一种单自由度变形轮的制作方法

本发明涉及一种单自由度变形轮，具体涉及一种单一驱动的，通过调整上下平台间的距离实现对变形车轮的展开与收束，从而使车轮获得不同的轮径和与地面的接触面积进而获得更强环境适应能力的可变形车轮。

背景技术：

本文中的单自由度变形轮是基于一种通过以转动副连接3-rrr并联机构的三条支链，使其成为闭环从而构造出的单自由度闭链机构，该机构由30个转动副连接而成。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：

普通的车轮的尺寸是固定的，这意味着普通车轮在遭遇环境变化时不能具备相应的环境适应性能与越障性能，而变形轮可以通过改变自身的轮径和对地接触面积具备较强的环境适应性与越障能力，本发明中的单自由度变形轮是基于单自由度闭链机构，故其还兼具容易控制，负载力强等优点。

本发明的技术方案：

一种单自由度变形轮，其特征在于：基于闭链机构，由下底面、第一轮面、第一折叠面、第二折叠面、第二轮面、第三折叠面、第四折叠面、第三轮面、第五折叠面、第六折叠面、第四轮面、第七折叠面、第八折叠面、第五轮面、第九折叠面、第十折叠面、第六轮面、第十一折叠面、第十二折叠面、第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和上顶面组成；

所述的下底面为正六边形，在其一面的每条边处设有与合页相配合的凹槽与孔位，分别为第一合页安装处1-a，第二合页安装处1-b，第三合页安装处1-c，第四合页安装处1-d，第五合页安装处1-e，第六合页安装处1-f,六处合页的转轴分别平行于六边形的六条边，在下底面的中心处设有第一通孔1-g；第一轮面上设有三处合页安装处：第一合页安装处2-a,第二合页安装处2-b，第三合页安装处2-c，其中第一合页安装处2-a与第二合页安装处2-b的转轴相互平行并垂直于第三合页安装处2-c的转轴；第一轮面上设有两个共轴通孔：第一通孔2-d与第二通孔2-e，其轴线与第三合页安装处2-c的转轴轴线相平行；第二轮面、第三轮面、第四轮面、第五轮面、第六轮面、与第一轮面的形状大小完全相同；第一轮面的外侧为弧面，在变形轮收束时可与第二轮面、第三轮面、第四轮面、第五轮面、第六轮面的外侧组成圆柱面；第一折叠面的两相对表面分别设有两处合页安装处：第一合页安装处3-a与第二合页安装处3-b,第一合页安装处3-a与第二合页安装处3-b的转轴夹角为30°；第二折叠面与第一折叠面呈镜像对称关系，其上设有两处合页安装处：第一合页安装处4-a与第二合页安装处4-b；第三折叠面、第五折叠面、第七折叠面、第九折叠面、第十一折叠面与第一折叠面的形状大小完全相同；第四折叠面、第六折叠面、第八折叠面、第十折叠面、第十二折叠面与第二折叠面的形状大小完全相同；第一支撑杆的两端设有轴线相互平行的两个通孔：第一通孔20-a与第二通孔20-b,第二支撑杆、第三支撑杆与第一支撑杆的形状大小完全相同；上顶面边缘处设有六个通孔：第一通孔23-a,第二通孔23-b,第三通孔23-c,第四通孔23-d，第五通孔23-e,第六通孔23-f,其中第一通孔23-a与第二通孔23-b共轴线，第三通孔23-c与第四通孔23-d共轴线，第五通孔23-e与第六通孔23-f共轴线，且三根轴线间的夹角皆为60°，上顶面中心处设有第七通孔23-g,其轴线在变形轮收束与展开的过程中与下底面的第一通孔1-g的轴线保持共线；

