一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮制造技术

一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮，包括外环、内环、外支撑杆、内支撑杆、流体驱动器、气管和气泵。外环的外截面轮郭线为正N边形，气泵与内环之间通过若干根内支撑杆相连接，外环与内环之间通过若干根外支撑杆相连接，每个安装固定面上均并列设有两个流体驱动器，每个流体驱动器一端与安装固定面固定连接，形成固定端；每个流体驱动器均包括相互固定连接的应变限制底层和弹性体层，应变限制底层能与安装固定面相接触，弹性体层能与路面相接触，弹性体层的弹性大于应变限制底层的弹性；每个弹性体层内设置有一根气管。本发明专利技术能克服现有行走轮在复杂环境下存在通过性差和行驶平稳性差的缺点，以提高车轮在复杂地形上的适应性和良好的平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮
本专利技术涉及一种机器人的行走机构，特别是一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮。
技术介绍
随着科学探索的不断进步，机器人需要在更复杂的环境下运行，如星球探测机器人，军事机器人以及其他野外作业移动机器人。野外地形环境可能会崎岖不平，有岩石或者洼地，复杂的地形考验机器人的行进系统。目前的机器人行走机构一般由刚性材料构成，采用圆形滚动，如武汉大学研究设计的全地形行走轮(专利号为201520214064.1)，这款行走轮中间为设有中心轴的机械轮，外部固定连接有若干个具有弹性的锯齿状金属片。通过改变机械轮中连杆在凸轮中的位置，可使金属片产生形变，来适应沙地等非结构环境下的复杂地形，能够实现设计要求。然而，上述机器人行走机构仍存在着如下不足：1.吸震能力差、平稳性差：当在崎岖路面上行走时，会因运行路面的崎岖而产生较大震动或晃动。当具有该行走机构的机器人负载有精密设备时，由于前述的较大震动或晃动，会对内部仪器的测量精度产生较大影响，严重的，还可能会对其内部设备造成损坏。2.爬坡性差：当轮子与崎岖地面或障碍物的接触面坡度过大(超过20％)时，会出现轮子与接触面的摩擦力过小，进而发生打滑导致通过性差，甚至无法行走等情况。3.环境适应性差：对于未知环境适应能力低，由于采用刚性材料，车轮形式固定，不能任意改变轮形和轮径以适应环境，也无法穿过低于其高度的岩洞和障碍等复杂空间。4.若轮子外部未采用轮胎等柔性装置，则其外部的刚性材料可能会对其通过的空间造成一定的破坏会对生态造成一定的破坏。同时，崎岖路面上的碎石等坚固的障碍物也会给行走机构的外部刚性材料，造成一定的损伤，导致其使用寿命大大降低。5.一般行走机构会给轮子安装外置避震机构，但外置避震机构结构复杂，制造成本较高，损坏后修理较为繁琐。因此，为解决以上问题，需要针对崎岖路面等复杂地形对移动系统高动态特性和强环境适应性的需求，提出一种适应崎岖地形等复杂环境的可变形非圆滚动气动软体行走轮，以克服现有行走轮在复杂环境下存在通过性差和行驶平稳性差缺点，以提高车轮在复杂地形上的适应性和良好的平稳性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮，该可变形非圆滚动的气动软体行走轮能克服现有行走轮在复杂环境下存在通过性差和行驶平稳性差的缺点，以提高车轮在复杂地形上的适应性和良好的平稳性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮，包括外环、内环、外支撑杆、内支撑杆、流体驱动器、气管和气泵。外环的外截面轮郭线为正N边形，也即外环的外侧具有N个长度相等的安装固定面和N个交接点，其中N≥3。外环、内环和气泵从外至内依次同心布置；气泵与内环之间通过若干根内支撑杆相连接，外环与内环之间通过若干根外支撑杆相连接，外支撑杆和内支撑杆的数量均与安装固定面的数量相等；外支撑杆和内支撑杆均为中空结构，且相互连通。每个安装固定面上均并列设置有两个流体驱动器，两个流体驱动器分别为顺时针流体驱动器和逆时针流体驱动器；每个流体驱动器的一端与对应安装固定面的一端直接固定连接，形成固定端；顺时针流体驱动器的固定端和逆时针流体驱动器的固定端位于对应安装固定面的不同端。每个流体驱动器均包括相互固定连接的应变限制底层和弹性体层，应变限制底层能与安装固定面相接触，弹性体层能与路面相接触，弹性体层的弹性大于应变限制底层的弹性。每个弹性体层内设置有一根气管，气管从位于固定端侧的弹性体层穿出，再依次穿过外环上对应的交接点、外支撑杆的中空腔、内环和内支撑杆的中空腔后，与气泵相连接。外环由弹性材料制作形成，外环的弹性小于弹性体层的弹性。每根外支撑杆的长度均能够伸缩，每根外支撑杆上均设置有线性伸缩驱动装置。线性伸缩驱动装置为伸缩电机或伸缩气缸。每个流体固定器的另一端与对应安装固定面的另一端通过弹性件相连接，形成弹性接触端。弹性件为弹簧或橡皮筋。弹性体层内设置有若干个空腔，每个空腔均与伸入弹性体层内的气管相连通。每个流体驱动器的外顶面上均设置有若干条顶层沟槽。每个流体驱动器的侧面均设置有若干条侧面凹槽。本专利技术采用上述结构后，具有如下有益效果：1.本专利技术采用软体材料，相比传统刚体材料，不仅克服了传统刚体轮大而笨重的缺点，同时在环境适应性方面表现更为优异，可在如崎岖路面或松软路面等工作环境下运行。本专利技术具有充分的环境适应性，能通过自身软体材料变形的方式与障碍物或周边环境相容，在有限的空间内能灵活运动，从而更好的适应环境。2.