一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构制造技术

本发明专利技术公开一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，属于轮腿机器人领域；一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，包括固定在机器人机体上的动力机，动力机的输出轴上同轴固定有传动轴，传动轴的一端固定有呈圆柱状的转动中心，转动中心周向均匀固定有多个辐条，辐条的端部滑动连接有足端，且滑动方向与辐条的轴向平行，辐条与足端之间通过设置压缩弹簧来实现弹性滑动连接；传动轴转动时，足端触地受力，足端和辐条克服压缩弹簧的弹力沿着辐条的轴向发生相对移动；并且，在压缩弹簧的缓冲作用下，转动过程中传动轴的轴心离地距离保持不变，实现了辐条轮机构在水平地形上的平稳轮式运动。现了辐条轮机构在水平地形上的平稳轮式运动。现了辐条轮机构在水平地形上的平稳轮式运动。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构


[0001]本专利技术属于轮腿机器人领域，具体涉及一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构。

技术介绍

[0002]目前看来传统的移动机器人常见的运动方式有轮式、履带式和腿式，这三种运动方式都各有优缺点。轮式机器人移动效率最高，但是在较为崎岖的地面上运行不便；履带式机器人越障能力明显优于轮式，但机构笨重；腿式机器人具有最高的越障能力，但是控制复杂，平地运动效率低。轮腿复合机器人结合了轮式运动的高效率和腿式运动的强地形适应能力，因此得到众多研究者关注。其中，采用辐条轮机构的轮腿复合机器人利用简单的结构和控制即可实现较强的地形适应能力。但是，这种轮腿复合机器人在平地运动时存在机体上下振荡的缺点，使其难以搭载检测设备在行进过程中进行检测任务，严重影响该类机器人在巡检领域的应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，包括固定在机器人机体上的动力机，动力机的输出轴上同轴固定有传动轴，传动轴的一端固定有呈圆柱状的转动中心，转动中心周向均匀固定有多个辐条，辐条的端部滑动连接有足端，且滑动方向与辐条的轴向平行，辐条与足端之间通过设置压缩弹簧来实现弹性滑动连接；
[0006]传动轴转动时，足端触地受力，足端和辐条克服压缩弹簧的弹力沿着辐条的轴向发生相对移动；并且，压缩弹簧的缓冲作用下，转动过程中传动轴的轴心离地距离保持不变。
[0007]进一步地，所述足端的一端设置有圆柱形空腔，辐条远离转动中心的一端设置有圆柱端，并能够与圆柱形空腔相互配合；辐条的圆柱端固定有滑块，足端上设置有类U型槽，类U型槽内开设有滑动槽，滑块与滑动槽相互配合并滑动连接；压缩弹簧套设在辐条的圆柱端上，压缩弹簧的一端与足端设有圆柱形空腔的一端相触，另一端与辐条和其圆柱端形成的台阶面接触。
[0008]进一步地，所述类U型槽还包括边缘槽，边缘槽一端延伸至足端的端部，并形成缺口，安装时，滑块和边缘槽的缺口进入，并沿着边缘槽移动到类U型槽的底部后，再转动足端能够使滑块进入到滑动槽。
[0009]进一步地，所述足端远离辐条的一端设置有球体。
[0010]进一步地，所述压缩弹簧的弹性系数为k时，能够使得，转动过程中传动轴的轴心离地距离保持不变；弹性系数k的计算步骤包括：
[0011]S1，确定传动轴的轴心离地距离x、辐条与地面夹角θ与期望压缩弹簧弹性系数k之
间的关系，公式为：
[0012][0013]其中，mg为单个辐条轮所受到的力，l为压缩弹簧处于自然状态时转动中心圆心到足端末端球心的距离；
[0014]S2，选择不同的传动轴的轴心离地距离x代入S1的公式中，计算在辐条与地面夹角θ变化范围内，压缩弹簧弹性系数k；
[0015]S3，计算S所得压缩弹簧弹性系数k的方差，选择方差最小时的传动轴的轴心离地距离x为最终的传动轴的轴心离地距离；
[0016]S4，将最终选取的传动轴的轴心离地距离x代入S1的公式中，计算在辐条与地面夹角θ变化范围内，压缩弹簧弹性系数k，确定k的变化范围；
[0017]S5，在压缩弹簧弹性系数k的变化范围内选择不同的值代入S1的公式中，计算在辐条与地面夹角θ变化范围内，传动轴的轴心离地距离x；
[0018]S6，计算S5所得传动轴的轴心离地距离x的方差，选择方差最小时的压缩弹簧弹性系数k为最终的压缩弹簧弹性系数。
[0019]上述的辐条轮机构中压缩弹簧的弹性系数的计算方法，包括以下步骤：
[0020]S1，确定传动轴的轴心离地距离x、辐条与地面夹角θ与期望压缩弹簧弹性系数k之间的关系，公式为：
[0021][0022]其中，mg为单个辐条轮所受到的力，l为压缩弹簧处于自然状态时转动中心圆心到足端末端球心的距离；
[0023]S2，选择不同的传动轴的轴心离地距离x代入S1的公式中，计算在辐条与地面夹角θ变化范围内，压缩弹簧弹性系数k；
[0024]S3，计算S2所得压缩弹簧弹性系数k的方差，选择方差最小时的传动轴的轴心离地距离x为最终的传动轴的轴心离地距离；
[0025]S4，将最终选取的传动轴的轴心离地距离x代入S1的公式中，计算在辐条与地面夹角θ变化范围内，压缩弹簧弹性系数k，确定k的变化范围；
[0026]S5，在压缩弹簧弹性系数k的变化范围内选择不同的值代入S1的公式中，计算在辐条与地面夹角θ变化范围内，传动轴的轴心离地距离x；