构成机构的零件连接方式：

将第一轮面的第一合页安装处2-a与第一折叠面第一合页安装处3-a用合页固定，第一轮面的第二合页安装处2-b与第十二折叠面的第一合页安装处19-a用合页固定；将第二轮面的第一合页安装处5-a与第二折叠面第一合页安装处4-a用合页固定，第二轮面的第二合页安装处5-b与第三折叠面的第一合页安装处6-a用合页固定；将第三轮面的第一合页安装处8-a与第四折叠面第一合页安装处7-a用合页固定，第三轮面的第二合页安装处8-b与第五折叠面的第一合页安装处9-a用合页固定；将第四轮面的第一合页安装处11-a与第六折叠面第一合页安装处10-a用合页固定，第四轮面的第二合页安装处11-b与第七折叠面的第一合页安装处12-a用合页固定；将第五轮面的第一合页安装处14-a与第八折叠面第一合页安装处13-a用合页固定，第五轮面的第二合页安装处14-b与第十二折叠面的第一合页安装处19-a用合页固定；将第六轮面的第一合页安装处17-a与第十折叠面第一合页安装处16-a用合页固定，第六轮面的第二合页安装处17-b与第十一折叠面的第一合页安装处18-a用合页固定；

将第一轮面的第三合页安装处2-c与下底面的第一合页安装处1-a用合页固定，将第二轮面的第三合页安装处5-c与下底面的第二合页安装处1-b用合页固定，将第三轮面的第三合页安装处8-c与下底面的第三合页安装处1-c用合页固定,将第四轮面的第三合页安装处11-c与下底面的第四合页安装处1-d用合页固定，将第五轮面的第三合页安装处14-c与下底面的第五合页安装处1-e用合页固定,将第六轮面的第三合页安装处17-c与下底面的第六合页安装处1-f用合页固定；

将第一折叠面的第二合页安装处3-b与第二折叠面的第二合页安装处4-b用合页固定，将第三折叠面的第二合页安装处6-b与第四折叠面的第二合页安装处7-b用合页固定，将第五折叠面的第二合页安装处9-b与第六折叠面的第二合页安装处10-b用合页固定，将第七折叠面的第二合页安装处12-b与第八折叠面的第二合页安装处13-b用合页固定，将第九折叠面的第二合页安装处15-b与第十折叠面的第二合页安装处16-b用合页固定，将第十一折叠面的第二合页安装处18-b与第十二折叠面的第二合页安装处19-b用合页固定；

用螺钉按顺序穿过第一轮面的第一通孔2-d，第一支撑杆的第一通孔20-a，第一轮面的第二通孔2-e并通过螺母进行轴向固定；用螺钉按顺序穿过第三轮面的第一通孔8-d，第二支撑杆的第一通孔21-a，第三轮面的第二通孔8-e并通过螺母进行轴向固定；用螺钉按顺序穿过第五轮面的第一通孔14-d，第三支撑杆的第一通孔22-a，第五轮面的第二通孔14-e并通过螺母进行轴向固定；

用螺钉按顺序穿过上顶面的第一通孔23-a，第一支撑杆的第二通孔20-b，上顶面的第二通孔23-b并通过螺母进行轴向固定；用螺钉按顺序穿过上顶面的第三通孔23-c，第二支撑杆的第二通孔21-b，上顶面的第四通孔23-d并通过螺母进行轴向固定；用螺钉按顺序穿过上顶面的第五通孔23-e，第三支撑杆的第二通孔22-b，上顶面的第六通孔23-f并通过螺母进行轴向固定。

本发明的有益效果：

本发明可弥补普通车轮环境适应能力差，越障能力差等缺点。

附图说明

图1单自由度变形轮装配原理图

图2下底面示意图

图3第一轮面示意图

图4第一折叠面示意图

图5第一支撑杆示意图

图6上顶面示意图

图7折叠面与轮面装配示意图

图8轮面与底面装配示意图

图9轮面间装配示意图

图10支撑杆与上顶面轮面装配示意图

图11变形过程示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

单自由度变形轮，如图1所示，基于闭链机构，由下底面(1)、第一轮面(2)、第一折叠面(3)、第二折叠面(4)、第二轮面(5)、第三折叠面(6)、第四折叠面(7)、第三轮面(8)、第五折叠面(9)、第六折叠面(10)、第四轮面(11)、第七折叠面(12)、第八折叠面(13)、第五轮面(14)、第九折叠面(15)、第十折叠面(16)、第六轮面(17)、第十一折叠面(18)、第十二折叠面(19)、第一支撑杆(20)、第二支撑杆(21)、第三支撑杆(22)和上顶面(23)组成；

