一种高通过性螺旋轮及其使用方法技术

一种高通过性螺旋轮及其使用方法，属于交通运输领域，解决了现有各类轮子无法翻越障碍物的问题；本发明专利技术包括至少一个三维螺旋体以及将三维螺旋体与其轴心刚性相连的连接体，使用时三维螺旋体绕轴心转动；其打破了轮子外圈为封闭的圆这一传统理解，创新引入开放螺旋的概念；使用状态时，三维螺旋体绕轴心旋转，整个轮子即发生位移；若遇较高或较低障碍物，轮子前端产生倾角，顺时针三维螺旋体绕轴心顺时针转动或者逆时针三维螺旋体绕轴心逆时针转动，前端的螺旋接触到障碍物顶部，后面的螺旋依次到达，直至整个轮子全部翻越障碍物顶部，反向旋转可平稳再返回；其结构简单、制造容易、机动灵活、跨越障碍平稳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种轮子，尤其涉及一种具有高通过性的螺旋轮及其使用方法。
技术介绍
现有的各类轮子只擅长在平地上滚动，当遇到阶梯状障碍物时，如爬楼梯或下楼梯则无法跨越，通过性差。星形轮虽能爬楼梯，但会发生撞地现象，而且只能前进或后退，不能进行横向移动，履带也是如此。这就使得很多使用轮子或履带的设备的功能受到很大限制。
技术实现思路

技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提供了一种结构简单、制造容易、机动灵活、跨越障碍平稳的高通过性螺旋轮。本专利技术打破了对轮子外圈为封闭的圆这一传统理解，创新地引入开放螺旋的概念。本专利技术所述高通过性螺旋轮，包括一个三维螺旋体或者两个以上相同、同向、彼此等距的三维螺旋体，以及将以上三维螺旋体与其轴心刚性相连的连接体。使用本专利技术所述高通过性螺旋轮时，使三维螺旋体绕轴心旋转，整个轮子即发生位移；若遇较高或较低障碍物，轮子前端产生倾角，顺时针三维螺旋体绕轴心顺时针转动或者逆时针三维螺旋体绕轴心逆时针转动，前端的螺旋接触到障碍物顶部，后面的螺旋依次到达，直至整个轮子全部翻越障碍物顶部，反向旋转可平稳再返回。进一步地，所述三维螺旋体的半径沿轴向从一端至另一端逐渐变小，螺旋的外轮廓形成渐近轴心的连续、光滑曲线或直线。从而在行进中遇障碍物时，无须给轮子一个倾斜的角度，而是轮子前端较小部分的螺旋先接触障碍物顶部，后面的螺旋依次到达，于是增加轮子翻越障碍物的能力，更加便捷。进一步地，所述三维螺旋体位于大端的螺旋，其等径螺旋的旋转角度构成至少完整的一周。这样，当轮子在水平方向滚动时，其轴心与地面距离为常数，从而增加轮子行进中的顺畅性和稳定性。进一步地，所述三维螺旋体大端的螺旋半径沿其轴向减小的方向是向两端均减小。这样，轮子的前后端都具有前端较小的部分，当攀升或下降时，两端均能发挥作用，同时还能相互配合，特别是与轮子的支架系统、车架等配合，仰角能大幅增加。例如，当轮子行进中遇到陡峭低洼处（下楼梯时），后部会均匀释放轮子，当车体前倾时，轮子前部会提前与地面接触，与轮子后部配合，平稳降到底部，从而轻松地实现轮子的爬楼梯、下楼梯等跨越障碍物的功能。进一步地，所述三维螺旋体外轮廓上设有若干相互平行子轴和子轮，子轮可绕子轴自由旋转，相邻的子轮之间保持间隙；位于端部的子轴轴向与三维螺旋体的横截面形成非90°夹角，其余子轴轴向与相应螺旋的切线方向在三维螺旋体的横截面及横截面的切面均形成非90°夹角。这样的设计可以将滑动摩擦转变为滚动摩擦，降低能耗，避免划伤地面；其次，更好模拟三维螺旋体，运行过程中更加平稳顺畅；再次，可防止子轮向非预期方向滚动，避免主轮在通过障碍物时，从其上滑脱。当轴心与行进方向被限定在一定夹角时，主轮旋转，则子轮在与接触面间静摩擦力作用下旋转，并将部分主轮转向力转化到该子轮的法向力上面，最终产生向前的动力。进一步地，位于两端的子轮为半球形；其余的子轮形状为中间鼓形、两边半球形相结合。鼓形加半球形子轮的设计，是为了更好地模拟从子轮所在部位经过的那段螺旋线，从而增加轮子爬越障碍物的平稳性。