专利名称：粗糙地面自适应车轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及了 一种粗糙地面自适应车轮。
技术背景一般的实心车轮或充气车轮在平地上行走具有效率高，稳定性好的优点，但在 粗糙地面上行走时，由于车轮轮胎是整体连续的实体，行走轨迹也是连续的，因而行 走在粗糙地面上必须碾过所有不平之处，车体与地面的不平度相互耦合，因此车体的 上下波动较大，降低了行进的车速，也降低了行走效率。目前解决这个问题的方法是 采用弹性悬挂的被动适应悬挂方式。被动适应悬挂方式只是被动隔离了粗糙地面对车 体造成的直接振动，但不能消除粗糙地面对车轮的影响，车轮仍然存在上下波动，行 走效率仍然不高。另外由于不平地面凹凸点的存在，使得车轮与地面的接触变为局部 不平稳接触，甚至出现车轮与地面打滑现象，这也是影响行走效率的一个因素。解决粗糙地面对车轮的耦合作用，根本的方法是应该让车轮与地面的不平度自动 适应，从而使车轮与粗糙地面解耦。这是一种主动的隔离方法，主动的隔离方法必须 从车轮结构和车轮与地面的接触原理上解决问题。 发明内容本发明的目的在于提供一种粗糙地面自适应车轮，该车轮在粗糙地面上行走具有 自适应性能，提高了车轮行走效率。为达到车轮与粗糙地面的自适应目的，本发明的原理是将连续的整体轮胎用若 干独立的沿车轮圆周均布的径向柱状弹性体代替，使得车轮轮胎不再是一个完整的圆 柱面，而是一系列各自独立的柱状弹性体。因而将车轮与地面的面接触改变为一簇点 接触。这种离散的点状接触使得车轮与不平地面部分解耦，消除了车体对不平地面的 部分响应，因而提高了驱动效率。将车轮与地面的面接触改为一系列点接触，也使得 车轮与粗糙地面的接触区形状自适应吻合，从而增大了车轮与地面的实际接触面积， 不易使车轮在不平地面上打滑，改善了驱动效果。总之用系列具有弹性的相互独立的 径向弹性体代替了整个车轮的轮胎， 一方面使车轮避开部分地面的粗糙点，另一方面 使得车轮与地面的面接触分散为一簇各自独立的圆柱体单元承担，车轮与地面的不平 度部分解耦，是一种主动适应粗糙地面的方法，从根本上消除了地面不平度对车体的3部分影响，车轮的综合驱动效果得到改善。据上述的原理，本发明采用如下技术方案 一种粗糙地面自适应车轮，其基本特 征在于有效数量的弹性棒呈放射状均布在轮毂上，并用螺纹与轮毂紧固连接。弹性 棒外端的球头以有效密度集合构成了车轮的轮胎。上述的弹性棒是一个组合件，弹性棒由1件带球头的滑筒，l件压力弹簧，2件 限位销，l件连接座组成；带有球头的滑筒及压力弹簧装入连接座的内孔中并能在轴 向滑动，2个限位销与带球头的滑筒用螺纹连接，而限位销处在连接座的轴向滑槽中 且与该滑槽滑动匹配。限位销的作用是限制带球头的滑筒在连接座内孔中的滑移范 围，并使得压力弹簧有一定的预压縮量。装配好的弹性棒具有的功能是当滑筒球头 上受到一定压力时，滑筒可在连接座孔中收縮滑动，直至弹簧力与外力达到平衡状态； 当撤掉外力时，滑筒在弹簧作用下自动恢复到最大行程位置。因连接座的下端加工有 连接螺纹，整个弹性棒可方便的固定连接于轮毂孔中。前述的轮毂作用类似于普通车轮轮毂，主要用于将车轮连接在驱动轴上，轮毂的 轮圈用于安装轮胎或轮缘。特别之处是本发明的轮毂的轮圈上不是安装轮胎，而是安 装若干径向弹性棒替代轮胎。轮圈上开有多列沿周向均布的径向孔，用于连接弹性棒。 将装配好的弹性棒通过连接螺纹固定在轮毂的轮圈上，就构成了一款粗糙地面自适应 车轮。装配好的车轮连接在车辆的驱动轴上，车轮与地面接触的工作面就是一簇离散的 具有径向弹性的点。从而实现上述的技术方案，适应粗糙地面行驶。本发明与现有的技术相比较，具有显而易见的突出实质性特点和显著优点(1) 车轮的轮缘是由多列相互独立的具有径向弹性的弹性棒组成，将车轮对地 面的常规面接触改变为一簇独立的点接触，因此本发明对不平地面具有自适应性。(2) 处于工作区的车轮与粗糙地面形状基本吻合，实际接触可靠性较常规轮胎 要大，车轮在不平地面上更不易打滑，驱动效果更好。(3) 车轮与地面的接触为离散点状接触，具有弹性的点状接触使得车轮避开部 分不平点，并使车轮对地面的不平度部分解耦，从根本上消除了部分粗糙地形引起的 车体上下波动。提高了车辆在粗糙地面上的驱动效率。(4) 本发明利用了弹簧对压力的自适应的特性，结构简单，容易实现，且不需 要附加额外的动力装置和其它控制措施。它是一种自适应的解耦方式。(5) 本发明充当轮胎的弹性棒可储存车轮与地面作用的部分接触能，并可将此能量部分地反馈给车轮，成为车轮的驱动力矩，因而驱动效率较高。
