一种可变形麦克纳姆轮

本发明涉及麦克纳姆轮，具体涉及一种可变形麦克纳姆轮。

背景技术：

1、麦克纳姆轮通过特殊的结构将运动进行了分解，可以在无需转向机构的前提下实现全方位的移动。这种全向移动的优势让它在移动机器人领域，制造业领域获得了广泛的运用。

2、在移动机器人领域，麦克纳姆轮被广泛用于医疗机器人、教育机器人和家用机器人，提升机器人机动性。

3、在制造业领域，麦克纳姆轮被广泛用于运输。麦克纳姆轮的全向移动能力使得能够更加高效地运输物品，从而提高了生产效率。

4、在特殊领域，麦克纳姆轮也得到了应用。在空间狭小导致运动受限的特殊场景中，如在巷道，隧道及管廊场景中，由于空间狭小所以需要小型的作业机器人进行任务作业。如地下挖掘的隧道场景中，由钻进机器人首先进行隧道挖掘，制造平坦的隧道表面，再由作业机器人在隧道中进行挖掘质量检测任务作业；如深部地下地质模型内部复杂结构场景，由作业机器人在模型内部的隧道中进行样本采样，地质灾害监测任务作业；如地下管道场景，由作业机器人在管道中进行探索任务。但这些场景拥有空间狭窄的特点，以及多个岔路口和狭小直角弯的复杂结构。作业机器人在进入这些场景进行作业时，若使用传统移动方式，在经过狭小的直角弯和多岔路口时，转弯半径大，难以保证有足够的空间进行高机动性移动。针对这种情况，使用麦克纳姆轮可提升机器人的机动性，更好实现作业机器人任务作业。

5、在上述空间受限场景中，由于环境的复杂，移动方式的高效性尤为重要。而因为传统麦克纳姆轮，如cn101659288a，其将运动的分解缘故，使得麦克纳姆轮和普通轮相比前向和后向的运动效率低下，所以需要将麦克纳姆轮进行运动效率的提升。本发明设计了一种可变形的麦克纳姆轮，通过在麦克纳姆轮两种模式的切换提升运动效率。而目前存在可变形麦克纳姆轮机构，如:cn113246653a，多采用多连杆结构。这种结构较为复杂，而且无法实现自主变形。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上述麦克纳姆轮和普通轮相比前向和后向的运动效率低下的问题，提出了一种可变形麦克纳姆轮。

2、本发明的技术方案：一种可变形麦克纳姆轮，在麦克纳姆轮基础上增加变形机构和变形驱动机构；变形机构一端安装在麦克纳姆轮一侧内，另一端与变形驱动机构接触，变形机构能沿着麦克纳姆轮轴向进行移动；变形驱动机构安装于麦克纳姆轮的底盘机构上；当变形驱动机构处于伸张状态时，变形驱动机构挤压变形机构，变形机构移动至其一端与麦克纳姆轮中小滚轮接触产生摩擦力，用于锁死麦克纳姆轮侧向移动的自由度，所述可变形麦克纳姆轮处于普通轮模式；当变形驱动机构处于收缩状态时，变形驱动机构与变形机构间不产生压力，变形机构一端与麦克纳姆轮一侧内紧密接触，所述可变形麦克纳姆轮处于麦克纳姆轮模式。

3、所述麦克纳姆轮包括轮毂和小滚轮；轮毂包括两个麦克纳姆轮侧盘1和麦克纳姆轮轮轴5，两个麦克纳姆轮侧盘1间安装麦克纳姆轮轮轴5；小滚轮包括小滚轮轴2、小滚轮内筒3、轴承6、套筒7、小滚轮螺母8和小滚轮外轮17；小滚轮外轮17固连于小滚轮内筒3外侧，二者中心贯穿小滚轮轴2；小滚轮轴2两端分别过两麦克纳姆轮侧盘1与小滚轮螺母8固定；小滚轮内筒3与麦克纳姆轮侧盘1间的小滚轮轴2上依次安装轴承6和套筒7。