气动软体行走轮外观为近似圆形，行进方式为滚动，相比一些蠕动或者爬行等行进方式，在崎岖路面行走时，与路面的接触面积更小，摩擦力也相对小，行进的阻力相对较小，较为节能。3.气动软体行走轮依靠多个流体驱动器所驱动，通过流体驱动器的变形弯曲使轮子运动，一个流体驱动器可使轮子向前(或向后)运动一步，其一步一步的滚动行走，控制精度相比一般的圆形滚动更精确；同时流体驱动器上的顶层沟槽、侧面凹槽和非圆滚动的运动方式，对崎岖路面的压力会比圆形滚动的更大，摩擦力也相对增大，能降低打滑现象发生的可能性。4.越障能力好，由于本身由软体材料构成，在崎岖地形上行走时，外部的软体材料可起到缓冲减震的作用，当需要穿过低于行走轮或具有行走轮车体的机器人高度的狭小空间时，可通过外支撑杆的伸缩及外环的变形来适应环境，无需重新设计和制造。5.依靠外部软体材料来避震，结构简单，而非传统刚性轮依靠外置减震机构，结构简单，独立性更强。6.设计简单，工作原理简明易懂，在实际应用中可以做到原料价格低廉，制作工艺简单易实现。7.仅通过流体驱动器就能实现对行走轮的驱动，驱动方式简单清洁，易于实现，对环境不会造成任何污染，节能环保。附图说明图1显示了本专利技术一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮的结构示意图。图2显示了本专利技术一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮的侧视图。图3显示了本专利技术流体驱动器的横截面剖视图。图4显示了顺时针流体驱动器及逆时针流体驱动器的拼装图。图5显示了流体驱动器中气管的走向图。图6显示了气动软体行走轮正常行走时的运动状态图。图7显示了本专利技术气动软体行走轮遇到障碍物时变形的示意图。图8显示了本专利技术气动软体行走轮局部变形时的示意图。图9显示了本专利技术气动软体行走轮刚与岩洞等接触时的示意图。图10显示了本专利技术气动软体行走轮高度降低后通过岩洞时的示意图。图11显示了现有技术中刚性轮爬坡时的力学平面分析图。图12显示了本专利技术中可变形非圆滚动的气动软体行走轮爬坡时的力学平面分析图。图13显示了本专利技术流体驱动器的材料结构图。其中有：1.流体驱动器；2.外环；3.伸缩电机；4.外支撑杆；5.内环；6.气管；7.内支撑杆；8.气泵；9.电池；10.弹性体层；11.侧面凹槽；12.应变限制底层；13.顶层沟槽；17.气腔；18.顺时针流体驱动器；19.逆时针流体驱动器。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1和图2所示，一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮，包括外环2、内环5、外支撑杆4、内支撑杆7、流体驱动器1、气管6和气泵8。外环的外截面轮郭线为正N边形，也即外环的外侧具有N个长度相等的安装固定面和N个交接点，其中N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮，其特征在于：包括外环、内环、外支撑杆、内支撑杆、流体驱动器、气管和气泵；外环的外截面轮郭线为正N边形，也即外环的外侧具有N个长度相等的安装固定面和N个交接点，其中N≥3；外环、内环和气泵从外至内依次同心布置；气泵与内环之间通过若干根内支撑杆相连接，外环与内环之间通过若干根外支撑杆相连接，外支撑杆和内支撑杆的数量均与安装固定面的数量相等；外支撑杆和内支撑杆均为中空结构，且相互连通；每个安装固定面上均并列设置有两个流体驱动器，两个流体驱动器分别为顺时针流体驱动器和逆时针流体驱动器；每个流体驱动器的一端与对应安装固定面的一端直接固定连接，形成固定端；顺时针流体驱动器的固定端和逆时针流体驱动器的固定端位于对应安装固定面的不同端；每个流体驱动器均包括相互固定连接的应变限制底层和弹性体层，应变限制底层能与安装固定面相接触，弹性体层能与路面相接触，弹性体层的弹性大于应变限制底层的弹性；每个弹性体层内设置有一根气管，气管从位于固定端侧的弹性体层穿出，再依次穿过外环上对应的交接点、外支撑杆的中空腔、内环和内支撑杆的中空腔后，与气泵相连接。

【技术特征摘要】
1.一种可变形非圆滚动的气动软体行走轮，其特征在于：包括外环、内环、外支撑杆、内支撑杆、流体驱动器、气管和气泵；外环的外截面轮郭线为正N边形，也即外环的外侧具有N个长度相等的安装固定面和N个交接点，其中N≥3；外环、内环和气泵从外至内依次同心布置；气泵与内环之间通过若干根内支撑杆相连接，外环与内环之间通过若干根外支撑杆相连接，外支撑杆和内支撑杆的数量均与安装固定面的数量相等；外支撑杆和内支撑杆均为中空结构，且相互连通；每个安装固定面上均并列设置有两个流体驱动器，两个流体驱动器分别为顺时针流体驱动器和逆时针流体驱动器；每个流体驱动器的一端与对应安装固定面的一端直接固定连接，形成固定端；顺时针流体驱动器的固定端和逆时针流体驱动器的固定端位于对应安装固定面的不同端；每个流体驱动器均包括相互固定连接的应变限制底层和弹性体层，应变限制底层能与安装固定面相接触，弹性体层能与路面相接触，弹性体层的弹性大于应变限制底层的弹性；每个弹性体层内设置有一根气管，气管从位于固定端侧的弹性体层穿出，再依次穿过外环上对应的交接点、外支撑杆的中空腔、内环和内支撑杆的中空腔后，与气泵相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丰羽，余洪亮，蒋国平，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32