由于端部空间较小，到最两端就简化成半球形，当行进中遇到陡峭凸起障碍物时，最先与障碍物顶部接触的部位往往是子轮的端部，半球形设计可降低其对地面的压强。进一步地，所述中间鼓形、两边半球形的子轮是分体式，沿子轴方向分割成不同组成部分。分体式结构可增加辐条、子轴和子轮的牢固程度，但在狭小部位，也可在尽量保有其完整形状的同时，做成一个整体或从中间等分的两部分。进一步地，所述分体式子轮各组成部分之间同轴或者不同轴。同轴时结构简单，易于装配，缺点是子轮过大，两端与中间部分的截面半径存在较大差距，造成在角速度相同时线速度差距过大。不同轴时，可将中间部分变细，使其截面半径接近两端，缺点是结构复杂，装配繁琐。进一步地，本专利技术所述高通过性螺旋轮还包括固定轴，所述轴心为具有中心孔的轮毂，固定轴穿过轮毂的中心孔，轮毂可绕固定轴自由转动。主轴固定在车架支撑系统上，用马达驱动轮毂转动，从而降低马达轴承的磨损，延长其使用寿命。进一步地，所述轮毂沿轴向分割成若干段，相应地三维螺旋体也随之分割成若干段，各段之间刚性连接。从而可大大简化安装过程。进一步地，所述连接体为从三维螺旋体至轴心的若干实心面或者若干辐条。进一步地，本专利技术所述高通过性螺旋轮在内部设置电动马达驱动或固定轴上加装从动轮，通过链条或皮带与外部马达连接驱动。进一步地，所述同一螺旋轮上的三维螺旋体全部为顺时针方向或者全部为逆时针方向。本专利技术还提供了一种高通过性螺旋轮的使用方法：顺时针三维螺旋体绕轴心顺时针转动或者逆时针三维螺旋体绕轴心逆时针转动，所述高通过性螺旋轮向前翻越较高或较低的障碍物；反向旋转则返回翻越障碍物。进一步地，本专利技术所述高通过性螺旋轮单个使用或顺时针方向与逆时针方向的三维螺旋体成夹角两两相邻结合使用。当单个使用时，需结合本专利技术之外的其他轮，本专利技术起到翻越障碍物的作用，其它轮起到支撑车体及导向的作用。当组合使用时，这些轮子依靠各自三维螺旋体转动的方向和速度，在子轮的配合滚动下，会产生不同的法相力，这些力最终合成，可在任何要求的方向上产生一个合力矢量，从而保证在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变自身的方向。本专利技术所述高通过性螺旋轮可用在机器人平台、电动轮椅、玩具及传动变速装置等上面。附图说明图1为本专利技术所述高通过性螺旋轮的实施例一的立体图；图2为图1的主视图；图3为图2的侧视图；图4为图1中主轮的各零部件图；图5为图4的爆炸图；图6为图5中子轮B的轴向位置图；图7为图5中子轮A在轮毂平面的轴向位置图；图8为图5中子轮A在轮毂切面的轴向位置图；图9为设有不同数量辐条的轮毂结构示意图；图10为如图1所示螺旋轮的不同爬坡度时状态图；图11为如图1所示螺旋轮成组使用的结构示意图；图12为如图1所示螺旋轮使用在支撑平台的状态图；图13为利用内置电机驱动如图1所示螺旋轮的结构示意图；图14为作为从动轮的如图1所示螺旋轮的结构示意图；图15为本专利技术所述高通过性螺旋轮的实施例二的立体结构图；图16为本专利技术所述高通过性螺旋轮的实施例三的立体结构图；图17为本专利技术所述高通过性螺旋轮的实施例四的立体结构图。图中各件号说明：1-固定轴；2-主轮；3-轮毂；4-辐条；5-子轴；6-子轮A；7-子轮B；8-子轮B的轴向；9-轮毂平面方向；10-子轮A的轴向；11-轮毂切线方向；12-电机；13-从动轮；14-轴心；15-固定盘；16-三维螺旋体；17-障碍物；18-平面；19-曲面。具体实施方式下面结合附图1附图17对本专利技术所述高通过性螺旋轮进一步详细描述。实施例一。如图1至图3所示，本实施例所述高通过性螺旋轮，包括固定轴1和主轮2，固定轴1穿过主轮2中心，可绕固定轴2自由转动。如图4和图5所示，主轮2包括若干轮毂3和辐条4。