专利名称：一种自动适应路面的变径车轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变直径车轮，尤其是一种适用于凹凸不平复杂路面环境中自动适 应的变径车轮。
背景技术：
在井下、行星表面或其他复杂路面环境中，对车体的适应性和灵活性提出了更高 的要求。目前国内普遍采用的刚性定半径车轮，在平整的硬质路面可以运行自如，但在凹凸 不平的复杂路面，车轮则会受到冲击且平稳性差，尤其在沼泽、沙地等松软地面，又容易产 生不同程度的打滑或沉陷，影响车体的运行。为解决这一难题，近几年出现大量充气轮胎和 腿式，履带式车轮，但这类新型车轮多数只能在特定的地形条件下运行，应用范围小，仍然 不能满足人们的需要。邓宗全、高海波等研究的探测车弹性可自动伸缩变直径车轮，以及高峰、崔莹等研 究的可变直径轮，通过控制轮径的变化，可变直径轮在有轮缘和无轮缘之间变换，有效适应 多种特殊地面环境。但是这种变径方法驱动复杂，实现的变径范围小，大径状态下轮缘不平
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发明内容
技术问题本发明的目的是要克服已有技术中的不足，提供一种结构紧凑、适应性 强、灵活性高的自动适应路面的变径车轮。技术方案本发明的变直径车轮，包括构成车轮的多个外轮片，多个外轮片之间设 有与其个数相同的多个内轮片，多个外轮片与多个内轮片之间铰接有使车轮变径的连杆轮 片，多个内轮片的中部均设有一个固定于中心轮毂圆周上的伸缩支撑杆，中心轮毂端面上 设有与每个内轮片相连的多个曲柄滑块机构，并设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置， 曲柄滑块机构的连杆一端与内轮片以转动副连接，另一端与曲柄以转动副连接。所述的多个外轮片和多个内轮片的个数相同，均为3 8个；所述的伸缩支撑杆由 I连杆、II连杆、III连杆套合组成。有益效果本发明提高了车轮的适应性能，有效解决了现有车轮在井下、行星表面 或其他复杂路面环境中存在的问题。该车轮通过控制电机驱动曲柄转动的角度，由曲柄滑 块机构并联带动片内轮片沿径向扩张或收缩，从而实现轮径连续可变。在变径过程中体现 了普通车轮所不具备的多种优越性能，可实现扩径越障、步履越障、包容越障等，增强了车 轮对不同路面的适应性和灵活性。多个曲柄合并为一个构件，结构对称，位于机架中心，多 个独立的曲柄滑块单元运动过程中互不干扰，有效节省了空间。具体优点如下(1)在机架与内轮片之间安装与内轮片数量相同的曲柄滑块机构，充分利用了车 轮内部空间，由滑块带动内轮片径向运动，最终实现变直径车轮的轮径连续可变。(2)仅由一个电机驱动，驱动与控制简单可靠，且车轮具有1 2. 1倍的轮径连续 变化。
(3)小径工作状态下成普通的刚性车轮，适用于平稳路面、运输空间小的情况 ’大 径状态下轮缘仍连续且具有较高的轮缘平整度，可抵抗下沉，越过较高的障碍，用于路面复 杂场合，有效增强了越障能力。 (4)变径过程中外轮片具有多自由度，使刚性车轮轮缘赋予自由度柔性化，从而使 刚性车轮具有一定的自适应地面的特性，采用包容越障、步履越障及扩径越障等方法在路 面上行驶，可起到缓冲吸振的作用，多自由度的复杂性给车轮的性能与应用留下广阔的空 间。(5)可应用于滩涂、沼泽、沙地等特殊路面的车辆，以及救灾机器人、行星探测车寸。
图1是本发明的立体结构示意图。图2是本发明的径向结构剖视示意图。图3是本发明的小径状态下的结构示意图。图4是本发明的大径状态下的结构示意图。图中1-外轮片，2-连杆轮片，3-内轮片，4-1连杆，5-II连杆，6-III连杆，7_伸 缩支撑杆，8-连杆，9-曲柄，10-变径轮轴，11-中心轮骰，12-驱动装置。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述图1图2所示，本发明的自动适应路面的变直径车轮，主要由构成车轮的多个外轮 片1，多个外轮片1之间设有与其个数相同的多个内轮片3，多个外轮片1与多个内轮片3 之间铰接有使车轮变径的连杆轮片2，多个内轮片3的中部均设有一个固定于中心轮毂11 圆周上的伸缩支撑杆7，伸缩支撑杆7由三节连杆套合组成，分别为，所述的伸缩支撑杆7由 I连杆4、11连杆5、III连杆6套合组成。多个外轮片1和多个内轮片3的个数相同，均为 3 8个。