一种能在悬壁面上行走的车轮及装置制造方法
【专利摘要】传统的车轮，无论是辐条式车轮还是辐板式车轮，无一例外，只能行走在地面上，一旦坡度较大就会造成翻车事故。本发明一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，属于机械设计与制造【技术领域】，可以应用于智能机器人，适合于楼宇的清洗、消防等方面。本发明车轮不但适合爬行坡度较大的路面，还可实现垂直壁面、悬空壁面的行走。其主要部件由主轴、轴承、轮盘、吸盘、偏心轮、齿盘、拉杆、弹簧等构成。主轴、轴承及轮盘构成车轮的主体，为车轮的行走机构。吸盘、拉杆、弹簧、偏心轮、齿盘构成本发明车轮的吸附调节系统，为悬壁面行走的保障机构，同时也是本发明的核心构件。
【专利说明】一种能在悬壁面上行走的车轮及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于机械设计与制造【技术领域】，涉及一种车轮的制作方法，特别是涉及一种能在悬壁面上行走的车轮及其装置制造方法。该发明可应用于智能机器人，适合于楼宇的清洗、消防等方面。
【背景技术】
[0002]羡慕空中自由飞翔的小鸟，人们发明了飞机；仰慕水中自如沉浮的鱼儿，人们发明了潜艇；佩服准确预测风暴的水母，人们又发明了风暴预测仪。仿生学就是如此的神奇，它使人们的生活发生了、并将继续发生着日新月异的变化。看到墙壁上灵活爬行的壁虎，不由人生联翩浮想:给手掌装上能吸附墙壁的“吸爪”，飞檐走壁不就变成了人人即可实现的梦想？给行走的机器人装上能“抓住”悬壁的车轮，险象环生的玻璃幕墙清洗不就变得轻松简单？给汽车装上能“拔住”地面的车轮，飞驰的汽车将戛然而止，如此将挽救多少无辜的生命O
[0003]车轮的发明彻底地改变了人们的古老出行方式。已有的车轮，无论是辐条式车轮还是辐板式车轮，无一例外，只能行走在地面上，一旦坡度较大就会造成翻车事故。传统的车轮对悬壁面更是望尘莫及。现代建筑越建越高，随之而来的楼宇的清洗、消防等又成为棘手的问题，如果能有一种能爬楼的机器人，上述问题就会迎刃而解。要想使机器人具备能爬楼的功能，首先得有一种在行进过程中能吸附在墙上的轮子，可见发明一种能在墙上爬行的轮子尤为迫切。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于:提供一种能在悬壁面上行走的车轮及装置制造方法。
[0005]本发明所采用的技术方案:一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其主要部件由主轴、轴承、轮盘、吸盘、偏心轮、齿盘、拉杆、弹簧等构成。主轴、轴承及轮盘构成车轮的主体，轮盘通过轴承与主轴相连。齿盘固定在主轴上，主轴固定在车体上。工作时轮盘沿悬壁面滚动，主轴、齿盘相对车体不动。吸盘、拉杆、弹簧、偏心轮、齿盘构成本发明车轮的吸附调节系统。轮盘滚动时带动偏心轮绕主轴旋转，吸盘旋转角减小，当其减小到一定的角度时，一方面吸盘与悬壁面完全接触，另一方面，偏心轮与齿盘上齿顶啮合。随吸盘旋转角的进一步减小、直至为零、以至增大，在齿盘上齿顶的作用下，偏心轮绕连接轴旋转，与偏心轮相连的拉杆向主轴方向移动，吸盘与悬壁面间形成空腔，随拉杆的移动空腔空间逐渐增大，继而形成负压，于是车轮被吸附在悬壁面上。由于吸盘为柔性材料制造，因而在吸盘的不同位置，有些地方能承受压缩变形，有些地方能承受拉伸变形。这样随轮盘的滚动，能保证其具有一定的吸附时间，为车轮的行进提供吸附保证。
[0006]一种能在悬壁面上行走的车轮及装置其主要部件由主轴、轴承、轮盘、吸盘、偏心轮、齿盘、拉杆、弹簧等构成。
[0007]主轴、轴承及轮盘构成车轮的主体。轮盘圆心处开孔，该孔为轴承的安装孔。在轮盘板厚中面上、沿径向等角度放射状设有台阶孔，根据功能不同台阶孔分为:拉杆孔、弹簧孔、吸盘孔；轮盘通过轴承与主轴相连。主轴固定在车体上，齿盘固定在主轴上，也可直接固定在车体上。
