CN107856474A - 多功能可变轮径的轮子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能可变轮径的轮子结构，包括电机、小轮辐限位导向盘、小轮辐、带螺纹的驱动盘、大轮辐和大轮辐限位导向盘，驱动盘固定套接在电机的转轴上，小轮辐限位导向盘和大轮辐限位导向盘相对于电机的定子保持静止，小轮辐、驱动盘和大轮辐依次卡装在小轮辐限位导向盘和大轮辐限位导向盘之间并轴向限位；小轮辐和大轮辐均由干环向排列并可径向移动的扇形块组成，所有的扇形块均设置有与驱动盘的螺纹啮合的螺纹。本发明通过调节轮子的直径可改变底盘的离地高度，轮子的外缘也可以变成非整圆形，轮子的地面适应能力较好，更易攀爬台阶或者跨过沟壑，能适应多种地形条件下的运行。

Description

多功能可变轮径的轮子结构

技术领域

本发明属于轮子结构设计领域，尤其涉及一种多功能可变轮径的轮子结构。

背景技术

轮式移动机构在现在的社会中应用十分广泛，轮式移动底盘的结构简单，运行效率高，稳定性较好。但是现有的轮式结构中，轮子的直径大小都是固定式的，不可调节轮子的大小，以至于存在以下缺陷：

1)轮子的地面适应能力较差，不能适应多种地形条件下的运行；

2)轮子的外缘大多是一个整圆形，很难爬上楼梯和凸台等障碍；

3)轮子的直径固定的情况下，相连的底盘离地高度也被固定。

如何提高轮式结构的越障性能和地面适应能力对于轮式结构和汽车的发展有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种多功能可变轮径的轮子结构。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种多功能可变轮径的轮子结构，包括电机、小轮辐限位导向盘、小轮辐、驱动盘、大轮辐和大轮辐限位导向盘，所述电机的转轴依次穿过所述小轮辐限位导向盘、所述小轮辐、所述驱动盘、所述大轮辐和所述大轮辐限位导向盘的中心；

所述驱动盘固定套接在所述电机的转轴上；

所述小轮辐限位导向盘和所述大轮辐限位导向盘相对于所述电机的定子保持静止，所述小轮辐、所述驱动盘和所述大轮辐依次卡装在所述小轮辐限位导向盘和所述大轮辐限位导向盘之间并轴向限位；

所述驱动盘的近端面和远端面分别设置有大螺距轮径调节螺纹和小螺距轮径调节螺纹；

所述小轮辐的远端面设置有大螺距轮径调节螺纹，所述大轮辐的近端面设置有小螺距轮径调节螺纹；

所述小轮辐的大螺距轮径调节螺纹与所述驱动盘的大螺距轮径调节螺纹啮合，所述大轮辐的小螺距轮径调节螺纹与所述驱动盘的小螺距轮径调节螺纹啮合；

所述小轮辐和所述大轮辐均由若干环向排列并可径向移动的扇形块组成，每个扇形块与所述电机的转轴之间均留有活动间隙，所述小轮辐的大螺距轮径调节螺纹分布在其每个扇形块的远端面，所述大轮辐的小螺距轮径调节螺纹分布在其每个扇形块的近端面；

所述小轮辐限位导向盘的远端面和所述大轮辐限位导向盘的近端面均设置有若干环向限位槽，所述小轮辐的扇形块一一对应卡装在所述小轮辐限位导向盘的环向限位槽内，所述大轮辐的扇形块一一对应卡装在所述大轮辐限位导向盘的环向限位槽内。

