專利名稱：粗糙地面自適應(yīng)車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了 一種粗糙地面自適應(yīng)車輪。
技術(shù)背景一般的實(shí)心車輪或充氣車輪在平地上行走具有效率高，穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但在 粗糙地面上行走時(shí)，由于車輪輪胎是整體連續(xù)的實(shí)體，行走軌跡也是連續(xù)的，因而行 走在粗糙地面上必須碾過所有不平之處，車體與地面的不平度相互耦合，因此車體的 上下波動(dòng)較大，降低了行進(jìn)的車速，也降低了行走效率。目前解決這個(gè)問題的方法是 采用彈性懸掛的被動(dòng)適應(yīng)懸掛方式。被動(dòng)適應(yīng)懸掛方式只是被動(dòng)隔離了粗糙地面對(duì)車 體造成的直接振動(dòng)，但不能消除粗糙地面對(duì)車輪的影響，車輪仍然存在上下波動(dòng)，行 走效率仍然不高。另外由于不平地面凹凸點(diǎn)的存在，使得車輪與地面的接觸變?yōu)榫植?不平穩(wěn)接觸，甚至出現(xiàn)車輪與地面打滑現(xiàn)象，這也是影響行走效率的一個(gè)因素。解決粗糙地面對(duì)車輪的耦合作用，根本的方法是應(yīng)該讓車輪與地面的不平度自動(dòng) 適應(yīng)，從而使車輪與粗糙地面解耦。這是一種主動(dòng)的隔離方法，主動(dòng)的隔離方法必須 從車輪結(jié)構(gòu)和車輪與地面的接觸原理上解決問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種粗糙地面自適應(yīng)車輪，該車輪在粗糙地面上行走具有 自適應(yīng)性能，提高了車輪行走效率。為達(dá)到車輪與粗糙地面的自適應(yīng)目的，本發(fā)明的原理是將連續(xù)的整體輪胎用若 干獨(dú)立的沿車輪圓周均布的徑向柱狀彈性體代替，使得車輪輪胎不再是一個(gè)完整的圓 柱面，而是一系列各自獨(dú)立的柱狀彈性體。因而將車輪與地面的面接觸改變?yōu)橐淮攸c(diǎn) 接觸。這種離散的點(diǎn)狀接觸使得車輪與不平地面部分解耦，消除了車體對(duì)不平地面的 部分響應(yīng)，因而提高了驅(qū)動(dòng)效率。將車輪與地面的面接觸改為一系列點(diǎn)接觸，也使得 車輪與粗糙地面的接觸區(qū)形狀自適應(yīng)吻合，從而增大了車輪與地面的實(shí)際接觸面積， 不易使車輪在不平地面上打滑，改善了驅(qū)動(dòng)效果。總之用系列具有彈性的相互獨(dú)立的 徑向彈性體代替了整個(gè)車輪的輪胎， 一方面使車輪避開部分地面的粗糙點(diǎn)，另一方面 使得車輪與地面的面接觸分散為一簇各自獨(dú)立的圓柱體單元承擔(dān)，車輪與地面的不平 度部分解耦，是一種主動(dòng)適應(yīng)粗糙地面的方法，從根本上消除了地面不平度對(duì)車體的3部分影響，車輪的綜合驅(qū)動(dòng)效果得到改善。據(jù)上述的原理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種粗糙地面自適應(yīng)車輪，其基本特 征在于有效數(shù)量的彈性棒呈放射狀均布在輪轂上，并用螺紋與輪轂緊固連接。彈性 棒外端的球頭以有效密度集合構(gòu)成了車輪的輪胎。上述的彈性棒是一個(gè)組合件，彈性棒由1件帶球頭的滑筒，l件壓力彈簧，2件 限位銷，l件連接座組成；帶有球頭的滑筒及壓力彈簧裝入連接座的內(nèi)孔中并能在軸 向滑動(dòng)，2個(gè)限位銷與帶球頭的滑筒用螺紋連接，而限位銷處在連接座的軸向滑槽中 且與該滑槽滑動(dòng)匹配。限位銷的作用是限制帶球頭的滑筒在連接座內(nèi)孔中的滑移范 圍，并使得壓力彈簧有一定的預(yù)壓縮量。裝配好的彈性棒具有的功能是當(dāng)滑筒球頭 上受到一定壓力時(shí)，滑筒可在連接座孔中收縮滑動(dòng)，直至彈簧力與外力達(dá)到平衡狀態(tài)； 當(dāng)撤掉外力時(shí)，滑筒在彈簧作用下自動(dòng)恢復(fù)到最大行程位置。