一种基于双稳态结构的变径轮以及可移动设备

本申请涉及变径轮，尤其涉及一种基于双稳态结构的变径轮以及可移动设备。

背景技术：

1、轮子属于一种通用性较强的标准部件，广泛应用在机器人、外星探测车、交通工具和家用电器等诸多领域中。传统轮子一经制造出来，其形状和尺寸都是固定不变的。然而，面对松软地面、不平整的路面及高台阶等复杂情况，轮径不变的轮子难以应对。而可变轮径的轮子在面对以上障碍时可以放大自身轮径，轻松越过障碍。通过调整轮径，可以实现变速效果，同时小轮径可以提供更灵活的操控性能以及为穿越低矮洞穴提供方便。因此，对于变径轮的合理应用引起了广泛关注。

2、其中，变径轮通常具有快速变径能力，经受反复变径的能力，变径值的精准性，维持在当前设定直径的稳定性，轻量化。在传统的变径轮设计中，轮子直径的改变一般是通过复杂的机构如连杆机构、齿轮机构或者带、链等其中一种或多种的结合来实现。

3、然而，在传统的变径轮设计中，变径轮的结构和控制方式一般较为复杂，且加工制造维修的难度和成本较高，体积和重量较大，轻量可靠的变径轮难以实现。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于双稳态结构的变径轮以及可移动设备，通过设置具有双稳态结构的变径轮，利用具备双稳态特性的结构设计出轮径可变的轮子，提高轮子的灵活性，在两个稳定平衡状态间的切换以改变轮子的直径，提高可移动设备在复杂路况下的越障能力，在减轻轮子总重量的基础上实现更高的承载力。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请第一方面提供一种基于双稳态结构的变径轮，包括：

4、轮毂；

5、若干个轮辐，若干个轮辐位于轮毂的外周侧；

6、若干个拼接组件，若干个拼接组件位于若干个轮辐的外周侧，且每个拼接组件均与每个轮辐相对应；

7、每个轮辐的一端均与轮毂相连，每个轮辐的另一端均与每个拼接组件相连；

8、每个拼接组件具有第一稳定平衡状态和第二稳定平衡状态，拼接组件在外加力的作用下进行第一稳定平衡状态与第二稳定平衡状态的切换以改变轮径大小；

9、拼接组件在外加力撤销后维持第一稳定平衡状态或第二稳定平衡状态。

10、在上述技术方案的基础上，本申请还可以做如下改进。

11、在一种可能的实现方式中，基于双稳态结构的变径轮还包括：若干个驱动器；

12、每个拼接组件均与每个驱动器相对应，且每个驱动器位于每个拼接组件内。

13、在一种可能的实现方式中，每个拼接组件包括外板、内板以及若干个曲梁；

14、内板与相对应的轮辐相连，外板位于内板背向轮辐的一侧设置；

15、若干个曲梁位于外板与内板之间，且若干个曲梁分别与外板以及内板相连。

16、在一种可能的实现方式中，曲梁包括第一曲梁结构以及第二曲梁结构；

17、第一曲梁结构与第二曲梁结构之间设有连接件；

18、第一曲梁结构的一端与连接件相连，第一曲梁结构的另一端与外板相连；

19、第二曲梁结构的一端与连接件相连，第二曲梁结构的另一端与内板相连。

20、在一种可能的实现方式中，连接件具有中空结构，驱动器的两端穿设于中空结构分别与外板以及内板相连。

21、在一种可能的实现方式中，每个内板在轮辐外周侧的方向上的一端设有突出部，且每个内板在轮辐外周侧的方向上的另一端设有凹槽；

22、突出部与相邻内板的凹槽相配合，以使内板与相邻内板相连。

23、在一种可能的实现方式中，拼接组件的外加伸张力为f1，拼接组件的外加收缩力为f2，拼接组件的压缩临界驱动力为fsnap，拼接组件的伸展临界保持力为fkeep；