[0008]吸盘、拉杆、弹簧、齿盘、偏心轮及台阶孔构成本发明车轮的吸附调节系统。吸附调节系统根据台阶孔的数量分为若干组，吸附调节系统通过台阶孔安装在轮盘上。吸盘为柔性材料制造，能自由伸张，为了保证气密性要求，吸盘不含有任何孔洞、夹杂及裂纹等缺陷。吸盘侧环粘结在吸盘孔内，一端面与拉杆固定连结；拉杆的另一端与偏心轮相连；弹簧套在拉杆上后置于弹簧孔内，弹簧的一端顶在吸盘上，另一端置于弹簧孔与拉杆孔相交的台阶面上；偏心轮与轮盘台阶面相切。
[0009]吸盘旋转角为悬壁面法线与拉杆轴线间的夹角。
[0010]本发明车轮及装置的工作过程为:轮盘沿悬壁面滚动，主轴、齿盘相对车体不动。轮盘滚动时带动偏心轮绕主轴旋转，吸盘旋转角减小，当其减小到一定的角度时，一方面吸盘与悬壁面完全接触，另一方面，偏心轮与齿盘上齿顶啮合，弹簧被压缩。随吸盘旋转角的进一步减小、直至为零、以至增大，在齿盘上齿顶的作用下，偏心轮绕连接轴旋转，与偏心轮相连的拉杆向主轴方向移动，由于吸盘侧环固定在吸盘孔内，因而在吸盘与悬壁面间形成空腔，随拉杆的移动空腔空间逐渐增大，继而形成负压，于是车轮被吸附在悬壁面上。由于吸盘为柔性材料制造，因而在吸盘的不同位置，有些地方能承受压缩变形，有些地方能承受拉伸变形。这样随轮盘的滚动，能保证其具有一定的吸附时间，为车轮的行进提供吸附保证。
[0011]随轮盘的滚动，拉杆轴线越过悬壁面法线，吸盘旋转角反向逐渐增大，当其增大到一定程度时，齿盘上的齿顶脱离偏心轮，弹簧在弹性力的作用下伸长，拉杆向背离主轴方向移动，吸盘与悬壁面间的空腔减小，吸附力随之减小，当其减小到一定程度或减小到为零时，吸盘完全脱离悬壁面，紧接着下一组吸附调节装置被启动。由于前一组吸附调节装置与下一组吸附调节装置间存在时间差，为了消除由于时间差而造成的吸附空当，如图6所示，本发明将另一幅车轮与之并在一起，即沿车轮厚度方向，一个车轮的台阶孔位于另一车轮的两个台阶孔之间。如此即可实现车轮的滚动和吸附同步进行。为了进一步增强车轮的吸附能力，还可在同一主轴上安装多幅车轮。
[0012]为保证偏心轮的自由旋转，本发明所述的偏心轮，从齿盘之齿顶的啮合开始，到齿盘之齿顶的脱离，其离心半径逐渐增大，齿盘之齿顶脱离偏心轮瞬间达到最大值，此最大值不超过偏心轮的最大半径。为了保证偏心轮的正确复位，还可在偏心轮的连接轴上安装复位弹簧。随偏心轮的旋转复位弹簧被拉紧，当偏心轮脱离齿盘之齿顶的啮合时，由于受弹性力的作用，复位弹簧要恢复原状，于是偏心轮被带动反方向旋转。
[0013]为了进一步保证吸附系统的贯通性、灵活性、可靠性，本发明将偏心轮改造为L型杠杆结构。.拉杆孔与拉杆相连，轴孔与轮盘上的轴相连，工作时齿盘之齿顶与凸轮啮合，随着凸轮的旋转，L型杠杆绕与轴孔相连的轴旋转，于是实现了拉杆的移动。
[0014]为了适应高温环境，可以用橡胶制造吸盘；为了吸附粗糙表面，可以用硅橡胶聚制造吸盘；为了提高吸盘的耐用性能，可以用聚氨酯制造吸盘；为了避免悬壁面被划伤，可以用聚氨酯制造吸盘；为了提高吸盘的耐油性，用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。[0015]本发明所取得的有益效果:本发明所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，由于吸附系统为齿轮、偏心轮、弹簧、连杆机构，所以结构紧凑，运行灵活可靠。轮盘用铝合金、钛合金、树脂等制造，因而重量轻。尤其是车轮被吸附在悬壁面的同时，能保持行走状态，吸附功能的实现完全借助车体的惯性，无须额外动能的支持。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明制造的能在悬壁面上行走的车轮及装置图 图2为本发明制造的能在悬壁面上行走的单幅车轮及装置图
