支撑页9，两个变形支撑页9之间通过多个支撑杆12连为一体，多个支撑杆12靠近两个变形支撑页9的外侧间隔设置并排成一条圆弧线，支撑杆12两端分别与两个变形支撑页9转动连接，支撑杆12两端分别套装有支撑限位环13，支撑限位环13凸出于两个变形支撑页9的外侧面，履带4的内侧中段设有一圈与动力齿轮8相啮合的内齿14，履带4的内齿14位于两个支撑限位环13之间的间隙内，通过两个支撑限位环13对履带4的内齿14两端进行限位，以防止履带4跑偏甚至脱落，并通过各个支撑限位环13对履带4内侧面进行支撑。

每组重构单元中，连接块6上设有一个连接轴15，连接轴15上设有用于转动支承动力轴7的两个第一凸耳16，两组变形支撑部的端部分别通过转轴17与连接块6转动连接，两个转轴17分列在动力轴7的两侧，且两个转轴17、动力轴7、连接轴15之间相互平行，连接轴15上还设有用于转动支承两个转轴17的两个第二凸耳18，每个第二凸耳18呈v形结构。连接轴15两端设有滑块19，端盖1上固定设有与滑块19相滑动配合的导轨20，导轨20沿径向延伸，通过导轨20对连接块6的移动进行导向。

支撑框架上还设有用于驱动三组重构单元的动力轴7同步转动的第二驱动机构，通过第二驱动机构驱动三个动力轴7转动，从而带动三个动力齿轮8转动，进而带动处于履带4式工作模式下的履带4运行。

具体的，第二驱动机构包括主动齿轮22、驱动主动齿轮22转动的驱动源、以及沿主动齿轮22周向均布的三组传动机构，驱动源为安装在端盖1上的电机21，通过三组传动机构将动力一一对应的传递给三组重构单元的动力轴7。

每组传动机构包括至少一个传动单元，本实施例中为两个传动单元，两个传动单元的两个同步带23沿轴向间隔分布。每个传动单元包括通过同步带23依次传动连接的第一至第五带轮28，第一带轮24通过第一传动轴29与第一从动齿轮30同轴连接，第二带轮25通过第二传动轴31与第二从动齿轮32同轴连接，第一从动齿轮30和第二从动齿轮32分布在主动齿轮22外周且分别与主动齿轮22相啮合，第三带轮26位于第二带轮25外侧，第五带轮28位于第一带轮24外侧，第四带轮27固定在动力轴7上，第一至第五带轮28中，相邻的带轮之间设有压紧轮将同步带23从外向内压紧，位于第二带轮25和第三带轮26之间的压紧轮、以及位于第一带轮24和第五带轮28之间的压紧轮为活动压紧轮33，其余压紧轮为固定压紧轮34，其中，设置在第一带轮24和第二带轮25之间的固定压紧轮34，能增大同步带23与第一带轮24和第二带轮25之间的包角，有效防止包角太小打滑。活动压紧轮33安装在一个自动压紧装置上，自动压紧装置包括移动杆40、导向杆36、限位杆37、压簧38，活动压紧轮33转动套装在移动杆40上，移动杆40端部伸入至端盖1上开的滑槽39内并能在滑槽39内来回滑动，移动杆40中段空套装在一个与移动杆40相垂直的导向杆36上，导向杆36与滑槽39相平行，导向杆36一端设有限位杆37，限位杆37固定在端盖1上，导向杆36上在位于限位杆37和移动杆40之间的部位套装有压簧38，通过压簧38将移动杆40自动压向同步带23，从而使得移动杆40上的活动压轮始终压紧同步带23。其中，相邻两组重构单元的限位杆37可共用一个限位杆37，以节省空间。

固定压紧轮34套装在固定杆35上，固定杆35、第一传动轴29、第二传动轴31两端分别与两个端盖1内侧转动连接；移动杆40的两端分别伸入至两个端盖1内侧开的滑槽39中。

具体的，固定基座2为环状结构且将三组传动机构的第一从动齿轮30和第二从动齿轮32均包覆在内，固定基座2外周设有三个安装平面41，分别用于安装三组重构单元的油缸5，固定基座2上还开有供三组传动机构的同步带23穿出的穿孔42。

第二驱动机构的工作原理为：

由电机21驱动主动齿轮22转动，主动齿轮22带动其周边的各个从动齿轮转动，进而将动力传递给三组传动机构。在每组传动机构中，由第一从动齿轮30和第二从动齿轮32带动第一传动轴29和第二传动轴31转动，从而带动第一带轮24和第二带轮25转动，进而带动同步带23运行，由同步带23带动第四带轮27转动，由第四带轮27带动动力轴7转动，进而带动动力轴7上的动力齿轮8旋转。再由三个动力齿轮8带动履带4运行。

当不需要履带4运动时，三组重构单元的油缸5的输出轴缩回，三个动力齿轮8回缩，同时每组重构单元的两组变形支撑部均张开，此时履带4呈圆形，车轮处于轮式工作模式，此时控制电机21不转动，从而使得同步带23不动，则三个动力齿轮8不转动，履带4与端盖1之间没有相对运行，即履带4与端盖1连为一体，通过端盖1外接机器人的驱动轴实现车轮的运行。

当需要履带4运动时，车轮不与机器人的驱动轴相连。三组重构单元的油缸5的输出轴伸出，履带4被三个动力齿轮8顶出，同时每组重构单元的两组变形支撑部均收回，此时履带4呈正三角形形状，车轮处于履带4式工作模式，此时电机21启动，通过第二驱动机构驱动履带4运行，此种工作模式下履带4与端盖1之间具有相对运动。

本实施例提供的车轮，能够在履带4式和轮式两种模式下进行快速切换，使得该车轮无论是在硬质路面上还是在柔软路面上均能使用，轮式模式时具有移动迅速，平稳的优点，履带4式模式时能够在松软地面上或是不平坦的路面上需要越障时具有良好的表现，能有效减少车轮打滑的情况，从而使得该车轮能灵活应对各种复杂的路况，大大提高了车轮的使用范围。且在轮式和履带4式工作模式切换的过程中无需停车即可直接进行变换，能够保证机器人行驶的连续性，使得机器人行驶效率更高。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。