一种仿牛足轮步复合式变构型车轮的制作方法

本发明属于仿生领域，具体地说是一种仿牛足轮步复合式变构型车轮。

背景技术：

我国的沙漠、戈壁面积广大，沙漠科考、军事防御、沙漠开发等都需要适应松软地面的行走机构。另外，深空探测受到越来越多的关注，月球和火星表面环境复杂，分布着石块、凹坑及凸包的松软沙土，一般的车轮难以达到星球探测所需的通过性能。

松软地面承载能力差，抗剪强度低，行走机构的性能取决于对土壤的摩擦力、外附力，常常出现下陷过深与打滑，需要控制其下土壤的流动。黄牛经常行走在松软土壤上，在与土壤的长期相互作用中，黄牛的牛足经过不断的进化，逐步形成了优良的几何形状，使其在松软土壤上具有通过能力强、运动阻力小和行动效率高等特点。

目前，国内外对适应松软地面并将轮足的优势结合起来的研究较少，不能满足科研需求，需要进一步发掘研究。

技术实现要素：

为了满足在松软地面上行走的要求，本发明的目的在于将轮足的优势结合起来，并基于牛足对松软地形的适应性，提供一种仿牛足轮步复合式变构型车轮。该仿牛足轮步复合式变构型车轮可以用于四轮、六轮移动型机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括轮毂、腿部组件及仿牛足部件，其中轮毂的圆周方向均布有多个腿部组件，所述腿部组件包括上腿部、下腿部及减震弹簧，该上腿部的一端与所述轮毂连接，所述下腿部的一端可相对伸缩地连接于上腿部的另一端内，该下腿部的另一端连接有所述仿牛足部件，所述上腿部内容置有减震弹簧，该减震弹簧的两端分别与所述轮毂及下腿部的一端抵接；所述仿牛足部件包括左趾、右趾及缓冲弹簧，该左趾与右趾相铰接，并在铰接处与所述下腿部的另一端相连，所述左趾与右趾之间设有供左趾与右趾离开地面而复位的缓冲弹簧。

其中：所述轮毂呈圆柱状，外表面沿圆周方向均布有多个连接管，该连接管的一端与轮毂相连，另一端与所述上腿部的一端连接。

所述连接管为内部中空的圆柱体，内壁制有与所述上腿部一端螺纹连接的螺纹。

所述上腿部为内部中空的圆柱体，所述减震弹簧容置于上腿部的中间通孔内，该上腿部另一端端面的中间通孔直径小于其他部位的中间通孔直径。

所述下腿部为圆柱状，一端位于所述上腿部内部，且该端直径大于其他部分的直径，所述下腿部直径小的部分由上腿部的另一端穿出。

所述左趾与右趾均具有趾尖及连接部，该左趾或右趾的连接部上开有通孔，所述右趾或左趾的连接部插入通孔中，左、右趾的连接部通过足轴铰接，所述足轴与下腿部的另一端相连；所述左趾的连接部与右趾的连接部之间设有所述缓冲弹簧。

所述左趾及右趾与沙土接触的内侧表面均为斜面。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明将轮足的优势结合起来，具有良好的通过性，仿牛足部件能够模仿牛足在松软地面趾尖着地、垂直入土、趾瓣张开、趾瓣固土、出土恢复等功能，满足环境综合通过能力要求。

2.本发明仿牛足部件的左、右趾间具有弹性的指枕，在上腿部设置了减震弹簧，可以缓冲趾尖接触地面的冲击。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为本发明图2中的a—a剖视图；

图4为本发明仿牛足部件的立体结构示意图；

图5为本发明仿牛足部件的结构主视图；

其中：1为轮毂，101为连接管，2为腿部组件，201为上腿部，202为下腿部，203为减震弹簧，3为仿牛足部件，301为左趾，302为右趾，303为足轴，304为缓冲弹簧，305为通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括轮毂1、腿部组件2及仿牛足部件3，其中轮毂1的圆周方向均布有多个腿部组件2，腿部组件2包括上腿部201、下腿部202及减震弹簧203，该上腿部201的一端与轮毂1连接，下腿部202的一端可相对伸缩地连接于上腿部201的另一端内，该下腿部202的另一端连接有仿牛足部件3，上腿部201内容置有减震弹簧203，该减震弹簧203的两端分别与轮毂1及下腿部202的一端抵接。