如图5所示，所述轮毂3外周延轮毂3径向装有对称的两根辐条4；每个轮毂3上的辐条4还可以是一根以及多根，呈对称分布，如图9所示。如图4所示，轮毂3上的辐条4轴向上按照从中间向两端逐渐变小的次序排列，各段轮毂3间刚性连接。如图5所示，辐条4顶端设有子轴5和子轮A6、子轮B7，相邻的子轮之间保持间隙，子轮A、子轮B可绕子轴5自由旋转；位于两端的轮毂3上的子轮B7为半球形；其余轮毂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高通过性螺旋轮，其特征在于：包括一个三维螺旋体或者两个以上相同、同向、彼此等距的三维螺旋体，以及将以上三维螺旋体与其轴心刚性相连的连接体。

【技术特征摘要】
1.一种高通过性螺旋轮，其特征在于：包括一个三维螺旋体或者两个以上相同、同向、彼此等距的三维螺旋体，以及将以上三维螺旋体与其轴心刚性相连的连接体。2.根据权利要求1所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述三维螺旋体的螺旋半径从一端至另一端逐渐减小，螺旋的外轮廓形成渐近轴心的连续、光滑曲线或直线。3.根据权利要求2所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述三维螺旋体位于大端的螺旋，其等径螺旋的旋转角度构成至少完整的一周。4.根据权利要求3所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述三维螺旋体大端的螺旋半径沿其轴向减小的方向是向两端均减小。5.根据权利要求4所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述三维螺旋体外轮廓上设有若干相互平行子轴和子轮，子轮可绕子轴自由旋转，相邻的子轮之间保持间隙；位于端部的子轴轴向与三维螺旋体的横截面形成非90°夹角，其余子轴轴向与相应螺旋的切线方向在三维螺旋体的横截面及横截面的切面均形成非90°夹角。6.根据权利要求5所述高通过性螺旋轮，其特征在于：位于两端的子轮为半球形；其余的子轮形状为中间鼓形、两边半球形相结合。7.根据权利要求6所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述中间鼓形、两边半球形的子轮是分体式，沿子轴方向分割成不同组成部分。8.根据权利要求7所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述分体式子轮各组成部分之间同轴或者不同轴。9.根据权利要求1-8任一所述高通过性螺旋轮，其特征在于：本发明所述高通过性螺旋轮还包括固定轴，所述轴心为具有中心孔的轮毂，固定轴穿过轮毂的中心孔，轮毂可绕固定轴自由转动。10.根据权利要求9所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述轮毂沿轴向分割成若干段，相应地三维螺旋体也随之分割成若干段，各段之间刚性连接。11.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或10所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述连接体为从三维螺旋体至轴心的若干实心面或者若干辐条。12.根据权利要求9所述高通过性螺旋轮，其特征在于：所述连接体为从三维螺旋体至轴心的若干实心面或者若干辐条。13.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或10或12所述高通过性螺旋轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：信毅，
申请(专利权)人：信毅，
类型：发明
国别省市：天津;12