因連接座的下端加工有 連接螺紋，整個(gè)彈性棒可方便的固定連接于輪轂孔中。前述的輪轂作用類似于普通車輪輪轂，主要用于將車輪連接在驅(qū)動(dòng)軸上，輪轂的 輪圈用于安裝輪胎或輪緣。特別之處是本發(fā)明的輪轂的輪圈上不是安裝輪胎，而是安 裝若干徑向彈性棒替代輪胎。輪圈上開有多列沿周向均布的徑向孔，用于連接彈性棒。 將裝配好的彈性棒通過連接螺紋固定在輪轂的輪圈上，就構(gòu)成了一款粗糙地面自適應(yīng) 車輪。裝配好的車輪連接在車輛的驅(qū)動(dòng)軸上，車輪與地面接觸的工作面就是一簇離散的 具有徑向彈性的點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)方案，適應(yīng)粗糙地面行駛。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比較，具有顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)(1) 車輪的輪緣是由多列相互獨(dú)立的具有徑向彈性的彈性棒組成，將車輪對(duì)地 面的常規(guī)面接觸改變?yōu)橐淮鬲?dú)立的點(diǎn)接觸，因此本發(fā)明對(duì)不平地面具有自適應(yīng)性。(2) 處于工作區(qū)的車輪與粗糙地面形狀基本吻合，實(shí)際接觸可靠性較常規(guī)輪胎 要大，車輪在不平地面上更不易打滑，驅(qū)動(dòng)效果更好。(3) 車輪與地面的接觸為離散點(diǎn)狀接觸，具有彈性的點(diǎn)狀接觸使得車輪避開部 分不平點(diǎn)，并使車輪對(duì)地面的不平度部分解耦，從根本上消除了部分粗糙地形引起的 車體上下波動(dòng)。提高了車輛在粗糙地面上的驅(qū)動(dòng)效率。(4) 本發(fā)明利用了彈簧對(duì)壓力的自適應(yīng)的特性，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，且不需 要附加額外的動(dòng)力裝置和其它控制措施。它是一種自適應(yīng)的解耦方式。(5) 本發(fā)明充當(dāng)輪胎的彈性棒可儲(chǔ)存車輪與地面作用的部分接觸能，并可將此能量部分地反饋給車輪，成為車輪的驅(qū)動(dòng)力矩，因而驅(qū)動(dòng)效率較高。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖11彈性棒的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中輪轂結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3(a)為正視圖，圖3(b)為展開俯視圖。 圖4是車輪與地面自適應(yīng)方法原理圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于公園導(dǎo)游機(jī)器人的輪式行走系統(tǒng)中，主要針對(duì)用卵石 或各種具有復(fù)雜凸凹圖案的地磚鋪設(shè)的公園路面運(yùn)行環(huán)境。結(jié)合附圖l，附圖2，附 圖3，附圖4說明實(shí)施方法和步驟如下如附圖1所示， 一種自適應(yīng)粗糙地面行走的車輪由彈性棒l，輪轂2組成。 彈性棒l的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，由帶有球頭的滑筒l-l，壓力彈簧l-2，限位銷 1-3，連接支座l-4組成。壓力彈簧1-2裝入帶有球頭的滑筒1-1的內(nèi)孔中，并連同滑 筒一體裝入連接支座1-4的內(nèi)孔中，將限位銷1-3通過連接支座1-4的側(cè)面軸向滑槽 擰入帶有球頭的滑筒1-1的螺孔中。彈性棒裝配完成。限位銷1-3的位置應(yīng)使球頭 滑筒1-1處于最大位置時(shí)，彈簧1-2具有一定的預(yù)壓縮量，具體預(yù)壓縮量根據(jù)機(jī)器人 的總重量，車輪數(shù)量，每個(gè)車輪上彈性棒的密度，彈簧的剛度計(jì)算確定，本例中選取 預(yù)壓力為12N。帶有球頭的滑筒的伸縮量不小于30mm。