24、f1大于fkeep时，外板向外伸出，以使拼接组件处于第一稳定平衡状态；

25、f2大于fsnap时，外板向内收缩，以使拼接组件处于第二稳定平衡状态。

26、在一种可能的实现方式中，拼接组件处于第二稳定平衡状态时，外板、与内板相贴合，以使轮径最小。

27、在一种可能的实现方式中，轮辐与拼接组件、拼接组件与驱动器、轮辐与轮毂之间固定相连。

28、本申请第二方面提供一种可移动设备，包括主体部以及上述的基于双稳态结构的变径轮。

29、本申请提供一种基于双稳态结构的变径轮以及可移动设备，该基于双稳态结构的变径轮包括轮毂、若干个轮辐以及若干个拼接组件。其中，若干个轮辐位于轮毂的外周侧，若干个拼接组件位于若干个轮辐的外周侧，且每个拼接组件均与每个轮辐相对应。每个轮辐的一端均与轮毂相连，每个轮辐的另一端均与每个拼接组件相连，每个拼接组件具有第一稳定平衡状态和第二稳定平衡状态，拼接组件在外加力的作用下进行第一稳定平衡状态与第二稳定平衡状态的切换以改变轮径大小。拼接组件在外加力撤销后维持第一稳定平衡状态或第二稳定平衡状态。该可移动设备包括主体部以及上述的基于双稳态结构的变径轮。这样，通过设置具有双稳态结构的变径轮，利用具备双稳态特性的结构设计出轮径可变的轮子，提高轮子的灵活性，在两个稳定平衡状态间的切换以改变轮子的直径，提高可移动设备在复杂路况下的越障能力，在减轻轮子总重量的基础上实现更高的承载力。

技术特征：

1.一种基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，所述基于双稳态结构的变径轮还包括：若干个驱动器；

3.根据权利要求2所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，每个所述拼接组件包括外板、内板以及若干个曲梁；

4.根据权利要求3所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，所述曲梁包括第一曲梁结构以及第二曲梁结构；

5.根据权利要求4所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，所述连接件具有中空结构，所述驱动器的两端穿设于所述中空结构分别与所述外板以及所述内板相连。

6.根据权利要求5所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，每个所述内板在所述轮辐外周侧的方向上的一端设有突出部，且每个所述内板在所述轮辐外周侧的方向上的另一端设有凹槽；

7.根据权利要求6所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，所述拼接组件的外加伸张力为f1，所述拼接组件的外加收缩力为f2，所述拼接组件的压缩临界驱动力为fsnap，所述拼接组件的伸展临界保持力为fkeep；

8.根据权利要求7所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，所述拼接组件处于第二稳定平衡状态时，所述外板与所述内板相贴合，以使轮径最小。

9.根据权利要求2-8任一项所述的基于双稳态结构的变径轮，其特征在于，所述轮辐与所述拼接组件、所述拼接组件与所述驱动器、所述轮辐与所述轮毂之间固定相连。

10.一种可移动设备，其特征在于，包括主体部以及上述权利要求1-9任一项所述的基于双稳态结构的变径轮。

技术总结
本申请提供一种基于双稳态结构的变径轮以及可移动设备，属于变径轮技术领域。该基于双稳态结构的变径轮包括轮毂、轮辐及拼接组件。其中，若干个轮辐位于轮毂的外周侧，若干个拼接组件位于若干个轮辐的外周侧，且每个拼接组件与每个轮辐相对应。每个拼接组件具有第一稳定平衡状态和第二稳定平衡状态，拼接组件在外加力的作用下进行第一稳定平衡状态与第二稳定平衡状态的切换以改变轮径大小。拼接组件在外加力撤销后维持第一稳定平衡状态或第二稳定平衡状态。通过设置具有双稳态结构的变径轮，提高轮子的灵活性，在两个稳定平衡状态间的切换以改变轮径，提高可移动设备在复杂路况下的越障能力，在减轻轮子总重量的基础上实现更高的承载力。

技术研发人员：殷莎,田源,王惠添,陈卓
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/11