4、所述变形机构包括摩擦盘4、弹簧16和接触盘9；摩擦盘4形状与麦克纳姆轮侧盘1相同，其套在麦克纳姆轮轮轴5上，位于麦克纳姆轮一侧内且与麦克纳姆轮侧盘1接触；接触盘9一侧与变形驱动机构接触，另一侧上设有多个支撑圆柱，摩擦盘4与支撑圆柱固连；麦克纳姆轮侧盘1与接触盘9间的支撑圆柱上套有弹簧16；变形驱动机构包括依次连接的伸缩电机12、驱动盘14和牛眼轴承15，牛眼轴承15与接触盘9接触。

5、所述摩擦盘4形状为三种方案中的一种；方案一为摩擦盘4形状与麦克纳姆轮侧盘1形状相同；方案二为摩擦盘4的端部分叉折叠后为硬质触手；方案三为摩擦盘4基于与麦克纳姆轮侧盘1形状相同的主体，在分叉位置处增加硬质触手；变形驱动机构带动可变形麦克纳姆轮在麦克纳姆轮模式与普通轮模式中切换；所述可变形麦克纳姆轮处于麦克纳姆轮模式时，摩擦盘4与麦克纳姆轮侧盘1紧密接触；所述可变形麦克纳姆轮处于普通轮模式时，伸缩电机12伸张，驱动盘14带动牛眼轴承15移动挤压接触盘9，方案一时，摩擦盘4移动至与小滚轮外轮17端面接触摩擦；方案二时，摩擦盘4移动至与小滚轮外轮17侧面接触摩擦；方案三时，摩擦盘4移动至与小滚轮外轮17端面和侧面接触摩擦。

6、麦克纳姆轮模式下，所述弹簧16处于压缩状态并产生力使得摩擦盘4和麦克纳姆轮侧盘1紧密接触。

7、所述底盘机构包括车轮电机10、伸缩电机支撑13和底盘11；底盘11呈l型，其竖直侧安装车轮电机10，车轮电机10的输出轴与麦克纳姆轮轮轴5相连；底盘11的水平侧上固连伸缩电机支撑13和部分伸缩电机12；其余伸缩电机12安装于伸缩电机支撑13上。

8、所述伸缩电机12布置3个。

9、所述摩擦盘4与小滚轮内筒3表面均进行粗糙处理。

10、本发明在变形驱动机构不产生压力时，完整保留了传统的麦克纳姆轮全向移动的能力。在需要前向或后向移动时，变形驱动机构产生动力通过变形机构的传动让麦克纳姆轮机构中的小滚轮停止转动，锁死了麦克纳姆轮侧向移动的自由度，让其和正常轮胎一样只能前向或后向移动。因此本发明可以提升车轮电机的动力转换到前向或后向上的能力，提升麦克纳姆轮的加速效率。这两种形态之间的转换不仅是可逆的，而且还可以在行驶过程中完成转换，所以通过对变形驱动机构的控制，完全可以实现对于行驶效率的提升。

11、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

12、一、通过摩擦盘锁死小滚轮的转动，提升麦克纳姆轮的前向和后向运动移动效率；

13、二、通过变形驱动机构带动摩擦盘移动，可以实现该可变形麦克纳姆轮在麦克纳姆轮模式和普通轮模式之间进行转换，以适应不同场景；

14、三、变形驱动机构和变形机构之间可以实现在可变形麦克纳姆轮运动时接触传递动力，可以实现在可变形麦克纳姆轮运动的情况下实现两种模式的任意转换；

15、四、变形驱动机构安置在底盘以上，安装位置竖直高度高于转动轴线，避免了与障碍物相撞影响可变形麦克纳姆轮正常运动。

技术特征：

1.一种可变形麦克纳姆轮，其特征在于，该可变形麦克纳姆轮在麦克纳姆轮基础上增加变形机构和变形驱动机构；变形机构一端安装在麦克纳姆轮一侧内，另一端与变形驱动机构接触；变形驱动机构安装于麦克纳姆轮的底盘机构上；当变形驱动机构处于伸张状态时，变形驱动机构挤压变形机构，变形机构移动至其一端与麦克纳姆轮中小滚轮接触产生摩擦力，用于锁死麦克纳姆轮侧向移动的自由度，所述可变形麦克纳姆轮处于普通轮模式；当变形驱动机构处于收缩状态时，变形驱动机构与变形机构间不产生压力，变形机构一端与麦克纳姆轮一侧内紧密接触，所述可变形麦克纳姆轮处于麦克纳姆轮模式。