中心轮毂11端面上设有与每个内轮片3相连的多个曲柄滑块机构，多个曲柄滑 块机构的个数与内轮片3的个数相同，每个曲柄滑块机构的连杆8 一端与内轮片3以转动 副连接，另一端与曲柄10以转动副连接。中心轮毂11端面上设有驱动多个曲柄滑块机构 的驱动装置12，驱动装置12包括电动机、蜗轮蜗杆传动机构，蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆与 电动机输出轴相连，蜗轮固定在变径轮轴10上。附图中所示的变径轮由六个外轮片1、六对连杆轮片2、六个内轮片3、六曲柄滑块 机构、中心轮骰11及驱动装置12组成，六个外轮片1和六个内轮片3均呈工字形，内外轮 片工字形相对的凹槽中铰接有呈工字形的连杆轮片2，连杆轮片2两侧经销轴分别穿套在 内外轮片上，六个外轮片以变径轮轴10的轴心为圆心，彼此成60°中心对称分布，构成小 径状态下的轮缘，与伸缩支撑杆7相连接的六个内轮片彼此成60°中心对称，收缩于六个 外轮片内侧。六对连杆轮片2分别以转动副连接六个内轮片3和六个外轮片1。中心轮骰11为柱形，设在变径轮轴10上，中心轮骰11径向对称分布有六个设置 伸缩支撑杆7的凹槽；六个曲柄滑块机构的连杆8连接在内轮片3上，与连杆8相连的曲柄 连接在变径轮轴10上，小径状态下伸缩支撑杆7的I连杆4、11连杆5、III连杆6重叠，收
4缩于轮体内，变径过程中，Ι、ΙΙ、ΠΙ三个连杆随内轮片3的变化而伸长，曲柄滑块机构中的 连杆8—端与内轮片3以转动副连接，另一端与曲柄9以转动副连接。六个曲柄9结构对 称，位于中心轮骰11上。六个曲柄滑块机构对称分布在中心轮毂的两侧，一边三个，分两层布置，第一个曲 柄滑块机构的连杆处于第一层，第二、三个曲柄滑块机构连杆处于第二层，曲柄9通过内耳 与传动轴10连接，由此实现曲柄滑块机构的并联。工作原理变直径车轮正常行驶时为小径状态(图3所示)，此时六对连杆轮片2 及六个内轮片3收缩在外轮片1内，当遇到凹凸不平、松软的路面环境时，由电机控制六个 曲柄滑块机构中的曲柄9转动适当的转角，六个曲柄9通过转动副带动内轮片3传递运动。 当六个曲柄9带动六个结构相同的连杆8同时向六片结构相同的内轮片3传递运动时，六 个内轮片3将沿轮径方向定向直线运动，六个内轮片3同时推动六对连杆轮片2和六个外 轮片1扩展，实现车轮的直径逐渐变大，当六个曲柄9近似转过180°、车轮轮径扩展达到最 大径状态的最大位置时(图4所示)，越过障碍后在平整的硬质路面行驶，同样通过电机控 制六曲柄反方向转动使轮径变小，以减小空间、提高行驶速度。
权利要求
一种自动适应路面的变直径车轮，其特征在于它包括构成车轮的多个外轮片(1)，多个外轮片(1)之间设有与其个数相同的多个内轮片(3)，多个外轮片(1)与多个内轮片(3)之间铰接有使车轮变径的连杆轮片(2)，多个内轮片(3)的中部均设有一个固定于中心轮毂(11)圆周上的伸缩支撑杆(7)，中心轮毂(11)端面上设有与每个内轮片(3)相连的多个曲柄滑块机构，并设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置(12)；曲柄滑块机构的连杆(8)一端与内轮片(3)以转动副连接，另一端与曲柄(10)以转动副连接。
2.根据权利要求1所述的自动适应路面的变直径车轮，其特征在于所述的多个外轮 片⑴和多个内轮片⑶的个数相同，为3 8个。
3.根据权利要求1所述的自动适应路面的变直径车轮，其特征在于所述的伸缩支撑 杆⑵由I连杆⑷、II连杆(5)、III连杆(6)套合组成。
全文摘要
一种自动适应路面的变径车轮，包括构成车轮的多个外轮片、多个内轮片，多个连杆轮片，多个内轮片的中部均设有一个固定于中心轮毂圆周上的伸缩支撑杆，中心轮毂两侧端面上设有与每个内轮片相连的多个曲柄滑块机构，并设有驱动多个曲柄滑块机构的驱动装置，曲柄滑块机构的连杆一端与内轮片以转动副连接，另一端与曲柄以转动副连接。解决了车轮越障性能与体积结构约束之间的矛盾，有效提高了车轮的适应性能，解决了现有车轮在井下、行星表面或其他复杂路面环境中存在的问题。该车轮通过控制伺服电机驱动曲柄转动一定角度，由曲柄滑块机构并联带动片内轮片沿径向扩张或收缩，从而实现轮径连续可变。可实现扩径越障、步履越障、包容越障等，增强了车轮对不同路面的适应性和灵活性。
文档编号B60B19/00GK101954836SQ201010290940
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者曹洁洁, 毕方, 程志红, 魏毅龙 申请人:中国矿业大学