作为本专利选择的一种技术方案，所述电机选用伺服电机。

作为本专利选择的一种技术方案，所述小轮辐限位导向盘和所述大轮辐限位导向盘的中心孔壁均不与所述电机的转轴接触。

作为本专利选择的一种技术方案，所述扇形块由扇形板和连接在扇形板外弧边上的弧形板组成。

作为本专利选择的一种技术方案，当所述小轮辐的扇形块径向移动至中心位置时，其各弧形板首尾相接并形成整圆，其相邻两块扇形板之间的间隙消失；

当所述大轮辐的扇形块径向移动至中心位置时，其各弧形板首尾相接并形成整圆，其相邻两块扇形板之间的间隙消失；

当所述小轮辐的扇形块和所述大轮辐的扇形块均径向移动至径向远端极限位置时，所述小轮辐的弧形板与所述大轮辐的扇形板环向交错排列并首尾相接。

作为本专利选择的一种技术方案，所述螺纹均为平面螺纹。

本发明的有益效果在于：

通过调节轮子的直径可改变底盘的离地高度，轮子的外缘也可以变成非整圆形，轮子的地面适应能力较好，更易攀爬台阶或者跨过沟壑，能适应多种地形条件下的运行。

附图说明

图1是本发明所述多功能可变轮径的轮子结构的分解示意图；

图2是本发明所述多功能可变轮径的轮子结构收缩至最小并组成整圆时的结构示意图，此时仅大轮辐起轮子支撑作用；

图3是本发明所述多功能可变轮径的轮子结构扩张至极限位置时的结构示意图，此时小轮辐和大轮辐同时起到轮子支撑作用；

图4是本发明所述大轮辐限位导向盘的结构示意图；

图5是本发明所述小轮辐限位导向盘的结构示意图；

图6是本发明所述多功能可变轮径的轮子结构处于中间扩张范围时爬攀爬台阶的示意图；

图7是本发明所述多功能可变轮径的轮子结构处于中间扩张范围时跨过沟壑时的示意图；

图中：1-电机，2-小轮辐限位导向盘，3-小轮辐，4-驱动盘，5-大轮辐，6- 大轮辐限位导向盘，7-台阶，8-沟壑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明包括电机1、小轮辐限位导向盘2、小轮辐3、驱动盘4、大轮辐5和大轮辐5限位导向盘6，电机1的转轴依次穿过小轮辐限位导向盘2、小轮辐3、驱动盘4、大轮辐5和大轮辐5限位导向盘6的中心；驱动盘4固定套接在电机1的转轴上；小轮辐限位导向盘2和大轮辐5限位导向盘6相对于电机1的定子保持静止，小轮辐3、驱动盘4和大轮辐5依次卡装在小轮辐限位导向盘2和大轮辐5限位导向盘6 之间并轴向限位；驱动盘4的近端面和远端面分别设置有大螺距轮径调节螺纹和小螺距轮径调节螺纹；小轮辐3的远端面设置有大螺距轮径调节螺纹，大轮辐5的近端面设置有小螺距轮径调节螺纹；小轮辐3的大螺距轮径调节螺纹与驱动盘4的大螺距轮径调节螺纹啮合，大轮辐5的小螺距轮径调节螺纹与驱动盘4的小螺距轮径调节螺纹啮合；小轮辐3和大轮辐5均由若干环向排列并可径向移动的扇形块组成，每个扇形块与电机1的转轴之间均留有活动间隙，小轮辐3的大螺距轮径调节螺纹分布在其每个扇形块的远端面，大轮辐5的小螺距轮径调节螺纹分布在其每个扇形块的近端面；小轮辐限位导向盘2的远端面和大轮辐5限位导向盘6的近端面均设置有若干环向限位槽，小轮辐3的扇形块一一对应卡装在小轮辐限位导向盘2的环向限位槽内，大轮辐5的扇形块一一对应卡装在大轮辐5限位导向盘6的环向限位槽内。

其中，小轮辐限位导向盘2和大轮辐5限位导向盘6的中心孔壁均不与电机1的转轴接触；扇形块由扇形板和连接在扇形板外弧边上的弧形板组成。

当小轮辐3的扇形块径向移动至中心位置时，其各弧形板首尾相接并形成整圆，其相邻两块扇形板之间的间隙消失；

当大轮辐5的扇形块径向移动至中心位置时，其各弧形板首尾相接并形成整圆，其相邻两块扇形板之间的间隙消失；

当小轮辐3的扇形块和大轮辐5的扇形块均径向移动至径向远端极限位置时，小轮辐3的弧形板与大轮辐5的扇形板环向交错排列并首尾相接。

为了较好的实现轮子的直径调节功能，本专利中所提到的螺纹均设计为平面螺纹。

本发明的工作原理如下：

在电机的驱动下，带动驱动盘4转动，从而带动与之啮合的两侧轮辐向外扩张或者向内缩进，即每个扇形块径向向外移动或者向中心移动，从而达到改变轮径的目的；

当轮辐只扩张一定大小，不扩张到极限时，整个轮面不是一个整圆，多辐式的轮子可以轻松爬上台阶7(见附图6)、跨过沟壑8(见附图7)等障碍。

通过控制轮辐的伸缩量，可以达到让轮子能够跨越不同沟壑和不同高度台阶的目的。

本发明在电机驱动的作用下扩张时，由于螺距的差异，小轮辐3扩张速度比大轮辐5快。当运行到极限的时候，保证大轮辐5和小轮辐3刚好相结合成一个大圆，保证了大轮径状态下的运行平稳性(见附图3)。

在将本发明的轮子结构装在底盘上时，与轮子相连的底盘输出转速不变的情况下，轮径越大，速度越快；仅通过改变轮径，不改变轮子的角速度就可以改变轮子实际运行的速度，相当于一个简易的调速器。