如图2所示，下底面(1)为正六边形，在其一面的每条边处设有与合页相配合的凹槽与孔位，分别为第一合页安装处(1-a)，第二合页安装处(1-b)，第三合页安装处(1-c)，第四合页安装处(1-d)，第五合页安装处(1-e)，第六合页安装处(1-f),六处合页的转轴分别平行于六边形的六条边，在下底面(1)的中心处设有第一通孔(1-g)；

如图3所示，第一轮面(2)上设有三处合页安装处：第一合页安装处(2-a),第二合页安装处(2-b)，第三合页安装处(2-c)，其中第一合页安装处(2-a)与第二合页安装处(2-b)的转轴相互平行并垂直于第三合页安装处(2-c)的转轴；第一轮面(2)上设有两个共轴通孔：第一通孔(2-d)与第二通孔(2-e)，其轴线与第三合页安装处(2-c)的转轴轴线相平行；第二轮面(5)、第三轮面(8)、第四轮面(11)、第五轮面(14)、第六轮面(17)、与第一轮面(2)的形状大小完全相同；

如图4所示，第一折叠面(3)的两相对表面分别设有两处合页安装处：第一合页安装处(3-a)与第二合页安装处(3-b),第一合页安装处(3-a)与第二合页安装处(3-b)的转轴夹角为30°；第二折叠面(4)与第一折叠面(3)呈镜像对称关系，其上设有两处合页安装处：第一合页安装处(4-a)与第二合页安装处(4-b)；第三折叠面(6)、第五折叠面(9)、第七折叠面(12)、第九折叠面(15)、第十一折叠面(18)与第一折叠面(3)的形状大小完全相同；第四折叠面(7)、第六折叠面(10)、第八折叠面(13)、第十折叠面(16)、第十二折叠面(19)与第二折叠面(4)的形状大小完全相同；

如图5所示，第一支撑杆(20)的两端设有轴线相互平行的两个通孔：第一通孔(20-a)与第二通孔(20-b),第二支撑杆(21)、第三支撑杆(22)与第一支撑杆(20)的形状大小完全相同；

如图6所示，上顶面(23)边缘处设有六个通孔：第一通孔(23-a),第二通孔(23-b),第三通孔(23-c),第四通孔(23-d)，第五通孔(23-e),第六通孔(23-f),其中第一通孔(23-a)与第二通孔(23-b)共轴线，第三通孔(23-c)与第四通孔(23-d)共轴线，第五通孔(23-e)与第六通孔(23-f)共轴线，且三根轴线间的夹角皆为60°，上顶面(23)中心处设有第七通孔(23-g)；

如图7所示，将第一轮面(2)的第一合页安装处(2-a)与第一折叠面(3)第一合页安装处(3-a)用合页固定，第一轮面(2)的第二合页安装处(2-b)与第十二折叠面(19)的第一合页安装处(19-a)用合页固定，其余轮面与折叠面间的装配方式与上述过程相同；

如图8所示，将第一轮面(2)的第三合页安装处(2-c)与下底面(1)的第一合页安装处(1-a)用合页固定，其余轮面与底面的装配方式与上述过程相同；

如图9所示，将第一折叠面(3)的第二合页安装处(3-b)与第二折叠面(4)的第二合页安装处(4-b)用合页固定，其余轮面间折叠面的装配方式与上述过程相同；

如图10所示，用螺钉按顺序穿过第一轮面(2)的第一通孔(2-d)，第一支撑杆(20)的第一通孔(20-a)，第一轮面(2)的第二通孔(2-e)并通过螺母进行轴向固定；用螺钉按顺序穿过上顶面(23)的第一通孔(23-a)，第一支撑杆(20)的第二通孔(20-b)，上顶面(23)的第二通孔(23-b)并通过螺母进行轴向固定，其余支撑杆与轮面和上顶面间的装配方式与上述过程相同；

具体的使用方法：

如图11(a)所示，变形轮处于完全展开状态，此时使用直线电机驱动，使上顶面与下底面距离减小，达到图11(b)的中间位置状态，当上顶面与下底面距离最小时，变形轮处于完全收束状态，如图11(c)。