一种可变形的轮子的制作方法
【专利摘要】一种可变形的轮子，轮辐可沿径向伸长或缩短，轮毂内的凸轮控制轮辐的液压回路。当轮辐旋转至接近于车架面垂线一定角度时，轮辐的液压回路被凸轮关闭，轮辐可以承受重量，当轮辐离开车架面垂线一定角度时，轮辐的液压回路被凸轮开放。轮子形状随路面形状而变化，可以跨越各种障碍。凸轮的角度可以调节，从而调节轴心高度，在倾斜路面或弯道可以保持车身平稳。轮毂内液体的压力可以调节，从而调节对软基路面适当的预压力，可以快速而准确地行驶于各种崎岖路面。
【专利说明】—种可变形的轮子
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可变形的轮子，属于行走机器、越野车、轮椅等领域。
【背景技术】
[0002]当今，许多国家积极地研究复杂地形的移动搬运技术，车辆或机器快速通过各种崎岖路面具有重要的意义和广泛的应用。各种机械作为人类的生产工具，减轻了劳动强度，提高了生产效率，但是，很多场合机器不能或难以到达，自动化技术成果的应用受到限制。对于需要轮椅的人来说，平稳安全地越过各种障碍非常重要。当前，车辆减震主要依靠悬架上的阻尼部件，但是，考虑到车身重量，以及转弯时外侧轮子需要承受更大的压力，减震部件又不能过于柔软，当路面突然有一个突起时，轮子产生一个向上的跳跃，由于轮子本身惯性，减震系统难以吸收这些能量，减震效果有限。目前的行走机器，依靠摄像头或传感器检测地面状况，对于软体路基(例如树叶堆或软土等)难以预判受压后的高度，机器可能有发生倾覆的危险。对于模仿人体或动物行走的机器人来说，由于足部动作不连续性，行走速度受到一定的限制。如今，新型轻型材料不断问世，制造加工技术高度发达，自动流水线成批生产机械部件，设计生产新型轮子的条件已经具备。另一方面，人们涉足地域日益扩大，对平稳性和安全性也提出了更高的要求。
【发明内容】
[0003]本发明针对各种路况的运行需求，设计了一种可变形的轮子，可以使车辆快速通过崎岖路况，提高了车辆在崎岖路况行驶的平顺性和安全性。
[0004]本发明的技术方案是:
一种可变形的轮子，主要部件有可径向伸缩的轮辐，轮毂以及凸轮组成。轮毂内液体有适当的压力，使轮辐处于最大伸长状态。随着轮子旋转，当轮辐旋转至接近垂直于车架面时，轮辐的液压回路被凸轮关闭，轮辐不再可以收缩，从而可以承受车身重量；当轮辐偏离车架面垂线一定角度时，轮辐的液压回路被凸轮打开，轮辐处于最大伸长状态。其特征在于，轮辐在一定的角度范围内被锁定。
[0005]凸轮可以绕轴做一定角度的转动，从而可以调整锁定轮辐的角度。
[0006]轮辐可以分布于一个或多个圆面上，接触地面一端可以是弧面、球面或履带，以适应不同的路况。
[0007]轮毂端面采用弹性封盖，或在轮毂内部布置压缩气囊，气囊室与轮毂液压系统相通，以保持轮毂内的液体具有一定的压力，使得轮辐处于伸长状态。
[0008]轮毂内液体有对外接口，一方面可以监测轮毂内液体的压力，另一方面可以调整液体压力，从而调整对路基的预压力。
[0009]本发明的工作原理:
通过凸轮控制可伸缩的轮辐，从而允许轮子的形状发生改变，从而适应路面的变化，利用车辆通过各种凹凸不平的路面，改善了车辆行驶的平顺性，并且可以控制轮轴高度，行驶更安全。
[0010]本发明的优点是:
与现有的技术比较，行走机器通常用摄像头或传感器探测前方路况，通过电脑程序做出判断，识别过程较为复杂，具有一定的滞后，特别是有些松散路基，例如树叶堆或松土，现有方法不能准确地预测路基受压后的高度，存在安全危险隐患。而模拟动物行走的两足或多足机械，由于机械足本身的惯性，行走速度受到限制。本发明的轮子随路面形状而变化，并且能调整合适的预压力，可以适应于软基路面，无需判断处理过程，动作连贯，能快速通过复杂崎岖路面。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图。
[0012]图2演示了轮子下台阶过程。
[0013]图3是两级液压轮辐示意图。
[0014]图4是使用较少轮辐的原理图。
[0015]图5是使用较少轮辐的结构图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明的优选实施例进行详细介绍。
[0017]如图1所示，轮辐I可以沿轮毂2径向伸长或缩短，轮毂内有液体，凸轮3不随轮子转动，当轮子向前滚动时，轮辐逐渐接近于车架面垂线，这时，轮辐的液压回路被关闭，轮辐不再可以缩短，从而可以支撑车身重量，当轮辐离开车架面垂线一定角度时，轮辐的液压回路被打开，轮辐可以缩短或伸长。