裝配好的彈性棒具有的功能 是當(dāng)滑筒的球頭上受到大于12N徑向壓力時(shí)，滑筒可在連接座孔中收縮滑動(dòng)，直 至彈簧力與外力平衡狀態(tài)；當(dāng)撤掉外力時(shí)，滑筒在彈簧作用下自動(dòng)恢復(fù)到最大行程位 置。輪轂2如附圖3所示，其中圖(a)是正視圖，圖(b)是展開俯視圖。輪轂的作用一 是使車輪與驅(qū)動(dòng)軸連接，二是用于安裝輪胎或輪緣。本例輪轂2的輪圈上沿輪圈寬度 方向開有四列徑向孔，每列在圓周上均布40個(gè)孔，相鄰列之間的孔錯(cuò)開半個(gè)孔距， 以使各彈性棒與地面的接觸更加均勻。將組裝好的彈性棒組件1通過連接螺紋固接在輪轂2的徑向連接孔中，就組成了 一種自適應(yīng)粗糙地面行走的車輪，這樣本發(fā)明的車輪的輪胎就是由這些徑向均布的彈 性棒構(gòu)成，從而將常規(guī)車輪的連續(xù)輪胎改變?yōu)橐幌盗须x散的點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的技術(shù) 方案。本發(fā)明的車輪行走在粗糙地面上，與地面實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的技術(shù)方法如附圖4所示。地面上存在許多凹凸不平點(diǎn)，當(dāng)本發(fā)明的車輪行走在這樣的路面上時(shí)，具有各自獨(dú)立 的徑向彈性棒各自與對(duì)應(yīng)的凸點(diǎn)或凹點(diǎn)接觸，這些凸凹點(diǎn)對(duì)各自的彈性棒的作用力不 同，但最終達(dá)到力平衡狀態(tài)，使車輪與地面的粗糙度相吻合，這個(gè)吻合過程由彈性棒 自動(dòng)完成，不須任何附加驅(qū)動(dòng)裝置或控制措施，因而是一種自適應(yīng)過程。當(dāng)接觸區(qū)脫 離接觸時(shí)，原來壓縮的彈性棒變形恢復(fù)，恢復(fù)過程中將彈性棒中儲(chǔ)存的彈性勢能部分 地反饋給車輪，變?yōu)轵?qū)動(dòng)車輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)能，因而也增加了車輪的驅(qū)動(dòng)效率。隨車輪旋 轉(zhuǎn)行走，輪緣上不同的彈性棒進(jìn)入接觸區(qū)，具有同樣的作用，實(shí)現(xiàn)同樣的功能，車輪 就能穩(wěn)定行走在粗糙地面上，并實(shí)現(xiàn)與粗糙地面的自適應(yīng)，自動(dòng)解耦過程。
權(quán)利要求
1.一種粗糙地面自適應(yīng)車輪，其基本特征在于有效數(shù)量的彈性棒(1)呈放射狀均布在輪轂(2)上，并用螺紋與輪轂(2)緊固連接。彈性棒(1)外端的球頭以有效密度集合構(gòu)成了車輪的輪胎。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種粗糙地面自適應(yīng)車輪，其基本特征在于所述的彈性棒(1)由l件帶球頭的滑筒(1-1)， l件壓力彈簧(1-2)， 2件限位銷(1-3)， 1 件連接座(1-4)組成；帶有球頭的滑筒(1-1)及壓力彈簧(1-2)裝入連接座(1-4) 的內(nèi)孔中并能在軸向滑動(dòng)；2個(gè)限位銷(1-3)與帶球頭的滑筒(1-1)用螺紋連 接，而限位銷(1-3)處在連接座(l-4)的軸向滑槽中且與該滑槽滑動(dòng)匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種粗糙地面自適應(yīng)車輪。它包括一件輪轂，有效數(shù)量的彈性棒以放射狀均布在所述輪轂的輪圈上，并通過螺紋與輪轂緊固連接。彈性棒外端的球頭以有效密度集合構(gòu)成了車輪的輪胎。本車輪對(duì)不平地面具有自適應(yīng)性，不易打滑，提高了驅(qū)動(dòng)效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)B60B9/28GK101214773SQ20081003238
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者常德功, 王一治 申請(qǐng)人:上海大學(xué)