图1是本发明的一个实施例整体结构示意图。 图2是图11弹性棒的结构示意图。图3是图1中轮毂结构示意图，其中图3(a)为正视图，图3(b)为展开俯视图。 图4是车轮与地面自适应方法原理图。
具体实施方式
本发明的一个实施例，用于公园导游机器人的轮式行走系统中，主要针对用卵石 或各种具有复杂凸凹图案的地砖铺设的公园路面运行环境。结合附图l，附图2，附 图3，附图4说明实施方法和步骤如下如附图1所示， 一种自适应粗糙地面行走的车轮由弹性棒l，轮毂2组成。 弹性棒l的结构如附图2所示，由带有球头的滑筒l-l，压力弹簧l-2，限位销 1-3，连接支座l-4组成。压力弹簧1-2装入带有球头的滑筒1-1的内孔中，并连同滑 筒一体装入连接支座1-4的内孔中，将限位销1-3通过连接支座1-4的侧面轴向滑槽 拧入带有球头的滑筒1-1的螺孔中。弹性棒装配完成。限位销1-3的位置应使球头 滑筒1-1处于最大位置时，弹簧1-2具有一定的预压縮量，具体预压縮量根据机器人 的总重量，车轮数量，每个车轮上弹性棒的密度，弹簧的刚度计算确定，本例中选取 预压力为12N。带有球头的滑筒的伸縮量不小于30mm。装配好的弹性棒具有的功能 是当滑筒的球头上受到大于12N径向压力时，滑筒可在连接座孔中收縮滑动，直 至弹簧力与外力平衡状态；当撤掉外力时，滑筒在弹簧作用下自动恢复到最大行程位 置。轮毂2如附图3所示，其中图(a)是正视图，图(b)是展开俯视图。轮毂的作用一 是使车轮与驱动轴连接，二是用于安装轮胎或轮缘。本例轮毂2的轮圈上沿轮圈宽度 方向开有四列径向孔，每列在圆周上均布40个孔，相邻列之间的孔错开半个孔距， 以使各弹性棒与地面的接触更加均匀。将组装好的弹性棒组件1通过连接螺纹固接在轮毂2的径向连接孔中，就组成了 一种自适应粗糙地面行走的车轮，这样本发明的车轮的轮胎就是由这些径向均布的弹 性棒构成，从而将常规车轮的连续轮胎改变为一系列离散的点，实现了本发明的技术 方案。本发明的车轮行走在粗糙地面上，与地面实现自适应的技术方法如附图4所示。地面上存在许多凹凸不平点，当本发明的车轮行走在这样的路面上时，具有各自独立 的径向弹性棒各自与对应的凸点或凹点接触，这些凸凹点对各自的弹性棒的作用力不 同，但最终达到力平衡状态，使车轮与地面的粗糙度相吻合，这个吻合过程由弹性棒 自动完成，不须任何附加驱动装置或控制措施，因而是一种自适应过程。当接触区脱 离接触时，原来压縮的弹性棒变形恢复，恢复过程中将弹性棒中储存的弹性势能部分 地反馈给车轮，变为驱动车轮的驱动动能，因而也增加了车轮的驱动效率。随车轮旋 转行走，轮缘上不同的弹性棒进入接触区，具有同样的作用，实现同样的功能，车轮 就能稳定行走在粗糙地面上，并实现与粗糙地面的自适应，自动解耦过程。
权利要求
1.一种粗糙地面自适应车轮，其基本特征在于有效数量的弹性棒(1)呈放射状均布在轮毂(2)上，并用螺纹与轮毂(2)紧固连接。弹性棒(1)外端的球头以有效密度集合构成了车轮的轮胎。
2. 根据权利要求l所述的一种粗糙地面自适应车轮，其基本特征在于所述的弹性棒(1)由l件带球头的滑筒(1-1)， l件压力弹簧(1-2)， 2件限位销(1-3)， 1 件连接座(1-4)组成；带有球头的滑筒(1-1)及压力弹簧(1-2)装入连接座(1-4) 的内孔中并能在轴向滑动；2个限位销(1-3)与带球头的滑筒(1-1)用螺纹连 接，而限位销(1-3)处在连接座(l-4)的轴向滑槽中且与该滑槽滑动匹配。
全文摘要
本发明涉及一种粗糙地面自适应车轮。它包括一件轮毂，有效数量的弹性棒以放射状均布在所述轮毂的轮圈上，并通过螺纹与轮毂紧固连接。弹性棒外端的球头以有效密度集合构成了车轮的轮胎。本车轮对不平地面具有自适应性，不易打滑，提高了驱动效率。本发明结构简单，容易实现。
文档编号B60B9/28GK101214773SQ20081003238
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者常德功, 王一治 申请人:上海大学