[0027]S6，计算S5所得传动轴的轴心离地距离x的方差，选择方差最小时的压缩弹簧弹性系数k为最终的压缩弹簧弹性系数。
[0028]进一步地，S1中，确定传动轴的轴心离地距离x、辐条与地面夹角θ与期望压缩弹簧弹性系数k之间的关系的具体步骤包括：
[0029]S11，设辐条数为n，压缩弹簧形变量为Δl，期望的传动轴轴心高度为x，辐条与地面之间夹角为θ，θ的范围为单个辐条轮所受到的力为mg；将足端所受力进行分解，忽略足端与辐条之间的摩擦力，则沿着辐条方向的力为：
[0030]F＝mgsinθ (1
‑
1)
[0031]S12，辐条轮机构转动过程中传动轴的轴心离地距离的期望值x需满足：
[0032][0033]式中，j为机体高度比例；
[0034]S13，为了使辐条轮机构转动过程中传动轴的轴心离地距离保持为x，压缩弹簧的形变量随辐条与地面之间夹角θ的变化需要满足以下关系：
[0035](l+Δl)sinθ＝x (1
‑
4)
[0036]可写为：
[0037][0038]S14，根据胡克定律可知：
[0039]F＝
‑
kΔl (1
‑
6)
[0040]将(1
‑
1)和(1
‑
5)带入式(1
‑
6)中，可得传动轴的轴心离地距离保持为x、辐条与地面夹角θ与期望压缩弹簧弹性系数k之间的关系：
[0041][0042]变形后，得：
[0043][0044]本专利技术的有益效果：
[0045]1、通过在辐条和足端之间设置压缩弹簧来实现弹性滑动连接，并通过选择合适的压缩弹簧弹性系数，使得辐条轮机构在压缩弹簧形变下保持轴心离地高度不变，实现了辐条轮机构在水平地形上的平稳轮式运动；
[0046]2、本专利技术中辐条连接足端时采用类U型槽，装卸便捷。
附图说明
[0047]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]图1是本专利技术的可实现平稳轮式运动的辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，其特征在于，包括固定在机器人机体上的动力机(1)，动力机(1)的输出轴上同轴固定有传动轴(2)，传动轴(2)的一端固定有呈圆柱状的转动中心(3)，转动中心(3)周向均匀固定有多个辐条(4)，辐条(4)的端部滑动连接有足端(8)，且滑动方向与辐条(4)的轴向平行，辐条(4)与足端(8)之间通过设置压缩弹簧(5)来实现弹性滑动连接；传动轴(2)转动时，足端(8)触地受力，足端(8)和辐条(4)克服压缩弹簧(5)的弹力沿着辐条(4)的轴向发生相对移动；并且，压缩弹簧(5)的缓冲作用下，转动过程中传动轴(2)的轴心离地距离保持不变。2.根据权利要求1所述的一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，其特征在于，所述足端(8)的一端设置有圆柱形空腔，辐条(4)远离转动中心(3)的一端设置有圆柱端，并能够与圆柱形空腔相互配合；辐条(4)的圆柱端固定有滑块(6)，足端(8)上设置有类U型槽(7)，类U型槽(7)内开设有滑动槽(12)，滑块(6)与滑动槽(12)相互配合并滑动连接；压缩弹簧(5)套设在辐条(4)的圆柱端上，压缩弹簧(5)的一端与足端(8)设有圆柱形空腔的一端相触，另一端与辐条(4)和其圆柱端形成的台阶面接触。3.根据权利要求2所述的一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，其特征在于，所述类U型槽(7)还包括边缘槽(9)，边缘槽(9)一端延伸至足端(8)的端部，并形成缺口，安装时，滑块(6)和边缘槽(9)的缺口进入，并沿着边缘槽(9)移动到类U型槽(7)的底部后，再转动足端(8)能够使滑块6进入到滑动槽(12)。4.根据权利要求1所述的一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，其特征在于，所述足端(8)远离辐条(4)的一端设置有球体。5.根据权利要求4所述的一种可实现平稳轮式运动的辐条轮机构，其特征在于，所述压缩弹簧(5)的弹性系数为k时，能够使得，转动过程中传动轴(2)的轴心离地距离保持不变；弹性系数k的计算步骤包括：S1，确定传动轴(2)的轴心离地距离x、辐条(4)与地面夹角θ与期望压缩弹簧(5)弹性系数k之间的关系，公式为：其中，mg为单个辐条轮所受到的力，l为压缩弹簧(5)处于自然状态时转动中心(3)圆心到足端(8)末端球心的距离；S2，选择不同的传动轴(2)的轴心离地距离x代入S1的公式中，计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内，压缩弹簧(5)弹性系数k；S3，计算S1所得压缩弹簧(5)弹性系数k的方差，选择方差最小时的传动轴(2)的轴心离地距离x为最终的传动轴(2)的轴心离地距离；S4，将最终选取的传动轴(2)的轴心离地距离x代入S1的公式中，计算在辐条(4)与地面夹角θ变化范围内，压缩弹簧(5)弹性系数k，确定k的变化范围；S5，在压缩弹簧(5)弹性系数k的变化范围内选择不同的值代入S1的公式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨亭，韦中，张继文，刁冠搏，刘佳，扬杨，化成城，陈大鹏，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：