[实用新型]一种可自锁的变形轮机构

说明书

本实用新型公开了一种可自锁的变形轮机构，包括轮毂、三段外轮缘、驱动电机以及传动机构，所述传动机构包括丝杆螺母传动机构、第一连接块、三个连杆和三个第二连接块，所述丝杆螺母传动机构包括沿变形轮轴向设置的丝杆和螺母，三段外轮缘均为120°的劣弧，且周向等间距地与轮毂铰接，每段外轮缘均通过对应的第二连接块与对应的连杆的一端活动连接，三个所述连杆的另一端均与所述第一连接块铰链连接，所述第一连接块相对转动地设置在所述螺母上可绕轮毂轴向旋转，所述驱动电机固定在轮毂一侧且与所述丝杆驱动连接。本实用新型具有结构简单、越障能力强等特点，适应多种尺寸的楼梯爬行，特别适用于城市建筑中的移动机器人、轮椅和搬运装置等。

技术领域

本实用新型属于越障移动平台应用领域，具体为一种可自锁的变形轮机构。

背景技术

变形轮机构具有圆轮和异形轮等多种模式，兼具行驶速度快、越障能力强的特点。已有的变形轮机构变形方式单一，如中国专利(专利申请号201410659775X)公开的“一种用于阶梯攀爬机器人的变形轮机构”，其变形过程由舵机驱动，具有圆轮和异形轮两种形态，在应对尺寸不同的楼梯时，不能适应性地改变变形轮机构的尺寸进而在楼梯上连续且平稳地运行，在实际应用中存在一定局限性。变形轮机构在异形轮模式下运动，需要承受复杂地形的冲击载荷，中国专利(专利申请号2015102716932)公开的“多模式变形轮”，其变形通过电机正反转实现，每一种模式的固定需要电机锁死，不具有自锁功能，使得这种变形轮在负载状态下很难保持姿态，在实际应用中存在稳定性差、能耗大的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种可自锁的变形轮机构，该机构具有结构简单、越障能力强等特点，通过设置异形轮模式变形角的具体数值，变形轮可以适应各种尺寸的楼梯，变形轮机构内部的传动机构具有自锁功能，实现变形轮机构的形状保持，具有较好的适应性和稳定性，特别适用于主要由平地、楼梯构成的运动场所，也适用于郊外环境中复杂多变地形。

要实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可自锁的变形轮机构，包括轮毂、三段相同的外轮缘、驱动电机以及传动机构，所述传动机构包括丝杆螺母传动机构、第一连接块、三个连杆和三个第二连接块，所述丝杆螺母传动机构包括沿变形轮轴向设置的丝杆和螺母，三段所述的外轮缘均为120°的劣弧，且周向等间距地与轮毂铰链连接，每段外轮缘均通过对应的第二连接块与对应的所述连杆的一端活动连接，三个所述连杆的另一端均与所述第一连接块铰链连接，所述第一连接块相对转动地设置在所述螺母上可绕轮毂轴向旋转，所述驱动电机固定在轮毂一侧且与所述丝杆驱动连接。

进一步地，所述第二连接块采用两端相互垂直的虎克铰链。

进一步地，三段所述的外轮缘周向等间距地通过两个第一带座轴承和沿变形轮轴向设置的心轴与轮毂铰链连接，所述心轴与轮毂固定连接，所述第一带座轴承的底座固定在外轮缘上，轴承内圈与所述心轴相配合。

进一步地，每个所述的外轮缘上固定有两个第二带座轴承，所述连杆的一端通过所述的第二连接块与两个第二带座轴承活动连接，所述连杆通过带动两个第二带座轴承进而带动外轮缘绕铰链连接点转动。

进一步地，所述可自锁的变形轮机构包括圆轮模式和异形轮模式，其中在所述圆轮模式下，三段外轮缘围成圆形且共圆心；在所述异形轮模式下，所述三段外轮缘同步旋转一定变形角α后相互分离，实现越障功能，所述变形角α是指所述外轮缘从圆轮模式变换至当前位置所转过的角度。

进一步地，所述外轮缘两端设有斜面，在所述圆轮模式下，三段所述外轮缘的两端通过上述斜面两两搭接。实现相对定位并避免变形时发生干涉。

进一步地，在异形轮模式下，所述变形角的数值可视楼梯的踏步宽度和踏步高度的具体尺寸改变形状，实现平稳快速攀越楼梯，所述变形角的数值与楼梯的具体尺寸关系的数学表达式为：