2.根据权利要求1所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，所述麦克纳姆轮包括轮毂和小滚轮；轮毂包括两个麦克纳姆轮侧盘(1)和麦克纳姆轮轮轴(5)，两个麦克纳姆轮侧盘(1)间安装麦克纳姆轮轮轴(5)；小滚轮包括小滚轮轴(2)、小滚轮内筒(3)、轴承(6)、套筒(7)、小滚轮螺母(8)和小滚轮外轮(17)；小滚轮外轮(17)固连于小滚轮内筒(3)外侧，二者中心贯穿小滚轮轴(2)；小滚轮轴(2)两端分别过两麦克纳姆轮侧盘(1)与小滚轮螺母(8)固定；小滚轮内筒(3)与麦克纳姆轮侧盘(1)间的小滚轮轴(2)上依次安装轴承(6)和套筒(7)。

3.根据权利要求1或2所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，所述变形机构包括摩擦盘(4)、弹簧(16)和接触盘(9)；摩擦盘(4)套在麦克纳姆轮轮轴(5)上，位于麦克纳姆轮一侧内且与麦克纳姆轮侧盘(1)接触；接触盘(9)一侧与变形驱动机构接触，另一侧上设有多个支撑圆柱，摩擦盘(4)与支撑圆柱固连；麦克纳姆轮侧盘(1)与接触盘(9)间的支撑圆柱上套有弹簧(16)；变形驱动机构包括依次连接的伸缩电机(12)、驱动盘(14)和牛眼轴承(15)，牛眼轴承(15)与接触盘(9)接触。

4.根据权利要求3所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，所述摩擦盘(4)形状为三种方案中的一种；方案一为摩擦盘(4)形状与麦克纳姆轮侧盘(1)形状相同；方案二为摩擦盘(4)的端部分叉折叠后为硬质触手；方案三为摩擦盘(4)基于与麦克纳姆轮侧盘(1)形状相同的主体，在分叉位置处增加硬质触手；所述可变形麦克纳姆轮处于麦克纳姆轮模式时，摩擦盘(4)与麦克纳姆轮侧盘(1)紧密接触；所述可变形麦克纳姆轮处于普通轮模式时，伸缩电机(12)伸张，驱动盘(14)带动牛眼轴承(15)移动挤压接触盘(9)，摩擦盘(4)移动至与小滚轮外轮(17)端面和/或小滚轮外轮(17)侧面接触摩擦。

5.根据权利要求3所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，麦克纳姆轮模式下，所述弹簧(16)处于压缩状态并产生力使得摩擦盘(4)和麦克纳姆轮侧盘(1)紧密接触。

6.根据权利要求4所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，麦克纳姆轮模式下，所述弹簧(16)处于压缩状态并产生力使得摩擦盘(4)和麦克纳姆轮侧盘(1)紧密接触。

7.根据权利要求5或6所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，所述底盘机构包括车轮电机(10)、伸缩电机支撑(13)和底盘(11)；底盘(11)呈l型，其竖直侧安装车轮电机(10)，车轮电机(10)的输出轴与麦克纳姆轮轮轴(5)相连；底盘(11)的水平侧上固连伸缩电机支撑(13)和一部分伸缩电机(12)；另一部分伸缩电机(12)安装于伸缩电机支撑(13)上。

8.根据权利要求7所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，所述伸缩电机(12)布置3个。

9.根据权利要求3或4任一项所述的可变形麦克纳姆轮，其特征在于，所述摩擦盘(4)与小滚轮内筒(3)表面均进行粗糙处理。

技术总结
本发明属于麦克纳姆轮领域，提出了一种可变形麦克纳姆轮，其包括麦克纳姆轮机构、变形机构和变形驱动机构；变形机构一端安装在麦克纳姆轮机构上，并能沿着麦克纳姆轮轴向进行移动；变形机构另一端与变形驱动机构连接，变形驱动机构带动可变形麦克纳姆轮在麦克纳姆轮模式与普通轮模式中切换，变形驱动机构安装在底盘机构上能够驱动变形机构移动。本发明通过控制摩擦盘位置可以锁死麦克纳姆轮侧向移动的自由度，达到了如下的技术效果：可以实现在麦克纳姆轮模式和普通轮模式之间进行转换，以适应不同场景，提升了麦克纳姆轮的前向和后向运动的移动效率。

技术研发人员：王斐,龙济明,王彬彬,刘兴东,张昕,王禹
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15