图3为本发明制造的能在悬壁面上行走的车轮及装置局部刨视图
图4为本发明制造的吸盘
图5为本发明制造的轮盘局部刨视图
图6为本发明制造的能在悬壁面上行走的车轮侧视图
图7为本发明制造的L型杠杆示意图
图中:
1.主轴 2.轴承 3.轮盘4.吸盘 5.偏心轮6.齿盘 7.拉杆 8.弹簧9.连接轴10.台阶孔11.悬壁面法线12.悬壁面13.吸盘旋转角14.凸轮15.轴孔16.拉杆孔101.拉杆孔102.弹簧孔103.吸盘孔104.轮盘台阶面401.吸盘侧环411.吸附状态吸盘组412.偏离壁面吸盘组。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明。
[0018]实施例1:参照图1至图6，所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置其主要部件由主轴1、轴承2、轮盘3、吸盘4、偏心轮5、齿盘6、拉杆7、弹簧8等构成。
[0019]主轴1、轴承2及轮盘3构成车轮的主体。轮盘3在中心开孔，在板厚中面上、沿径向等角度放射状分布台阶孔10，根据功能不同台阶孔10分为:拉杆孔101、弹簧孔102、吸盘孔103 ;轮盘3通过轴承2与主轴I相连。主轴I固定在车体上，齿盘6固定在主轴I上，也可直接固定在车体上。
[0020]吸盘4、拉杆7、弹簧8、齿盘6、偏心轮5及台阶孔10构成本发明车轮的吸附调节系统。吸附调节系统根据台阶孔10的数量分为若干组，吸附调节系统通过台阶孔10安装在轮盘3上。吸盘4为柔性材料制造，能自由伸张，为了保证气密性要求，吸盘4不含有任何孔洞、夹杂及裂纹等缺陷。吸盘侧环401粘合在吸盘孔103内，一端面与拉杆7固定连结；拉杆7的另一端与偏心轮5相连；弹簧8套在拉杆7上后置于弹簧孔102内，弹簧8的一端顶在吸盘4上，另一端置于弹簧孔102与拉杆孔101相交的台阶面上；偏心轮5与轮盘台阶面104相切。
[0021]本发明的工作过程为:轮盘3沿悬壁面12滚动，主轴1、齿盘6相对车体不动。轮盘3滚动时带动偏心轮5绕主轴I旋转，吸盘旋转角13减小，当其减小到一定的角度时，一方面吸盘4与悬壁面12完全接触,另一方面，偏心轮5与齿盘6上齿顶哨合,弹簧8被压缩。随吸盘旋转角13的进一步减小、直至为零、甚至增大，在齿盘6上齿顶的作用下，偏心轮5绕连接轴9旋转，与偏心轮5相连的拉杆7向主轴I方向移动，由于吸盘侧环401固定在吸盘孔103内，因而在吸盘4与悬壁面12间形成空腔，随拉杆7的移动空腔空间逐渐增大，继而形成负压，于是车轮被吸附在悬壁面12上。
[0022]吸盘旋转角13为悬壁面法线11与拉杆7轴线间的夹角。
[0023]随轮盘3的滚动，拉杆轴线越过悬壁面法线11，吸吸盘旋转角13继而逐渐增大，当其增大到一定程度时，齿盘6上的齿顶脱离偏心轮5，弹簧8在弹性力的作用下伸长，拉杆7向背离主轴I方向移动，吸盘4与悬壁面12间的空腔减小，吸附力随之减小，当其减小到一定程度或减小到为零时，吸盘4完全脱离悬壁面12，紧接着启动下一组吸附调节装置。由于前一组吸附调节装置与下一组吸附调节装置间存在时间差，为了消除由于时间差而造成的吸附空当，如图6所示，本发明将另一幅车轮与之并在一起，即沿车轮厚度方向，一个车轮的台阶孔10位于另一车轮的两个台阶孔10之间。如此即可实现车轮的滚动和吸附同步进行。为了进一步增强车轮的吸附能力，还可在同一主轴I上安装多幅车轮。