本实施例的轮毂1呈圆柱状，外表面沿圆周方向均布有多个(本实施例为六个)连接管101，该连接管101为内部中空的圆柱体，内壁制有螺纹；连接管101的一端与轮毂1固接(或连接管101与轮毂1为一体结构)，另一端与上腿部201的一端螺纹连接。

本实施例的上腿部201、下腿部202及仿牛足部件3均为六个。

本实施例的上腿部201为内部中空的圆柱体，减震弹簧203容置于上腿部201的中间通孔内，该上腿部201另一端端面的中间通孔直径小于其他部位的中间通孔直径。

本实施例的下腿部202为圆柱状，一端位于上腿部201内部，且该端直径大于其他部分的直径，并大于上腿部另一端端面的中间通孔直径；下腿部202直径小的部分则由上腿部201的另一端穿出。

仿牛足部件3包括左趾301、右趾302及缓冲弹簧304，该左趾301与右趾302相铰接，并在铰接处与下腿部202的另一端相连，左趾301与右趾302之间设有供左趾301与右趾302离开地面而复位的缓冲弹簧304。本实施例的左趾301与右趾302均具有趾尖及连接部，该左趾301或右趾302的连接部上开有通孔305，右趾302或左趾301的连接部插入通孔305中，左、右趾301、302的连接部通过足轴303铰接，足轴303与下腿部202的另一端相连；左趾301的连接部与右趾302的连接部之间设有缓冲弹簧304。本实施例左趾301的连接部为长方体，沿长度方向开设了通孔305；右趾302的连接部为长方形板状，由通孔305插入后通过足轴303铰接，在长方体的端部与长方形板的端部设置缓冲弹簧304。左趾301及右趾302与沙土接触的内侧表面均为斜面。足轴303可与下腿部202的另一端相连，或由下腿部202的另一端作为足轴303，即左趾301与右趾302铰接于下腿部202的另一端。

安装时，先将下腿部202直径小的部分由上腿部201的一端穿入，再由上腿部201的另一端穿出，下腿部202直径大的部分留在上腿部201内；再将减震弹簧203放入上腿部201中，将上腿部201螺纹连接在连接管101上。最后，在下腿部202的另一端安装上仿牛足部件3。

本发明的工作原理为：

轮毂1上有六组复合腿足，每组中具有一个腿部组件2和一个仿牛足部件3。设计复合腿足长度时，使上一个复合腿足离地时，相邻的下一个复合腿足中仿牛足部件3的趾尖刚好接触地面。车轮由动力驱动，当仿牛足部件3的左趾301与右趾302接触地面时，松软地面的沙土进入左、右趾301、302之间的位置，并作用于左、右趾301、302内侧斜面，使左、右趾301、302向外转动分开；此时，缓冲弹簧304受到压缩，当弹力与作用在左、右趾301、302内侧斜面的力在水平方向平衡时，左、右趾301、302呈设定角度分开。仿牛足部件3受到的力由下腿部202传递到减震弹簧203，下腿部202相对上腿部201内缩，上腿部201中的减震弹簧203被压缩。当仿牛足部件3离开地面时，沙土由左、右趾301、302之间漏出，缓冲弹簧304恢复原状，左、右趾301、302也恢复到初始状态。减震弹簧203复位，推动下腿部202相对上腿部201外伸复位。本发明的仿牛足部件3能够模仿牛足在松软地面趾尖着地、垂直入土、趾瓣张开、趾瓣固土、出土恢复等功能，满足环境综合通过能力要求。

本发明仿牛足部件3的左、右趾301、302间具有弹性的指枕，在上腿部201设置了减震弹簧203，可以缓冲趾尖接触地面的冲击。