[實(shí)用新型]仿生越沙步行輪

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320326076.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN203267651U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張銳;張四華;楊明明;劉芳;劉海寶;曾桂銀;李建橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B60B19/00
• 分類號(hào): B60B19/00;B60B15/04
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專利事務(wù)所 22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種步行輪，特別涉及一種仿生越沙步行輪。?

背景技術(shù)

隨著易開采的礦藏、油氣田等不可再生資源日趨枯竭，我國的能源戰(zhàn)略已經(jīng)瞄向自然條件惡劣、開采難度大的沙漠戈壁。從目前能源勘查情況來看，我國塔里木盆地、吐魯番哈密盆地和準(zhǔn)噶爾盆地等區(qū)域的油氣儲(chǔ)藏量占據(jù)我國油氣資源總量70%。但是，由于沙漠戈壁惡劣的自然環(huán)境和沙漠工程運(yùn)輸設(shè)備的局限性，多數(shù)已探明豐富的礦藏、油氣田資源還都屬于未開采狀態(tài)。開發(fā)利用沙地環(huán)境農(nóng)業(yè)資源對(duì)人類的生存與發(fā)展具有極其深遠(yuǎn)的意義，因而沙地環(huán)境車輛及沙地農(nóng)業(yè)機(jī)械研究的意義不言而喻。同樣，在軍事工程、深空探測(cè)等領(lǐng)域也面臨著車輛易沉陷滑移、牽引附著性差等通過性問題。沙地車輛的通過主要體現(xiàn)在與沙土直接接觸的行走機(jī)構(gòu)上，所以開發(fā)具有高通過的行走機(jī)構(gòu)具有重要意義。??

目前沙地車輛或移動(dòng)機(jī)器人一般使用寬斷面車輪，從而降低接地比壓，從一定程度上提高了車輪的沙地通過性。但是，車輪結(jié)構(gòu)過大影響車身尺寸和其它裝置的布置，進(jìn)而給沙地環(huán)境車輛行走機(jī)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)帶來一定瓶頸。?

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有沙地車輛車輪的沙地通過性差的問題，而提供一種能克服上述缺點(diǎn)的仿生越沙步行輪。?

本實(shí)用新型是由數(shù)個(gè)輪腿與輪轂組成，其中輪腿包括動(dòng)底板、定底板和輪刺，動(dòng)底板通過第一動(dòng)立柱和第二動(dòng)立柱固定在輪轂上，第一彈簧穿套在第一?動(dòng)立柱上，第二彈簧穿套在第二動(dòng)立柱上，二根彈簧設(shè)置在輪轂和限位擋板之間，且二根彈簧外部均設(shè)置有限位銷，定底板通過定立柱固定在限位擋板上，動(dòng)底板的一側(cè)上設(shè)置有數(shù)個(gè)基座，輪刺通過螺栓與基座樞接，輪刺與動(dòng)底板之間聯(lián)接有輪刺彈簧，基座與定底板之間連接有鋼絲繩，輪轂通過普通平鍵與車軸連接傳遞動(dòng)力。?

本實(shí)用新型的工作原理和過程為：本實(shí)用新型是根據(jù)具有優(yōu)越沙地通過性的非洲鴕鳥足趾的結(jié)構(gòu)形貌與觸沙方式得到的啟示。?

非洲鴕鳥是世界上最大的鳥類，屬于平胸類鳥，即胸骨扁平不具龍骨突起而鎖骨退化。鴕鳥主要運(yùn)動(dòng)能力靠強(qiáng)壯發(fā)達(dá)的腿腳實(shí)現(xiàn)。鴕鳥在沙地環(huán)境中奔跑能力十分驚人，主要體現(xiàn)在穩(wěn)健、持久和高速。經(jīng)過測(cè)量，鴕鳥每步跨距達(dá)4-7m，持續(xù)奔跑速度約50-60km/h，沖刺速度可超過70km/h，而且可以堅(jiān)持半個(gè)小時(shí)以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它鳥類，也是陸上兩足類動(dòng)物中奔跑能力最強(qiáng)的動(dòng)物。鴕鳥腿足直接與沙地接觸，在其越沙過程起關(guān)健作用。為了適應(yīng)沙地生存環(huán)境，經(jīng)過長(zhǎng)期進(jìn)化與優(yōu)化鴕鳥足趾有異于其它鳥類，結(jié)構(gòu)形貌非常特殊，具有兩個(gè)足趾（第Ⅰ、Ⅱ趾）已經(jīng)退化，僅剩下兩趾（第Ⅲ、Ⅳ趾），第Ⅲ趾較為發(fā)達(dá)，末端帶有堅(jiān)硬鋒利的趾甲，第Ⅳ趾趾甲近退化。兩趾的底面均有由乳突群組角成的質(zhì)肉墊。?

經(jīng)過觀察分析，鴕鳥足觸沙時(shí)，兩個(gè)足趾向外張開以及足底乳突群肉墊鋪開達(dá)到最大接地面積；同時(shí)足底形成“內(nèi)凹”狀態(tài)限制足下沙土溢出，使足下沙土不斷壓實(shí)。前進(jìn)時(shí)，第三趾鋒利的足趾甲深深地扎入足下沙土中，有效地防止鴕鳥在快速奔跑過程滑移與沉陷以及增大牽引附著力。離沙前跨時(shí)，足底脂肪墊與乳突群反彈迅速減少接觸面積并離開沙土表面，?減少對(duì)沙土的擾動(dòng)。?

基于鴕鳥足趾結(jié)構(gòu)形貌及運(yùn)動(dòng)方式，將每個(gè)輪腿設(shè)計(jì)有動(dòng)底板和定底板，?本實(shí)用新型的定底板固定在輪轂上，相對(duì)輪轂是固定的，動(dòng)底板是活動(dòng)的，動(dòng)底板在彈簧與沙土負(fù)載的共同作用下沿著定底板上下運(yùn)動(dòng)；“一定一動(dòng)”相互配合實(shí)現(xiàn)對(duì)輪下沙土的限流收緊功能。動(dòng)底板和定底板組成的平面著地觸沙時(shí)，動(dòng)底板在負(fù)載和沙土反作用力下克服彈簧的作用力沿著定底板向上運(yùn)動(dòng)，使輪下沙土向滑塊下聚集、收緊和壓實(shí)；離沙前跨時(shí)，在彈簧的反作用力下，對(duì)壓實(shí)沙土堆形成“后蹬”，進(jìn)而增大本發(fā)明的牽引力。定底板上的輪刺通過彈簧和輪腿上的動(dòng)底板進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其兩種狀態(tài)即工作與非工作狀態(tài)，即在車輛未進(jìn)入沙地環(huán)境或輪上負(fù)載較小不需要大牽引力時(shí)輪刺屬于非工作狀態(tài)，在彈簧力的作用下收回并且不與地面接觸；反之，在動(dòng)底板的帶動(dòng)下深深地扎入沙土中，提供較大的抓地力，使車輛順利通過沙地環(huán)境路面。?