[0018]气囊4内充气体并处于压缩状态，气囊使轮毂内液体具有一定的压力，使轮辐伸长，气囊可以充分利用轮毂内部的空间，减轻轮子的重量；连接片5将轮辐依次连接起来(图中画了一部分)，可以限制轮辐本身自转(如果有必要)，也可采用采用非圆形截面的轮辐限制轮辐自转，驱动轮6用来连接驱动动力。
[0019]图1演示了轮子经过障碍物7的状况，当障碍物较短时，障碍物上方的轮辐将缩短为合适的长度，跨越障碍后轮子即恢复为圆形，车辆平顺经过。当障碍物较长时，考虑到轮辐在接近于车架面垂线之前一定角度被锁定，车辆跨越台阶后，轮辐逐步增长，车身逐步升高，上台阶过程较为平稳。
[0020]图2演示了轮子下台阶的过程，当轮子滚动至台阶前缘时，与前缘接触的轮辐逐步偏离车架面垂线，轮辐的液压出口被逐步打开，轮辐逐渐回缩，车身平稳降低，且变形的轮子与台阶形成啮合，安全性更好。
[0021]凸轮调节杆8可以对凸轮的角度进行微调，例如，当车辆转弯或路面一侧较高时，检测重锤将发生倾斜，通过联动机构(齿轮、连杆或传动带)驱动凸轮调节杆8，调整凸轮角度，例如弯道内侧的凸轮向后方转一些，导致轮辐的液压回路推迟关闭，轮辐收缩得更多，结果是则弯道内的侧车身更低，改善了车辆行驶的稳定性，防止车辆侧翻，车辆的倾斜也可以通过传感器检测，采用电机驱动凸轮调节杆。
[0022]液压接口 9用来监测和调整轮毂内液体压力，应用于更精确控制的场合，接压力表或压力传感器可以监测液体压力，同时也可接入液体泵或液压缸，用来调整轮毂内液体压力，凸轮调节杆8和液压接口 9可以配合使用，例如，当车辆在冰雪路面行驶时，可以将凸轮全部向后转动一些，以推迟关闭轮辐液压回路，同时增加轮毂内液体压力，使前方未关闭的轮辐也承受部分压力，增大了和路面接触面积，具有一定的防滑作用。
[0023]图3是两级液压轮辐结构，两级或多级液压结构具有更长的伸缩比，意味着更强的越障能力，缸体通过螺纹10安装于轮毂上，防撞柱11为一活塞，其中心有一小通孔，当轮辐收缩到极限时，此防撞柱受压而通过小通孔释放液体，达到缓冲目的，波纹罩12具有防护作用。
[0024]当使用较少的轮辐时，为维持车身固定的高度，轮辐半径是变化的，图4演示了这种变化过程，在此种情况下，凸轮需要附加一个调节面，用来实现轮辐半径变化，从图4可知:(r+L) cos Θ =H, (r是凸轮半径，H是车轴高度)。
[0025]图5是采用较少轮辐的结构图。可适应于草丛、荆棘、碎石、山地等地貌。凸轮13的两个截面如a和b所示，截面a控制液压阀门14的开闭，截面b调节轮辐15的长度，完成轮辐的变半径过程。应当说明，在轮辐较少的情况下，应尽量保持一根轮辐接触地面，或承担主要重量，因为轮辐半径在变化，而车身保持匀速运动，不同长度(或半径)的轮辐具角速度稍有不同，例如，垂直于车架的轮辐相对短一些，而应该转得相对快一些，弹性材料16可以补偿角速度差异，也可以采用弹簧等弹性结构。
【权利要求】
1.一种可变形的轮子，轮辐可沿径向伸缩，轮毂内的凸轮控制轮辐的液压回路，其特征在于:当轮辐旋转至接近车架面垂线一定角度时，轮辐的液压回路被凸轮关闭，当轮辐旋转至离开车架面垂线一定角度时，轮辐的液压回路被凸轮打开。
2.—种可变形的轮子，其特征在于:所述凸轮可以在一定的角度范围内调整，从而可以提前或推迟关闭轮辐的液压回路。
3.一种可变形的轮子，其特征在于:液压系统保持一定的压力，使轮辐处于伸长状态并具有一定的伸张力。
4.所述的一种可变形的轮子，其特征在于:所述的轮辐与轮辐之间具有连接片，可以限制轮辐的自转，采用非圆形截面的轮辐，同样可以达到限制轮辐自转的目的。
5.所述的一种可变形的轮子，其特征在于:轮毂的液压系统预留有接口，可以监测或调整轮毂内液体的预压力。
6.所述的一种可变形的轮子，其特征在于:轮辐可以分布于一个或多个圆面上。
7.所述的一种可变形的轮子，根据本发明的原理，主要特征是对一定角度范围的轮辐进行控制，凸轮不限于机械凸轮，可以在预定的位置触发阀门、开关、离合器、磁场或电场实现控制轮子形状的目的，液体可以是气体、粘度可控的液体、磁流变液或电流变液等流体，轮辐可以是可控伸缩机构、杠杆或可控变形材料。
【文档编号】B60B9/28GK103963556SQ201410180094
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】占舒婷 申请人:占舒婷