当轮辐缩小到最小，可以降低轮轴心到地面的高度，从而降低底盘的高度，降低了整机的重心，提高了整机的稳定性(见附图2)。

作为选择的一种技术方案，轮子选用伺服电机，可以通过伺服反馈得到现在轮子的大小，从而算出轮子当前的运行速度。

接入可变轮径的轮式结构的底盘的输出动力端可以不用再外接减速器，通过调节轮子的大小，便可得到需要的扭矩和速度。

小轮辐限位导向盘2和大轮辐5限位导向盘6与轮辐相贴的一侧都有环向限位槽(见附图4和附图5)，防止同侧相邻轮辐在运动过程中产生的相对运动，也用于引导轮辐的径向扩大和缩小的过程顺畅。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

1、调节轮径，减小轮径可以降低底盘高度，低的底盘可以带来较好的运行稳定性；

2、在不改变底盘主驱动速度的情况下，仅通过改变轮径就能调整运行速度，大的轮径可以提供较大的速度；

3、轮子采用多幅结构，在遇到障碍物(如：楼梯，石头，沟等)情况时，可将轮辐伸出，多幅式的轮子很容易就能爬上楼梯、避让石头和跨越沟壑；

4、控制轮辐伸缩量的不同，可以达到让轮子能够跨越不同沟壑和不同高度台阶的目的；

5、本发明中驱动盘4的两面螺纹螺距大小不同，在电机驱动的作用下，小轮辐3扩张速度比大轮辐5快，当运行到极限的时候，就能保证大轮辐5和小轮辐3相结合成一个大圆，保证了大轮径状态下的运行平稳性；

6、轮子改变轮径通过平面螺纹旋转实现，避免了用连杆机构容易发生卡顿的情况。

7、仅通过调节轮径达到调速的目的，不需要改变底盘驱动电机(用于向轮子输出转矩的电机)的转速，相当于一个简易的调速器。

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

Claims (6)

1.一种多功能可变轮径的轮子结构，其特征在于：包括电机、小轮辐限位导向盘、小轮辐、驱动盘、大轮辐和大轮辐限位导向盘，所述电机的转轴依次穿过所述小轮辐限位导向盘、所述小轮辐、所述驱动盘、所述大轮辐和所述大轮辐限位导向盘的中心；

所述驱动盘固定套接在所述电机的转轴上；

所述小轮辐限位导向盘和所述大轮辐限位导向盘相对于所述电机的定子保持静止，所述小轮辐、所述驱动盘和所述大轮辐依次卡装在所述小轮辐限位导向盘和所述大轮辐限位导向盘之间并轴向限位；

所述驱动盘的近端面和远端面分别设置有大螺距轮径调节螺纹和小螺距轮径调节螺纹；

所述小轮辐的远端面设置有大螺距轮径调节螺纹，所述大轮辐的近端面设置有小螺距轮径调节螺纹；

所述小轮辐的大螺距轮径调节螺纹与所述驱动盘的大螺距轮径调节螺纹啮合，所述大轮辐的小螺距轮径调节螺纹与所述驱动盘的小螺距轮径调节螺纹啮合；

所述小轮辐和所述大轮辐均由若干环向排列并可径向移动的扇形块组成，每个扇形块与所述电机的转轴之间均留有活动间隙，所述小轮辐的大螺距轮径调节螺纹分布在其每个扇形块的远端面，所述大轮辐的小螺距轮径调节螺纹分布在其每个扇形块的近端面；

所述小轮辐限位导向盘的远端面和所述大轮辐限位导向盘的近端面均设置有若干环向限位槽，所述小轮辐的扇形块一一对应卡装在所述小轮辐限位导向盘的环向限位槽内，所述大轮辐的扇形块一一对应卡装在所述大轮辐限位导向盘的环向限位槽内。

2.根据权利要求1所述多功能可变轮径的轮子结构，其特征在于：所述电机选用伺服电机。

3.根据权利要求1所述多功能可变轮径的轮子结构，其特征在于：所述小轮辐限位导向盘和所述大轮辐限位导向盘的中心孔壁均不与所述电机的转轴接触。

4.根据权利要求1所述多功能可变轮径的轮子结构，其特征在于：所述扇形块由扇形板和连接在扇形板外弧边上的弧形板组成。

5.根据权利要求4所述多功能可变轮径的轮子结构，其特征在于：

当所述小轮辐的扇形块径向移动至中心位置时，其各弧形板首尾相接并形成整圆，其相邻两块扇形板之间的间隙消失；

当所述大轮辐的扇形块径向移动至中心位置时，其各弧形板首尾相接并形成整圆，其相邻两块扇形板之间的间隙消失；

当所述小轮辐的扇形块和所述大轮辐的扇形块均径向移动至径向远端极限位置时，所述小轮辐的弧形板与所述大轮辐的扇形板环向交错排列并首尾相接。

6.根据权利要求1所述多功能可变轮径的轮子结构，其特征在于：所述螺纹均为平面螺纹。