[发明专利]一种刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子

说明书

一种刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子，包括轮架、n个支撑脚、n个连接轴、n个扭转弹簧、柔性绳，其中所述的n个支撑脚通过所述的n个连接轴安装在所述的轮架上；所述的n个支撑脚设置于所述的轮架的一侧，可相对于所述的轮架转动；所述的n个扭转弹簧连接所述的轮架与所述的n个支撑脚，并赋予所述的n个支撑脚相对于所述的轮架转动时的弹性势能；所述的柔性绳连接所述的n个支撑脚，使连接在所述的轮架上的n个支撑脚转动时有相同的角度；本发明具有被动适应变形功能的轮子解决了现有的轮子与管道内壁角度不可调节的问题，且能适应不同直径管道的曲面壁面和崎岖路面，对于提高管道机器人的巡检作业稳定性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及机械学、机器人技术、管道机器人领域，具体为一种刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子。

背景技术

城市排水管道是社会的重要基础设施，其安全可靠地运行对人类生产和生活的有效开展及其生命和财产的安全保障都有重要影响。随着机器人技术的不断发展，越来越多的城市排水管道运维作业采用管道机器人取代传统作业方式。但是，管道作业环境相较于平地作业来说更为复杂，不仅有大量的拐角和弯曲的管道，而且管道壁面呈现曲面，这使得常规市面橡胶轮胎的使用效果不佳，甚至会降低机器人的作业性能。因此，设计一种适应管道曲面内壁具有变形功能的轮子具有重要意义。

专利CN202221469160.7设计了一种管道地面两用脚轮轮胎，斜弧面与胎面倾斜固定角度，不能根据管道直径变化而产生自适应调整，且存在体积过大等问题。因此，本发明设计了一种基于扭转弹簧的被动适应变形轮，具备适应不同直径管道的曲面壁面，提高管道机器人的巡检稳定性。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出一种刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子，能使轮子适应不同直径管道的曲面壁面，在崎岖路面运动具有一定柔性，降低颠簸对传感器信息采集的影响。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子，包括轮架、n个支撑脚、n个连接轴和n个扭转弹簧，其中n为正整数且大于等于3：

所述的轮架为星形，设有n组轮子安装孔位一、用于连接所述的n个连接轴安装孔位一和用于连接所述的n个扭转弹簧安装孔位一；

所述的n个支撑脚设有用于连接所述的n个连接轴安装孔位二与M3平端紧定螺丝的安装孔位、用于连接所述的n个扭转弹簧安装孔位二；

所述的n个连接轴设有顶丝凹槽，所述的n个连接轴通过所述的连接轴安装孔位一和所述的连接轴安装孔位二连接所述的n个支撑脚与所述轮架，且所述的n个支撑脚设置于所述轮架的一侧，相当于所述轮架转动；使用平端紧定螺丝通过所述n个支撑脚上的M3平端紧定螺丝的安装孔位安装，使所述的平端紧定螺丝的一端与所述的n个连接轴上的顶丝凹槽贴合；

所述的n个扭转弹簧通过所述的扭转弹簧安装孔位一与所述的扭转弹簧安装孔位二连接所述的轮架与所述的n个支撑脚，并赋予所述的n个支撑脚相对于所述的轮架转动时的弹性势能。

作为本发明进一步改进，所述刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子还有柔性绳，所述的柔性绳通过所述n个支撑脚上的柔性绳安装孔位连接所述的n个支撑脚，使连接在所述的轮架上的所述的n个支撑脚转动时有一致的角度。

作为本发明进一步改进，所述的n组轮子安装孔位一用于安装在管道机器人输出轴上。

本发明的刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子工作原理为：

刚柔耦合具有被动适应变形功能的轮子安装在管道机器人上，n个扭转弹簧初始角度为θ，相应的连接n个扭转弹簧的轮架与n个支撑脚之间初始角度也为θ，使得管道机器人能在平地情况下平稳直立。当管道机器人放置在管道内时，n个支撑脚因受到管道机器人重力作用相对于轮架转动，此时n个扭转弹簧产生变形角度，且伴随的角度回弹力为