[0024]为保证偏心轮5的自由旋转，本发明所述的偏心轮5，从齿盘6之齿顶的啮合开始，到齿盘6之齿顶的脱离，其离心半径逐渐增大，齿盘6之齿顶脱离瞬间达到最大值，此最大值不超过偏心轮5的最大半径。为了保证偏心轮5的正确复位，还可在偏心轮5的连接轴9上安装复位弹簧。随偏心轮5的旋转复位弹簧被拉紧，当偏心轮5脱离齿盘6之齿顶的啮合时，由于受弹性力的作用，复位弹簧要恢复原状，于是偏心轮5被带动反方向旋转。
[0025]为了适应高温环境，可以用橡胶制造吸盘；为了吸附粗糙表面，可以用硅橡胶聚制造吸盘；为了提高吸盘的耐用性能，可以用聚氨酯制造吸盘；为了避免悬壁面被划伤，可以用聚氨酯制造吸盘；为了提高吸盘的耐油性，用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘。
[0026]实施例2:制造步骤同于步骤1，不同之处在实施例2将偏心轮5改变成如图7所示的L型杠杆结构，轮盘3上设有与轴孔15相对应的轴。.拉杆孔16与拉杆7相连。工作时齿盘6之齿顶与凸轮14啮合，随着凸轮14的旋转，L型杠杆绕与轴孔15相连的轴旋转，于是实现了拉杆7的移动。通过L型杠杆结构的改造，进一步保证了吸附系统的连贯性、灵活性。
【权利要求】
1.一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其主要部件由主轴、轴承、轮盘、吸盘、拉杆、弹簧、偏心轮、齿盘等构成；主轴、轴承及轮盘等构成车轮的主体；吸盘、拉杆、弹簧、偏心轮、齿盘及台阶孔等构成本发明车轮的吸附调节系统。
2.根据权利要求1所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其特征在于主轴固定在车体上，齿盘固定在主轴上，也可直接固定在车体上。
3.根据权利要求1所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其特征在于台阶孔位于轮盘中面、沿径向等角度放射状分布，轮盘通过轴承与主轴相连，轮盘能绕主轴转动。
4.根据权利要求1所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其特征在于吸附调节系统与台阶孔存在一一对应的关系，吸附调节系统通过台阶孔安装在轮盘上。
5.根据权利要求1所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其特征在于吸盘为柔性材料制造，能自由伸张，吸盘不含有任何孔洞、夹杂及裂纹等缺陷，吸盘侧环粘合在吸盘孔内，一端面与拉杆固定连结；拉杆的另一端与偏心轮相连；弹簧套在拉杆上后置于弹簧孔内，弹簧的一端顶在吸盘上，另一端置于弹簧孔与拉杆孔相交的台阶面上；偏心轮与轮盘台阶面相切。
6.根据权利要求1所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其特征在于:为保证偏心轮的自由旋转，本发明所涉及的偏心轮，从齿盘齿顶的啮合开始，到齿盘齿顶的脱离，其离心半径逐渐增大,齿盘之齿顶脱离瞬间达到最大值,此最大值不超过偏心轮的最大半径；为了保证偏心轮的正确复位，还可在偏心轮的连接轴上安装复位弹簧；随偏心轮的旋转复位弹簧被拉紧，当偏心轮脱离齿盘齿顶的啮合时，由于受弹性力的作用，复位弹簧要恢复原状，于是偏心轮被带动反方向旋转。
7.根据权利要求1所述的一种能在悬壁面上行走的车轮及装置，其特征在于:为了进一步保证吸附系统的连贯性、灵活性、可靠性，本发明的偏心轮还可以为L型杠杆结构山型杠杆上拉杆孔与拉杆相连，轴孔与轮盘上相应的轴相连，工作时齿盘之齿顶与凸轮啮合，随着凸轮的旋转，L型杠杆绕与轴孔相连的轴旋转，于是实现了拉杆的往复移动。
【文档编号】B60B19/00GK103434332SQ201310406448
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】胡奕晅, 刘维英 申请人:胡奕晅, 刘维英